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    太阳系内行星探测活动进展与展望
    杨孟飞, 郑燕红, 倪彦硕, 黄晓峰, 张正峰, 邢卓异
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 1-12.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0063
    摘要520)      PDF(pc) (10199KB)(680)   
    行星探测是人类认识宇宙的重要手段,随着航天技术的不断发展,主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动,实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务,分析了行星探测任务的特点,总结了行星探测的主要科学问题及主要发现,展望了系内行星探测的发展趋势,并结合我国行星探测近期发展规划,提出了中长期发展路线设想与引领任务建议,可为我国行星探测任务规划提供支持。
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    航天器构型重构技术研究进展与展望
    彭祺擘, 武新峰, 王北超, 李爽
    中国空间科学技术    2023, 43 (2): 16-31.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0017
    摘要490)      PDF(pc) (6523KB)(636)   
    航天器构型重构技术是航天器在轨服务等重大空间任务必须突破的关键技术之一,将对新一代航天器系统的设计与研发产生深远影响。首先,给出了航天器构型重构的内涵及分类;其次基于主结构变构型等多种典型技术,对构型重构技术的研究现状进行了系统的总结和探讨;随后基于标准化模块设计等方法,给出了航天器构型重构技术体系;接着从支持航天器故障排除等方面出发,对构型重构技术的应用前景进行了归纳;最后,总结了构型重构技术的总体研究进展,并对其未来发展进行了展望。
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    月球资源开发利用的进展与展望
    杨孟飞, 邹志刚, 汪卫华, 姚伟, 王庆功
    中国空间科学技术    2024, 44 (1): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0001
    摘要342)      PDF(pc) (4467KB)(453)   
    中国探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官,后续将建立国际月球科研站,并进一步规划建立月球基地。月球探测任务由探测勘察进入到开发利用新阶段,月面资源的勘查、开发和利用是未来月球探测的重点任务。总结了月球资源开发利用方面的国内外重要进展,涉及月球资源勘探、水冰等挥发分分析、月球矿物冶炼与材料制备、月面建造与月壤3D打印等四个方面。同时,月球资源开发利用面临极端月面环境、独特月壤理化特性、全流程无人自主控制等重大挑战,为解决这些问题,提出了未来月球资源开发利用的重点任务和研究思路,可为后续科学研究和工程任务实施提供参考。
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    地月及深空探测先进电推进技术的发展
    吴辰宸, 耿海, 王紫桐, 李得天
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 13-23.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0064
    摘要271)      PDF(pc) (7207KB)(404)   
    聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术,介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状,从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求,针对月球探测、小行星探测、载人火星探测、太阳系边际探测和地月空间科学探测5种典型场景,分别介绍了电推进优化应用策略,梳理了面向深空探测的先进电推进关键技术体系和发展重点。最后,按照“一中一超一微”的发展思路给出了空间电推进技术发展建议,为后续空间电推进在地月及深空探测领域实现更加广泛的应用提供参考。
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    高精度霍尔电推进技术的应用与发展研究
    刘祺, 毛威, 胡鹏, 魏延明, 扈延林, 李永, 边炳秀, 刘旭辉
    中国空间科学技术    2023, 43 (2): 1-15.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0016
    摘要326)      PDF(pc) (8062KB)(391)   
    在现代化全域通信导航的应用背景下,卫星平台所需具备的精确轨道预测与实时轨道控制能力对电推进系统的推力精度、分辨率等性能提出更高的要求,因此建设高精度的电推进系统具有非常重要的意义。通过对空间应用需求和电推进技术现状的分析,阐明了当前电推进技术的推力输出精度不足以支撑高精度连续导航、超低轨卫星实时阻力补偿以及高分辨率遥感卫星动中成像等空间任务的需求。在此基础上,以霍尔推进系统为研究对象,针对研制高精度推进系统的技术难点,从霍尔推力器技术、流量控制技术、电源及控制技术和试验验证技术四个方面阐述了国内外研究的现状,分析和探讨了关键技术的发展方向和研究思路,为高精度霍尔推进技术未来的重点研究和发展方向提出建议。
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    模拟月壤3D打印致密化成型研究
    刘祎炜, 张弦, 王超, 宋坚, 陈雄, 姚伟
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 66-73.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0085
    摘要164)      PDF(pc) (7898KB)(358)   
    月壤原位3D打印(增材制造)可实现月球基地的原位建造和关键部件的原位制造,大幅降低月球探测任务的成本和风险。搭建了选择性激光熔融模拟月壤实验系统,开展单轨成型实验,探索激光功率,扫描速度、首层粉末厚度对样品致密化的影响,同时测量了每条轨道的宽度和深度。研究结果表明,单轨宽度随着扫描速度的增高而下降,直至几乎不变。同一激光功率下,单轨深度随着首层粉末厚度增加而变深。单轨深度随着扫描速度的升高,先升高后下降。单条熔道密度可以达到2.5g/cm3,此时相对密度为86%。随着扫描速度增加,不同层厚单轨密度均稳定在1.7g/cm3。首层粉末厚度越薄时,单轨密度也是略高于其他层厚。这些数据将为原位建造技术提供重要支撑。
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    远距离大容量连续无线功率传输的机遇与挑战
    李明, 董士伟, 石德乐
    中国空间科学技术    2023, 43 (3): 1-13.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0033
    摘要286)      PDF(pc) (1058KB)(349)   
    远距离大容量连续无线功率传输是支撑空间太阳能开发利用和碳中和目标实现的未来可行路线之一。首先介绍了远距离连续大功率无线功率传输的应用需求和当前面临的发展机遇,针对具体应用提出了对该技术的具体需求;然后论述了国际范围内远距离连续大功率无线功率传输的最新研究进展。结合发展态势和应用需求,阐述了技术发展到目前所面临的挑战,并针对这些挑战提出了发展建议。
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    星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法
    张雅声, 贾璐, 于金龙, 梁爽
    中国空间科学技术    2023, 43 (3): 116-122.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0044
    摘要279)      PDF(pc) (5014KB)(339)   
    为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法,提供了一种所有卫星共星下点轨迹,且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先,利用平均轨道根数思想,建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J4条件下的回归轨道设计解析模型。其次,根据卫星与地球相对运动规律,确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后,结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想,建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明,该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期,验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点,确保了空间系统与地面系统的方位一致性,极大程度降低了星地系统协同的复杂度。
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    软件定义测控系统体系架构与关键技术
    李超, 焦义文, 傅诗媛, 吴涛
    中国空间科学技术    2023, 43 (3): 14-24.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0034
    摘要249)      PDF(pc) (6999KB)(333)   
    为了满足快速变化的民商航天测控需求和小卫星及大型星座的快速发展导致的测控任务爆炸式增长需求,将软件定义技术这一被认为改变游戏规则的革命性技术,从互联网行业引入航天测控系统,提出了软件定义航天测控系统体系架构,实现测控系统新一轮技术革新。文章首先分析了传统航天测控系统体系架构及存在问题,其次讨论了软件定义航天测控系统具有层次化设计标准,应用接口开放,系统集中控制,基础资源可灵活重组等技术特征。随后分析了该体系架构的优势及标准接口与规范、软件定义射频前端、软件定义信道和软件定义基带4项关键技术,并对软件定义测控系统发展作出了展望。研究结果表明相比传统测控系统软件定义航天测控系统架构更能满足日益发展的航天事业对测控资源的需求。
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    木星系科学探测研究与展望
    邹昕, 彭兢, 缪远明
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0078
    摘要263)      PDF(pc) (3340KB)(315)   
    为了更好地规划中国首次木星系科学探测任务,对国外历次木星系探测任务的发展状况进行了调研分析,包括7 次飞越探测、2 次环绕探测(伽利略号和朱诺号),归纳总结了木星系探测任务的科学目标、载荷配置及其探测成果情况,分析得到了木星系科学探测任务特点和启示。最后,在上述分析和待解决问题的基础上,提出了中国木星系科学探测任务的初步设想与发展展望。
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    面向综合环境监测的星载SAR技术发展
    邓云凯, 张衡, 范怀涛, 禹卫东, 王宇, 唐新明, 葛大庆, 徐丰, 刘国祥
    中国空间科学技术    2023, 43 (2): 32-46.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0018
    摘要286)      PDF(pc) (20989KB)(308)   
    针对中国微波遥感对地观测在信息维度、反演精度、观测效率和体系架构等方面存在的问题,基于国家重点研发计划“星载新体制SAR综合环境监测技术”的研究内容与成果,探讨了面向综合环境监测的若干未来星载SAR技术发展。在超大幅宽成像方面,提出分段渐变重频时序设计方案和基于最优线性无偏估计的低过采样变重频数据处理算法,实现了跨盲区大幅宽星载SAR成像;在宽幅星载SAR高灵敏度成像方面,提出中频数字波束合成高效星上实时处理架构和加权因子快速生成算法,采用16通道机载飞行试验数据验证,图像信噪比提升约112dB;在多极化星载SAR成像方面,分别提出一种简缩极化分解算法及混合全极化方位模糊抑制方法,在P/L波段机载飞行试验中得到验证;在高精度干涉SAR技术方面,提出基于改进相位补偿方案的层析SAR处理方法,利用P波段全极化层析SAR数据验证,获得优于0.9m的森林高度反演精度;在综合环境监测星座架构设计方面,针对广域地表高程、地表形变、海浪谱能量、洋流速度和生物量应用,完成品质因数达100的高分宽幅SAR卫星方案,其观测效能和观测维度较目前在轨SAR卫星有大幅提升。
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    基于时序建模的卫星故障检测方法
    杨凯飞, 韩笑冬, 吕原草, 徐楠, 宫江雷, 李翔
    中国空间科学技术    2023, 43 (2): 93-102.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0024
    摘要272)      PDF(pc) (4514KB)(299)   
    为解决当前卫星故障检测面临的依赖规则库、多元特征融合不足以及数据正负样本分布不均衡等问题,从卫星数据的时序特性出发,提出基于时序建模的卫星故障检测方法与半监督模型,实现卫星数据规律的有效挖掘与数据驱动的故障检测。考虑卫星数据间的时序关联,提出基于长短期记忆神经网络的卫星故障检测方法,并引入滑动窗口机制实现卫星数据的有效预测与故障检测。考虑卫星数据多元特征参数间的关联关系,引入时间卷积和自编码器神经网络,同时建模不同时刻、多元特征参数间的依赖关系,实现融合多元特征参数进行卫星故障的有效检测。以某型号卫星电源分系统为实验对象,仿真结果表明,所提算法和模型在关键指标方面优于BP神经网络等传统故障检测方法和模型。
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    空间引力波探测惯性传感器关键技术与进展
    吴树范, 张倩云, 刘梅林, 沈强
    中国空间科学技术    2023, 43 (4): 1-12.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0048
    摘要239)      PDF(pc) (6507KB)(295)   
    空间引力波探测任务中的核心科学载荷之一是惯性传感器,旨在探测极其微弱的空间引力波的波纹变化。首先介绍了空间惯性传感器的探测机理和工作原理;然后从电容位移传感、静电反馈控制、地面评价3个方面介绍了惯性传感器设计的关键技术;并且对国内外惯性传感器的发展研究现状进行了梳理,可以看到惯性传感器关键指标为残余加速度噪声,国外在该指标上达到3×10-15m/(s2·Hz1/2)国内与国外存在着3个量级的差距,因此开展高精度空间惯性传感器研究与设计具有重大战略意义和科学意义,是中国有望赶超世界科技前沿或领跑世界科技研究的重要方向之一。面向中国未来空间引力波探测任务中的惯性传感器需求,可以聚焦于惯性传感器控制体制策略、交流执行机参数优化、多自由度解耦控制技术、低噪声技术这四个方面的研究。
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    宏微空间机械臂运动控制方法综述
    尹旺, 王翔, 王为, 刘冬雨
    中国空间科学技术    2023, 43 (4): 13-23.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0049
    摘要204)      PDF(pc) (5711KB)(288)   
    由于单一的机械臂不能满足日益增长的空间任务需求,为了提升机械臂的综合性能如快速响应、高精度和大负载,世界各航天大国开展了宏微机械臂的研制工作。综述了国际空间站和中国空间站上宏微机械臂的发展现状,分别从分时独立控制和协调控制两种操作模式下对宏微机械臂系统的运动控制进行了归纳总结。当宏微机械臂采用分时独立的控制模式时,可将其等效为柔性基座机械臂,并从反作用最优控制、主动阻尼控制和末端轨迹跟踪控制三方面对柔性基座机械臂的控制算法进行了分析研究,为中国空间组合机械臂的在轨操作提供了借鉴意义。最后,对空间宏微机械臂的动力学建模和运动控制进行了展望。
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    高密度集成微惯性导航自主完好性监测
    孟凡琛, 宋健民, 邢朝洋, 王巍
    中国空间科学技术    2024, 44 (1): 34-43.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0004
    摘要136)      PDF(pc) (10483KB)(283)   
    针对多平台、小型化、集群化等未来微小型空天飞行器故障信息自主监测等技术需求,提出了一种高密度集成微惯性导航自主完好性监测算法。该算法依托最优估计理论,分析微惯性导航系统中可能出现的量测误差信息源,通过优选子集数目进行预检验甄选,利用牛顿恒等式优化工程计算方法,达到微惯性导航系统故障信息检测与排除的目的。与传统MHSS算法相比,该算法能够显著降低系统的计算复杂度,并可有效检测小差错和多差错故障观测量,具有较高的故障信息源检测识别概率,增强了高密度集成微惯性导航与制导系统鲁棒性和完备性。
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    微纳卫星热状态仿真及分析
    闫新庆, 李雅琪, 张晨曦, 皇甫中民, 张宁, 刘雪梅
    中国空间科学技术    2023, 43 (3): 35-42.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0036
    摘要210)      PDF(pc) (4863KB)(277)   
    卫星热控系统通过调节星上热量收集、转移、排放的过程,从而达到控制星体温度水平和温度稳定性的目的,对卫星进行在轨热状态分析和依据分析结果进行热控措施调节与评估至关重要。针对低轨微纳卫星热状态分析的关键问题,给出了卫星在轨时刻所受空间外热流的计算方法,在此基础上,综合考虑温度影响因素和传热特点,建立了卫星外壳、辐射器、内环境和内外部单机的瞬时温度计算模型。以一低轨微纳卫星为例进行仿真计算,对结果进行了分析与讨论,为进一步深入研究卫星的热控设计提供了快速、简便的分析方法。
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    空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证
    朱超, 张文明, 胡成威, 唐自新, 梁常春, 孔旭, 李德伦, 王友渔, 曾磊, 张昕蕊
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 79-86.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0071
    摘要179)      PDF(pc) (6685KB)(277)   
    维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题,调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务,提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案,采用四方协同作业的方式,分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修,提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法,搭建了一套虚拟维修仿真平台,针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证,同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。
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    低轨大规模卫星星座内部防碰撞安全性分析
    云朝明, 胡敏, 阮永井, 薛文
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 35-45.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0066
    摘要217)      PDF(pc) (6196KB)(264)   
    针对低轨大规模星座卫星间碰撞安全问题,对星座构型的最大漂移量开展了研究。基于球面三角形理论计算了卫星轨道平面的最小相位差;采用控制变量法对星座构型参数进行研究,分析不同构型参数对星座卫星最小相位差的影响,以及升交点赤经漂移量与最小相位差的关系,提出了基于最小相位差的星座构型参数协同设计方法;基于相对相位分析方法,建立升交点赤经漂移量与相位漂移量随时间变化的函数关系;最后,以Starlink第一期星座为参考对象进行仿真,验证了构型参数协同设计方法的合理性。
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    空间大功率热源两相温控系统设计与仿真
    刘庆志, 杨昌鹏, 徐侃, 赵欣,
    中国空间科学技术    2023, 43 (4): 104-110.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0058
    摘要142)      PDF(pc) (4605KB)(255)   
    为解决未来空间应用中大功率热源带来的温控问题,提出了集微槽道蒸发器、相变装置和热辐射器在内的泵驱两相流体回路热排散系统方案,在此基础上开展了系统仿真工作,对流体回路运行特性和温控能力进行了研究。仿真结果反映了大功率热源短时工作条件下两相流体回路温度、饱和压力和干度的变化特征,两相流体回路工作特性符合设计预期,60kW分布式大功率热源峰值温度能够控制在70℃以下。对泵驱动能力过剩所带来的不利影响进行了仿真分析,得出了泵驱动能力过剩导致两相回路系统温差增大的结论。分析了蒸发器和相变装置换热性能对温控系统的影响。蒸发器换热性能降低后,热源温度将超出要求范围;相变装置换热性能降低后,泵可能受到气蚀影响。
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    陆地生态系统碳监测卫星系统设计与技术创新
    曹海翊, 张新伟, 黄缙, 贺涛, 毛一岚, 卢清荣
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 112-124.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0090
    摘要194)      PDF(pc) (7752KB)(248)   
    由国家民用空间基础设施支持的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”瞄准森林碳汇储量评估的需求,配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4个载荷。卫星采用主被动遥感相结合的体制,综合运用激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等遥感手段,可实现植被生物量、叶绿素荧光、气溶胶分布的高精度定量测量。通过在轨定标和真实性检验,发布了包括森林树高、生物量、叶绿素荧光等反演产品。目前该卫星处于在轨测试阶段,预期在地面坡度小于5°的区域,树高测量精度优于1.5m,区域尺度的生物量反演精度优于85%。该卫星将在碳汇储量监测、生态资源详查、国家重大生态工程监测评价等方向上提供遥感监测服务,为“碳达峰、碳中和”战略发挥遥感力量。
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