中国空间科学技术

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遥感图像云检测方法综述

刘子力, 杨家俊, 王文静, 史振威

中国空间科学技术 2023, 43 (1): 1-17. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0001

摘要（1053）

PDF（pc）（3043KB）（1737）

光学遥感图像中云层会对地面信息进行不同程度的遮挡，造成了地表观测信息的模糊和缺失，极大地影响遥感图像的成像质量。因此，对遥感图像中云层覆盖的检测和评估是进一步分析和利用遥感图像信息的基础和关键。通过充分的调研和对比总结，梳理了20世纪90年代以来，国内外基于遥感图像的云检测方法的发展趋势和代表性工作。将基于遥感图像的云检测方法分为三类：基于光谱阈值的方法、基于经典机器学习的方法以及基于深度学习的方法。总结了当前国内外云检测公开数据集，并对比了部分代表性工作的云检测精度。此外，简要梳理了与云检测相关的云雾（霾）检测、云雪检测、云阴影检测以及云去除等方法。对当前云检测相关工作中存在的问题和未来的发展趋势进行了分析和展望。

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航天测绘发展现状与展望

杨元喜, 王建荣, 楼良盛, 孙中苗, 肖云, 缪毓喆

中国空间科学技术 2022, 42 (3): 1-9. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0031

摘要（886）

PDF（pc）（918KB）（880）

航天测绘是全球基础测绘的主要手段，包括卫星地形测量、卫星重力测量、卫星磁力测量、卫星测高、卫星海洋测量等。航天测绘工程的发展经历了“返回型测绘卫星”工程、“传输型测绘卫星”工程和部分“集成型测绘卫星”工程。首先梳理了国际卫星测量的发展历史和现状，阐述了我国航天测绘各个阶段所发挥的作用，并分析了存在的问题，最后对航天测绘的未来发展提出了思路。

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空间电推进的推力测量方法研究现状

张潞鹏, 杨鑫, 苌磊, 徐倩, 周海山, 罗广南

中国空间科学技术 2022, 42 (3): 25-38. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0033

摘要（515）

PDF（pc）（8286KB）（839）

在空间电推进的研发和规划中，推力的精确测量具有非常重要的意义。近年来，随着电推进复杂程度和任务难度的不断增加，对其推力性能评价技术及方法提出了更高的要求。针对该需求，介绍了当前空间电推进的推力测量方法及其工作原理、技术特点和应用案例。测力方式主要有直接测量和间接测量，其中直接测量主要包括天平式、扭转式、摆式，间接测量主要包括靶式和悬臂梁式。通过对比分析各种测力方式之间的区别和优缺点，为开发者的测力系统设计提供了相应的参考。对测力过程中的系统设计、系统标定、系统响应、系统响应的测量以及计算推力五个环节中可能出现的各种关键问题分别进行了详细阐述，并提出针对性的改进方法，同时结合空间电推进领域的发展趋势及其对推力测量的需求,为未来的研究给出了针对性的建议。

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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（525）

PDF（pc）（10199KB）（696）

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（503）

PDF（pc）（6523KB）（651）

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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基于TLE的Starlink星座第一阶段部署情况分析

薛文, 胡敏, 阮永井, 云朝明, 孙天宇

中国空间科学技术 2022, 42 (5): 24-33. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0064

摘要（563）

PDF（pc）（7069KB）（575）

近年来，随着卫星技术的快速发展和低轨（low earth orbit，LEO）卫星宽带互联网建设需求的不断增加，低轨大规模星座发展日新月异。针对Starlink星座初始化部署问题，首先论述了“星链”（Starlink）星座现状，分析在轨卫星高度变化。然后利用公开的两行轨道根数（two-line element，TLE），从卫星发射入轨、轨道面分布两个方面，简要分析了Starlink星座的部署情况，给出升交点的变化规律；同时仿真分析了Starlink星座对地面的覆盖性能。最后，给出星座轨道面和相位分布、故障卫星处置以及可见卫星数量。所分析的结果以期为中国未来部署大规模LEO星座的建设提供借鉴。

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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（430）

PDF（pc）（4467KB）（554）

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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空间机器人操作：一种多任务学习视角

李林峰, 解永春

中国空间科学技术 2022, 42 (3): 10-24. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0032

摘要（734）

PDF（pc）（3443KB）（523）

利用空间机器人辅助、代替航天员完成在轨服务操作是近年的技术发展趋势。基于学习的空间机器人操作以深度神经网络为控制器载体，对非结构化太空环境适应能力强，在高轨、地外、深空等场景具有良好应用前景。目前，无论是空间机器人操作，还是地面机器人操作，多数研究只关注单一任务学习问题。立足一种多任务学习新视角，针对空间机器人操作面临的多任务适应性要求高、精细化要求高、不确定性强问题，首先分析了在轨服务的多样化任务需求。其次，全面综述了机器人操作多任务学习算法与应用相关工作，分析了开展空间机器人操作多任务学习的难点挑战，给出了关键技术发展建议。相关关键技术的突破将有助于提升空间机器人系统的自主性、鲁棒性，进而助力中国在轨服务技术向无人全自主方向推进。

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空间在轨增材制造技术的研究进展与展望

刘洁, 时云, 崔宇涛, 侯娟, 张恺, 黄爱军

中国空间科学技术 2022, 42 (6): 23-34. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0080

摘要（443）

PDF（pc）（5450KB）（500）

空间在轨增材制造（in-space additive manufacturing，ISAM）技术是一种“空间3D”打印技术，在在轨制造和空间基地建造方面具有很好的应用前景。首先概述了空间在轨增材制造技术的主要内涵，进而全面梳理了国际上空间在轨增材制造技术的研究进展。结合空间站、在轨航天器的需求，重点分析了空间在轨增材制造关键技术对其原材料、技术手段以及设备的要求，在此基础上梳理了空间在轨增材制造技术现阶段面临的挑战。综合表明，特殊的空间环境（微重力、高真空等）都在紧密限制着空间在轨原材料、设备以及技术的选用。最后，基于当前空间在轨制造技术的发展现状、需求以及可能的实现途径，为中国空间在轨增材制造技术的未来发展指明了新的方向。

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航天器寿命末期离轨技术研究综述

康会峰, 梅天宇, 夏广庆, 王晓阳, 范益朋, 鹿畅

中国空间科学技术 2022, 42 (5): 11-23. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0063

摘要（289）

PDF（pc）（2258KB）（492）

为净化空间环境，针对航天器寿命末期离轨问题，对现有航天器离轨技术进行了分析。介绍了航天器寿命末期离轨技术的国内外研究发展现状，总结了不同类型离轨方式的特点及适用对象，分析了各种离轨方式发展趋势及关键技术，提出了航天器寿命末期离轨技术各离轨方式的发展建议。通过调研发现：现有航天器寿命末期离轨技术可使航天器在25年内离轨，但在离轨装置可靠性、离轨过程稳定性、航天器离轨时间及离轨后处理等方面有较大提升空间。

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大规模卫星星群域管控策略设计

李宁, 岳程斐, 郭海波, 邱实, 曹喜滨

中国空间科学技术 2023, 43 (1): 18-28. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0002

摘要（395）

PDF（pc）（6485KB）（484）

针对大规模卫星星群单节点管控带来的系统通联性差、地面资源依赖度高等问题，提出了分层管理、域内自治、动态维护的卫星星群分布式域管控策略。首先，设计了衡量卫星节点管控能力的静态指数及动态指数，并提出了多因素加权的星群簇首选择方法。其次，提出了通过逐层择优的方式进行域结构初始化的算法流程。最后，根据星群变化情形，提出了基于事件触发的动态时间片域管控方法，保证了大规模星群在全任务周期内能维持相对稳定的管控构型。仿真结果表明，所提出的域管控策略能够有效完成对目标星群的簇首选择、域初始化及动态维护过程，并保持域结构的稳定。实现了目标星群在空间中的域结构划分管理，使地面直接参与管理的卫星节点数目降至原管理模式的14％，有效解决了星群管控严重依赖地面资源的相关问题。

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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（287）

PDF（pc）（7207KB）（422）

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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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（179）

PDF（pc）（7898KB）（405）

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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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（347）

PDF（pc）（8062KB）（403）

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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太阳空间探测进展与展望

杨孟飞, 代树武, 王颖, 朱成林, 杨尚斌, 张也弛

中国空间科学技术 2022, 42 (5): 1-10. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0062

摘要（413）

PDF（pc）（2853KB）（403）

摘要：为了探索太阳空间探测活动的发展方向，在广泛调研太阳空间探测任务的基础上，综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力，选取了10个典型空间太阳探测器，对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析，提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言，太阳探测器运行轨道逐步多样化，有效载荷探测要素更加丰富，探测精度、时空分辨率等显著提升，但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上，提出了太阳空间探测的发展展望，指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。

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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（294）

PDF（pc）（1058KB）（382）

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（291）

PDF（pc）（5014KB）（350）

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（257）

PDF（pc）（6999KB）（340）

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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基于单目视觉的非合作目标相对位姿测量

邢艳军, 王浩, 叶东, 张加迅

中国空间科学技术 2022, 42 (4): 36-44. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0050

摘要（201）

PDF（pc）（5167KB）（336）

为实现对空间姿态翻滚航天器的在轨服务与维护以及对空间碎片的清理，需对其进行精确的相对位姿测量。针对相对位姿测量问题，提出了基于单目视觉与卡尔曼滤波的相对位姿测量方法。通过对特征点匹配算法进行调查，采用了具有尺度不变性与旋转不变性的尺度不变特征变换算法(SIFT)和加速稳健特征算法(SURF)的特征点提取方法，并对二者进行了对比，得到了二者分别适用的工况条件。通过对Kalman滤波算法进行研究，引入了相机偏置矩阵，设计了Kalman滤波器，解决了单目相机的距离模糊问题，估计得到了非合作目标的相对位姿、主惯量比以及特征点位置信息。经过仿真，姿态角度估计误差在稳定后低于0.3°，相对位置估计误差在稳定后低于0.5m，相较于真值，误差小于1.67%，主惯量比估计误差在稳定后低于0.01，特征点位置误差在稳定后低于0.005m。在引入相机偏置条件后，滤波状态变量均收敛，并得到具有足够精度的估计，成功解决了单目相机深度信息缺失问题。

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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（269）

PDF（pc）（3340KB）（325）

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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