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近月空间星座轨道设计方法
陈诗雨, 倪彦硕, 彭兢
中国空间科学技术 2024, 44 (
3
): 15-29. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0035
摘要
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2612
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可视化
结合未来月球探测任务对中继通信及月面导航的需求,提出一种近月空间星座轨道构型设计方法。首先梳理了中继通信、月面导航、建设及维护成本三个方面的星座设计指标,并应用层次分析法确定了各项指标的权重,给出综合评价指标;充分考虑近月空间轨道资源,分析各类轨道的性质,初步筛选适合部署星座的轨道类型;提出一种近月空间星座建设路线,分三个阶段逐步实现全月的100%四重覆盖;依次设计三个阶段的星座构型,对每个阶段,比较不同的构型方案,选择综合评价指标最优的构型方案。基于上述方法得到了近月空间星座建设方案:第一阶段部署2颗椭圆冻结轨道卫星,可为月球南极极区提供全时对地中继通信;第二阶段部署6颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星,可为月球南极极区提供全时导航定位,并为全月面提供全时对地通信;第三阶段部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道卫星、3颗远距离逆行轨道卫星,可为全月提供全时导航定位。对全月任一点,该星座的几何精度衰减因子小于5的时间至少占72%,可长时间为全月面提供高精度导航定位。相较于现有文献,该近月空间星座设计方法考虑的轨道类型更丰富,星座性能指标更全面,且创新性地提出了分阶段的近月空间星座建设方案。
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地月空间基础设施体系架构与发展设想
杨孟飞, 彭兢, 李炯卉, 倪彦硕, 朱舜杰, 杜颖, 徐宝碧, 黄晓峰, 张正峰
中国空间科学技术 2024, 44 (
3
): 1-14. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0034
摘要
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2350
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2395
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可视化
建设地月空间基础设施,为人类在地月空间的活动提供基础性、通用性的通信、导航、监测等服务,既可满足中国后续月球探测国家重大工程任务需求,同时可以加速推进地月空间航天产业发展,对于推动中国科技强国、航天强国建设具有重大的战略意义。在阐明地月空间基础设施概念、分析研判国内外发展现状的基础上,紧密围绕重大工程和航天产业持续性发展需求,提出地月空间基础设施体系架构设想,明确系统服务、系统组成、“云-域-端”网络体系以及内部和用户接口体系。最后以分阶段逐步建成技术先进、布局合理的地月空间基础设施,提供自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的通用化服务为目标,提出发展展望和发展建议,为中国地月空间基础设施发展建设规划提供参考。
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航天器威胁规避自主决策规划方法研究综述
高婉莹, 吴健发, 魏春岭
中国空间科学技术 2024, 44 (
4
): 71-89. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0059
摘要
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可视化
随着空间碎片累积,巨型星座部署,以及太空竞争加剧,当前轨道威胁数目持续增长,对航天器的安全稳定运行造成了严重威胁。研究航天器面向轨道威胁的自主规避决策规划技术,对于保障空间资产安全具有现实而迫切的意义。面对突发高动态、时变多约束、信息不完全/不完美、多类型威胁并发的复杂轨道威胁场景,航天器自主规避决策规划的研究存在一系列实际挑战。针对非对抗性与对抗性两类轨道威胁,从决策建模、策略求解、动作规划及智能决策规划等关键技术入手,系统梳理了航天器自主规避决策规划的研究现状。在此基础上,结合待解决的难点问题,从建模、求解以及应用角度,对未来的研究发展方向提出一些建议,为航天器自主决策规划方法的进一步研究与发展提供参考。
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空间目标天基光学定位方法综述
李瑶, 陈忻, 饶鹏
中国空间科学技术 2024, 44 (
2
): 1-15. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0017
摘要
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821
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可视化
近年来空间目标定位领域不断结合网络协同、多模融合等探测技术,发展迅速。其中,基于天基光学探测的定位方法以隐蔽性好、测量精度高的独特优势在民用和国防领域应用广泛。为了分析不同情景下适用于不同类型目标的定位方法,针对基于天基光学探测的空间小目标定位进行综述。首先介绍天基光学探测技术的发展、空间目标的分类和特点以及空间目标定位的概念。然后着重分析适用于空间“小、弱”目标的单星和多星定位方法,并对近年提出的异质传感器联合定位展开说明。最后,依据成像过程建立空间目标定位误差分析模型,分析定位精度的影响因素占比并根据现存问题做出总结和展望。
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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
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1501
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可视化
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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陆地探测四号01星总体设计与技术创新
张庆君, 倪崇, 戴超, 刘立平, 唐治华, 舒卫平
中国空间科学技术 2025, 45 (
1
): 1-11. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0001
摘要
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1457
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1451
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可视化
为了解决低轨SAR卫星对观测区域成像幅宽小、重访时间长的问题,研制了陆地探测四号01星。其是世界首颗高轨SAR卫星,利用地球同步轨道的轨位优势,对同一地点的重访周期由低轨SAR的天级提升为小时级,幅宽由低轨SAR的百千米级提升为千千米级,可为及时、有效实施灾害应急响应提供有力支持。围绕高轨微波成像的新体制,解决了高轨微波成像、超大功率星载微波发射、超大口径星载天线、多体大挠性高精度姿态稳定控制、万瓦级强脉冲高品质电源、载荷与平台一体化高效热管理、高轨星地一体化精密定轨等一系列关键技术,实现了快重访、大幅宽、全天时、全天候的观测能力。通过分析在轨测试数据,卫星获取的高轨SAR图像纹理清晰,质量良好,可满足防灾减灾、国土资源勘查等领域使用需求。
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多源遥感数据在战场环境智能态势感知的现状及展望
邵振峰, 党超亚, 张红萍, 吴长枝, 齐晓飞, 黄俊
中国空间科学技术 2024, 44 (
1
): 11-22. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0002
摘要
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1302
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可视化
面对复杂战场环境信息的快速变化,及时全面准确地掌握复杂战场环境态势,是未来打赢信息化战争的前提条件。为了探索多源遥感数据对战场环境态势感知的发展方向,基于广泛调研战场环境态势感知的遥感需求,首先对战场环境态势智能感知的概念和内涵进行了阐述,然后对多源遥感数据的处理与战场态势感知应用现状进行概述,分析了遥感在战场态势智能感知面临的挑战,最后提炼总结了遥感在战场态势感知的进展和发展趋势。遥感为战场环境态势感知提供多种观测数据,遥感与人工智能算法结合可以为军事战场环境态势感知提供多种应用,为指挥人员决策提供数据支持,但仍然存在大量挑战需要解决。在分析现阶段成果和面临挑战的基础上,提出了遥感在战场环境智能态势感知的前瞻,指出了基于遥感的深度学习可解释性和智慧战场是遥感在战场智能态势感知发展所面临的困难。
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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
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904
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1392
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可视化
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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载人月面着陆起飞系统设计及关键技术研究
王翔, 朱恩涌, 刘扬, 侯振东
中国空间科学技术 2026, 46 (
2
): 1-11. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0019
摘要
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1144
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1301
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可视化
月面着陆和起飞是载人月球探测任务中风险最高、难度最大的环节之一,直接影响任务成败和航天员安全。掌握和突破载人月面着陆起飞关键技术,是研制安全可靠载人月面着陆器的核心,能推动中国载人航天技术的整体进步。通过对载人月面着陆起飞任务需求进行分析,提出了中国载人月面着陆器系统方案,并根据系统方案详细分析了典型载人任务需求特有的着陆起飞关键技术,包括应急救生设计技术、超软着陆设计技术、月面稳定起飞技术及环月自主快速交会技术,分析提出了相应的技术途径和解决方案:提出了正常和应急起飞燃料最优的环月轨道设计方法、适应多约束变目标的应急上升与交会对接一体化规划方法,有效支持载人月面着陆起飞过程任意时刻安全返回;提出了考虑羽流热、着陆冲击、着陆稳定性的下降速度多学科优化方法,为实现月面超软着陆提供设计参考;提出了并联轨控发动机推力协同控制与发动机故障快速诊断方法,提升着陆器月面起飞控制能力和安全性;提出了复杂场景多约束条件下的环月自主快速交会方案设计方法,解决资源约束、时间受限条件下的交会方案设计问题。对月面着陆起飞关键技术的剖析,为载人月面着陆器设计提供参考,也有助于深入认识载人月面着陆器的研制难度和风险。
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中国通信卫星技术创新及未来发展
周志成, 李砥擎, 谭小敏, 陈东, 仲小清, 靳凡, 王兴龙, 陈余军
中国空间科学技术 2026, 46 (
3
): 34-46. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0035
摘要
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816
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可视化
通信卫星作为卫星通信系统的核心关键环节,其发展直接关乎着未来新一代通信网络构建和航天产业化建设。本文综述了国际通信卫星系统的发展现状;系统总结了近十年中国民商用通信卫星的技术创新及应用情况;分析了中国高通量卫星、手机直连卫星、卫星互联网技术与国外的差距;提出了“协同组网、星地融合、智能管控”的发展思路;提炼了未来中国通信卫星发展的高中低轨协同组网、星地融合通信网络、智能化资源动态管控、超大容量全灵活通信和高集成智能化平台等核心方向与技术。为中国新一代通信卫星发展、星地一体融合通信网络建设提供支撑。
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柔翼结构飞行器智能控制系统关键技术与途径
贾贺, 刘靖雷, 马可瑶, 闫云龙, 裴晓燕, 刘海烨, 王永滨
中国空间科学技术 2024, 44 (
4
): 59-70. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0058
摘要
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448
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可视化
柔翼结构飞行器具有轻质、空间集成、重复使用、有较大的阻力面积和升力系数等优点,可实现巡航飞行、低速驻空、再入返回、气动减速、定点归航、着陆缓冲等功能,是当前的研究热点。智能控制系统是柔翼结构飞行器飞航与回收着陆系统的核心技术之一,结合智能技术在控制系统中的应用研究与工程实践,对柔翼结构飞行器智能控制系统及其技术特征进行了分析;介绍了刚-柔组合体一体化控制与仿真、环境感知与健康状态在线评估、航迹规划与跟踪飞行控制、集群飞行控制、着陆与缓冲智能控制、智能硬件容错与重构等关键技术。对柔翼结构飞行器智能控制系统的未来发展进行了思考,提出了飞行环境的智能及柔性感知、气动参数的在线识别、多任务模式自主执行及控制系统的演进学习等发展建议,通过对智能控制技术持续不断地研究与实践,为柔翼结构飞行器系统的研制提供强有力的支撑。
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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
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826
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995
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可视化
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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地月空间天基时空基准的构建与传递
周会超, 郑晋军, 王海红, 毕少筠
中国空间科学技术 2024, 44 (
3
): 51-59. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0038
摘要
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811
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967
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可视化
地月空间正在逐渐成为人类太空探索活动的热点区域。高精度时间、空间基准的构建和传递是确保地月空间任务规划与实施的重要基础,既是地球时空基准的体系化拓展,也是提升地月空间时空信息保障水平的重要手段。随着GNSS系统的发展和稳定服务,地球区域时空基准设施相对完备。月球区域的导航系统与地球类似,国内外也提出了多种方案,但地月空间还包括地球、月球区域以外的区域,其时空基准实施的构建需要充分考虑空域大、动力学特殊等因素,在高效益实现时空信息服务的同时,将地球和月球的时空基准进行有机衔接。立足当前发展需求,开展了地月空间时空基准架构的设计,并针对地球、月球区域之外地月区域特点,研究并提出基于地月平动点的天基时空基准构建、溯源和传递方案,可支持实现地月空间时空基准信息服务,为地月空间时空基准的一体化构建与发展提供参考。
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航天器用机械泵驱动两相流体回路在轨测试性能分析
孟庆亮, 韦广朗, 于峰, 杨涛, 赵振明, 朱许
中国空间科学技术 2025, 45 (
4
): 70-78. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0059
摘要
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可视化
机械泵驱动两相流体回路(Mechanically Pumped Two-phase Loop, MPTL)是通过流动沸腾过程中气液相变潜热的释放而具有极强传热能力的两相传热装置,其在航天器热控领域具有广泛的研究前景。为研究MPTL产品的在轨微重力环境下的工作性能和稳定性,设计并研制了一套包含屏蔽式离心泵、两相控温型储液器和微小流道蒸发器的MPTL,并在某卫星上对其启动特性、相变传热特性、控温特性进行了测试。测试结果表明,微重力下MPTL展现了良好的传热特性。微重力下两相控温型储液器的控温性能达到±0.1K精度,被动冷却功能得到验证,降温速率达到1℃/min。微泵运转时,储液器气相和液相两个测点形成的温差在0.3~1.0K区间内。两个转速下,蒸发器的控温精度在±0.1~±0.3K区间内。回路发生相变过程时会出现过热现象,并导致蒸发器出口测温点温度高于储液器控温点7~8K。通过对比两个转速下的结果,发现过热时间和过热温度与转速相关。采用毛细结构的两相控温型储液器可以有效保证微重力下MPTL的高精度控温和高效两相流管控功能,气液两相转变特性与回路流量大小相关,蒸发器温度稳定性与其内部流体干度大小相关。
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System design and validation of Queqiao-2 lunar relay communication satellite
ZHANG Lihua, XIONG Liang, SUN Ji, CHEN Luojing, XIAO Chuan, ZHOU Wenyan, WANG Yong, LIU Wangwang, GUAN Yifeng, CHEN Tao, YU Xiaochuan, XU Jin, CHEN Guohui, CAO Xiaoping
中国空间科学技术 2024, 44 (
5
): 23-39. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0071
摘要
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1063
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)
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In order to provide relay communication supports for future Chinese lunar exploration program,Queqiao-2 relay communication satellite was developed.Queqiao-2 can perform scientific observations with three kinds of scientific instruments on board.The system design of Queqiao-2,including mission orbit and transfer orbit design,configuration and layout design,housekeeping and information flow design,power supply and distribution design,GNC and propulsion system design,communication links design,etc.,was accomplished through comprehensive tradeoff and evaluation on technical maturity,availability,schedule,cost,and so on.With a view to reducing development risk,both the platform and relay communication payloads were developed based on significant heritage from previous Queqiao relay satellite and other relevant spacecraft.Queqiao-2 features flexible system architecture to support multiple frequencies,modulations,data rates and software reconfigurations to meet new user requirements.Subsequent to a successful launch on March 20,2024,by means of 5 orbit maneuvers,Queqiao-2 was inserted into a highly elliptical frozen mission orbit around the moon with a 24h period on schedule.Following on-orbit tests and calibrations,Queqiao-2 has possessed the capacity to provide reliable relay communication services to multiple lunar exploration missions,as well as the capacity to perform scientific observations.Under the support of Queqiao-2,Chang′e-6 achieved its ambitious mission goal to collect and return samples from the moon′s mysterious far side.In the meanwhile,Queqiao-2 has also paved the way for the following Chinese lunar exploration missions including Chang′e-7 and Chang′e-8.The design life time of Queqiao-2 is more than 8 years.Benefit from flexibility and extensibility of relay communication system design,it is convenient to provide relay communication services for future lunar exploration missions of both China and other countries.In addition,innovative scientific observations would be performed during the period that no relay communication task is arranged.The system design of Queqiao-2 reflects the development philosophy of technical innovations and inheritance integration.Based on highly flexible and extensible system architecture,multiple and concurrent relay communication mission requirements can be met.It can provide strong supports for future lunar exploration missions.Successful launching,orbit entering and on-orbit tests of Queqiao-2 verified the correct design principle and versatility.By means of Queqiao-2,more innovative scientific outcomes are anticipated and lunar exploration activities can be facilitated.
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面向地月空间开发的频率轨道国际规则与申报使用态势
孙茜, 刘慧梁, 王冀莲
中国空间科学技术 2024, 44 (
3
): 80-88. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0041
摘要
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604
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地月空间频率轨道等战略资源的开发与利用已成为主要航天大国间角力的焦点,但以地球为中心的国际规则体系无法满足日益增长的地月空间频率轨道使用需求。国际政策法规的模糊性加剧了资源的竞争态势,造成航天器之间潜在的频率干扰风险,国际规则制定正处于非常关键的机遇期、窗口期。针对国际政策与地月空间开发需求不匹配的问题,对地月空间频率轨道资源申报与使用的国际规则现状进行了研究,给出国际电联、空间频率协调工作组等政府间或非政府间组织关于地月空间活动频率使用的现行规定。以美国阿尔忒弥斯探月计划为例,分析了典型探月系统实践过程中对国际频轨政策法规的合规情况。此外,详细分析了全球探月系统频率轨道资源的申报与使用特点及未来发展态势。最后,结合国际月球科研站与载人登月的建设目标,提出了现行规则下合规申报与高价值资源论证储备策略,以及与工程建设相匹配的资源国际合作建议。
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月面通信导航基础设施总体架构与关键技术研究
李炯卉, 王孖杰, 白帆, 顾征, 辛鹏飞, 贾敏, 赵洪博, 彭兢
中国空间科学技术 2024, 44 (
3
): 30-42. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0036
摘要
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845
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月面通信导航基础设施是地月空间基础设施体系中重要的组成部分,为月面局部热点区域用户提供更加便捷的通信网络服务,同时可与近月导航星座相配合提供月面区域定位导航基准和一定的定位导航授时能力。面向当前重大工程和未来大规模月面活动的中长期战略发展,在分析总结国内外发展趋势的基础上,提出月面通信导航基础设施总体架构,包括月面通信导航网络架构以及月面与空间接口。在此基础上,分析了月面频率规划、电波模型、网络接入、高速传输、定位导航等核心问题的解决途径。最后,提出分步建设建议和技术发展路线图,为未来月球探测任务通信与导航系统规划和建设提供参考。
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陆地探测四号01星合成孔径雷达载荷设计与实现
李光廷, 谭小敏, 李财品, 聂世康, 林晨晨, 朱雅琳, 刘波
中国空间科学技术 2025, 45 (
4
): 123-130. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0064
摘要
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为了满足国家防灾减灾对SAR系统高重访宽覆盖的要求,设计并研制了世界首颗地球同步轨道SAR卫星-陆地探测四号01星(LT-4)。该卫星采用环形可展形反射面天线加相控阵馈源体制,工作于L频段,轨道的特殊性使该卫星天然具备了高重访宽覆盖的特点。为了对陆地探测四号01星SAR载荷系统进行全面介绍,首先对高轨SAR区别于低轨SAR的特点进行了说明,并给出了SAR载荷的关键性能参数;然后介绍了SAR载荷成像工作过程,阐述了SAR载荷关键设备的主要功能性能;最后对十余年的载荷研制历程进行了简述,并给出了载荷集成测试项目与试验验证情况。SAR载荷首次开机成像即得到世界首幅高轨SAR图像,图像信息丰富,载荷在轨状态稳定。成像结果表明陆地探测四号01星SAR载荷设计合理,地面测试与验证充分,可以为国灾防灾减灾提供有利的信息支持。
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航天器追踪-逃逸-防御三方博弈均衡解
李振瑜, 林鲲鹏, 侯育卓, 罗亚中
中国空间科学技术 2024, 44 (
4
): 90-101. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0060
摘要
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可视化
为提高航天器在轨防御能力,对航天器追踪-逃逸-防御三方博弈场景进行了研究。博弈中,追踪航天器(追踪器)旨在拦截逃逸航天器(逃逸器),逃逸器旨在躲避追踪器,而防御航天器(防御器)通过主动拦截追踪器来保护逃逸器。由于防御器的存在,追踪器在接近目标时不得不规避防御器,而逃逸器和防御器之间也可以开展合作。对于这样的场景,综合能量和距离指标,建立了线性二次型微分对策模型,推导了三方博弈的纳什均衡条件,求解了追踪器的最优追踪制导律和逃逸器与防御器的最优合作逃逸-防御制导律。进一步考虑多防御器的场景,求解了三方多人博弈的纳什均衡解。仿真结果表明,防御器的存在提高了逃逸器的生存能力,二者可以在机动加速度劣势情况下共同抵御一个机动能力强的追踪器。处在绕飞护卫下的防御器的初始位置并非离追踪器或逃逸器越近越好,而是存在优势位置。
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回合制轨道博弈中MCTS算法的改进与应用
郑鑫宇, 张轶, 周杰, 唐佩佳, 彭升人, 党朝辉
中国空间科学技术 2024, 44 (
5
): 75-82. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0075
摘要
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380
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872
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航天器回合制追逃博弈中的变轨感知延迟使得微分对策法求解困难,基于深度强化学习的博弈算法可解释性弱,在工程上的运用仍存在风险。针对航天器回合制追逃博弈问题,提出了一种预测价值积累的蒙特卡洛树搜索(PVA-MCTS)算法。该算法基于航天器轨道运动的可预知性,对博弈过程中的决策价值进行预测并积累,解决了航天器回合制追逃博弈奖励稀疏、时间跨度大的问题,采用的自适应扩展方法提升了学习效率。将其用于求解航天器回合制追逃博弈问题,并与蒙特卡洛树搜索(MCTS)算法求解得到的结果对比,结果表明PVA-MCTS算法对追踪航天器和逃逸航天器分别有约27.6%的追捕用时缩短和约6.8%的逃逸时间延长。该算法的提出可加快推进后续轨道博弈技术在非合作目标接近、碰撞规避等领域应用的落实落地。
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