中国空间科学技术

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低轨巨型星座构型设计与控制研究进展与展望

阮永井, 胡敏, 云朝明

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 1-15. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0001

摘要（1065）

PDF（pc）（4662KB）（2671）

近年来低轨星座计划发展迅速，低轨巨型星座已成为全球争夺空间战略资源的“新战场”。首先，概述了Telesat、OneWeb、Starlink等低轨巨型星座计划的发展现状，以及中国互联网星座计划的基本情况。在此基础上，分别从星座的任务需求、覆盖特性、摄动补偿和备份策略4个方面，综述了星座的构型设计方法及其特点。然后，根据卫星从发射入轨到离轨整个星座构型的控制流程，梳理了低轨巨型卫星星座的初始化控制、保持控制、重构控制，以及卫星的碰撞规避控制和离轨控制的方法和特点。最后，对未来低轨巨型星座构型设计和构型控制技术的研究方向进行了展望。

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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（1297）

PDF（pc）（3043KB）（2166）

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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非合作目标智能感知技术研究进展与展望

牟金震, 郝晓龙, 朱文山, 李爽

中国空间科学技术 2021, 41 (6): 1-16. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0076

摘要（729）

PDF（pc）（1102KB）（1796）

智能感知是实现航天器在轨精细化操控过程的关键技术，是在轨服务技术智能化的重点发展方向之一。空间目标智能感知包括位姿测量、三维重建与部位识别等关键技术，涉及小样本、多模态、模型适应与高维数据等问题。从工程应用角度出发，对非合作目标智能感知技术的研究现状进行系统的梳理与总结。首先，总结典型非合作在轨感知系统与光学敏感器技术的发展现状；其次，归纳总结了非合作目标智能感知涉及的关键技术；最后，基于研究现状总结和关键技术分析，探讨了非合作目标智能感知目前存在的主要问题，并给出后续发展的建议。

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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（1473）

PDF（pc）（9757KB）（1574）

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（1320）

PDF（pc）（7849KB）（1460）

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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飞行器大气再入过程中黑障缓解方法综述

喻明浩, 邱泽洋

中国空间科学技术 2022, 42 (2): 1-12. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0016

摘要（407）

PDF（pc）（2375KB）（1301）

为了方便研究人员更好地掌握黑障的缓解方法及其研究现状，系统地介绍了目前航天领域中用于缓解黑障的多种技术方法。首先，简要介绍了黑障的成因以及研究现状，并阐述了电磁波在等离子体中的传播机理；其次，详细说明了14种黑障缓解方法的基本原理及其优缺点，这些方法包括改变空气动力学形状、引入正交电磁场、驻波检测法、提高入射频率以及太赫兹法等。随后，从功耗、尺寸质量、通信效果以及工程实用性等6个方面对每种方法进行了分类评估。最后，针对黑障问题后续的研究方向，提出了几点建议。

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主动航天服关节助力外骨骼结构设计及优化

李照阳, 戴跃洪, 胡杰俊, 王君尧

中国空间科学技术 2021, 41 (5): 75-84. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0069

摘要（245）

PDF（pc）（8258KB）（1044）

为克服航天服关节阻尼力矩对宇航员未来太空作业、星表探测以及骨骼肌能恢复训练的影响，设计一种可应用于航天服的关节助力外骨骼方案。首先，结合航天服结构分析，研制了第一代关节助力外骨骼样机。其次，根据使用反馈对第一代外骨骼样机进行结构优化，初步确定第二代外骨骼样机的设计模型，利用有限元软件对负重状态下外骨骼样机进行静力学分析及模态分析。最后，进一步优化第二代外骨骼样机的结构尺寸，优化后的整体质量相较于优化前第二代及第一代样机分别下降了19.34%和40.03%，验证了外骨骼样机结构优化方案的可行性。研究结果为主动航天服结构动力学分析和控制系统开发提供理论依据。

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星载ADS-B相关研究进展及展望

倪久顺, 陈利虎, 余孙全, 李松亭, 郭剑鸣, 罗坳柏, 李晋华

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 30-37. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0003

摘要（315）

PDF（pc）（4911KB）（1010）

星载ADS-B技术作为未来空中交通管制的重要技术，可以克服地面设备难以在荒漠、远洋、极地等地部署的难题。星载ADS-B具有侦收范围广、可全球覆盖的特点，由此各国纷纷展开相关研究。针对星载ADS-B技术特点，进行了星载ADS-B相关研究进展的调查。首先综述了星载ADS-B原理及相关卫星研究情况；其次围绕天线技术、射频电路技术、信号处理、星座设计方法四个方面，评述了星载ADS-B接收的关键技术进展；最后对星载ADSB的数据应用及未来发展方向进行了展望。

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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（935）

PDF（pc）（918KB）（953）

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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卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断

王亚坤, 杨凯飞, 张婕, 郭莉芳, 韩笑冬, 邢川, 王睿

中国空间科学技术 2022, 42 (1): 16-29. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0002

摘要（812）

PDF（pc）（1709KB）（927）

减少卫星在轨故障，使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题。为了分析在轨卫星故障的原因，探索最新的卫星故障诊断方法，首先收集了2003～2021年卫星典型在轨故障案例，然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析，包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等，最后介绍了基于人工智能的故障诊断研究，包括国内外应用的基于人工智能的卫星故障诊断系统和故障诊断方法，以及针对时间序列数据的人工智能故障诊断方法。本研究可以为今后卫星系统设计、避免故障发生提供指导。

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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（588）

PDF（pc）（4467KB）（907）

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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高通量多波束通信卫星系统资源分配方法

王磊, 郑军, 贺川, 闫雪飞

中国空间科学技术 2021, 41 (5): 85-94. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0070

摘要（454）

PDF（pc）（3765KB）（892）

资源分配是影响新一代高通量多波束通信卫星（HTMCS）系统效能发挥的关键问题。以往基于非柔性载荷以及用户容量需求均匀分布的静态、单维度资源分配方法已不能满足现实需求。围绕基于有效载荷资源提升系统效能这一核心目标，针对波束间干扰、柔性载荷以及用户需求非均匀分布特点，为高通量多波束通信卫星系统构建了功率和频带两维度联合优化资源分配模型，并实现了一种带有寻优控制策略的遗传算法求解模型。面向多类场景实例的仿真结果表明，本方法可以适应不同用户容量需求分布特点，为系统提供功率和频带资源联合优化解决方案。当用户需求总量分别为90Gbit/s、110Gbit/s及130Gbit/s时，相比平均、固定分配波束功率及频带资源，提出的方法可使系统未满足容量需求（UCD）分别减少71.09%、40.47%和16.31%，有效提升了系统效能。

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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（561）

PDF（pc）（8286KB）（877）

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（577）

PDF（pc）（10199KB）（790）

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（555）

PDF（pc）（6523KB）（741）

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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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（573）

PDF（pc）（5450KB）（710）

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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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（360）

PDF（pc）（6075KB）（691）

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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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（397）

PDF（pc）（4641KB）（634）

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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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（641）

PDF（pc）（7069KB）（616）

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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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（859）

PDF（pc）（3443KB）（594）

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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