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    月面科研站分布式能源系统研究
    袁勇, 赵晨, 曹彦, 刘志强, 胡震宇
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 32-42.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0081
    摘要 (549)      PDF(pc) (3965KB)(1014)   
    月面科研站是月球科研站的月面探测集群,由多个任务单元组成,包括月面的指挥控制中枢、月面/月地通信系统、月面能源系统以及各个探测任务单元。能源系统是月面科研站的重要组成部分,为了高效地配置、调度和运维能源系统,提出了昼间以光伏发电为主、夜间核电系统进行能源补充的分布式能源系统方案。对月面科研站的分布式能源系统开展研究,分析了各个任务平台的发电能力、分析科研站的用电需求和各种载荷用电特点,对月面科研站分布式能源系统的体系构架进行了对比分析,优选星形构架的分布式科研站能源系统方案。提出10kW级长期载荷供电方案和系统构成,对月面科研站能源系统的关键技术和建造方式进行分析,能够应用于后续月面科研站的能源系统建设和组织运维。
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    地球静止卫星电推进轨道保持策略优化
    蒯政中, 沈红新, 李恒年, 何清波
    中国空间科学技术    2018, 38 (3): 69-75.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0027
    摘要 (747)      PDF(pc) (5162KB)(756)   
    针对电推力器控制弧段长、传统轨道保持计算常用的脉冲假设不能适用的问题,提出了静止卫星轨道保持的平运动动力学模型和长期控制策略优化方法。由于轨道保持控制的是平均轨道要素,文章提出了一种基于春分点轨道要素的高精度平根外推动力学模型,与STK-HPOP模型比对高度吻合;提出了综合考虑轨道东西和南北控制的耦合控制优化模型,设计了基于序列二次规划的优化求解方法。仿真算例中研究了二推力器配置的静止卫星4周轨道保持问题,仿真结果表明,该方法可以优化长期轨道保持控制策略。
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    对GEO卫星在轨加注的服务航天器组网方案优化
    蒙波, 徐盛, 黄剑斌, 李志, 庞羽佳, 韩旭
    中国空间科学技术    2016, 36 (6): 14-21.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2016.0067
    摘要 (944)      PDF(pc) (1873KB)(1122)   
    对地球静止轨道(GeosynchronousOrbit,GEO)卫星在轨加注燃料以延长其工作寿命蕴含着巨大的经济价值,而执行加注任务的服务航天器在轨组网方案直接影响在轨加注任务全局。文章以GEO卫星为在轨服务对象,开展了提供加注服务的航天器最优组网方案研究。提出了1个燃料存储站加N个加注飞行器的服务航天器体系架构,燃料存储站承载大量燃料,长期在轨稳定运行;加注飞行器机动运行,执行对GEO卫星加注任务,当加注飞行器燃料不足时,返回燃料存储站获取燃料。燃料存储站的质量、运行轨道,加注飞行器的数目、质量与运行轨道、对GEO卫星提供加注的加注飞行器任务分配等是组网方案研究的重点,建立了以对GEO卫星加注任务的响应时间短、服务系统成本低为互斥评价准则的服务航天器组网方案的多目标优化设计数学模型,分析了组网方案优化问题的求解方法及流程,采用多目标粒子群算法对服务航天器组网方案进行了优化设计,通过分析一组非支配优化设计结果对于2个互斥评价准则的平衡性,提出了1个燃料存储站加4~6个加注飞行器的服务航天器最优组网方案。
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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 (557)      PDF(pc) (5711KB)(741)   
    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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    中国空间太阳能电站发展综述
    侯欣宾, 董士伟, 石德乐, 王立, 李明
    中国空间科学技术    2026, 46 (4): 11-26.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0054
    摘要 (325)      PDF(pc) (19585KB)(291)   
    作为在空间进行大规模太阳能收集、转化并通过无线方式将电能传输到地面电网的航天工程,空间太阳能电站正在重新得到美国、日本、韩国、英国、澳大利亚等航天大国及有关国际组织和私营公司的广泛重视。中国从2006年开始在空间太阳能电站领域正式开展了持续的深入研究,已取得了国际瞩目的研究成果。回顾了中国空间太阳能电站领域20年的主要发展历程,重点介绍了中国分阶段空间太阳能电站发展路线图建议、具有中国特色的国际代表性空间太阳能电站创新设计方案以及在空间高压大功率发电与电力管理、高效无线能量传输等关键技术方面取得的重要成果,并提出进一步围绕空间太阳能电站关键技术的在轨验证和分阶段规模化应用发展建议,为中国开展以太空数据中心等为代表的更广泛的空间太阳能开发与利用奠定基础。
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    极低轨卫星关键问题探讨与发展展望
    王伟宗, 崔玉福, 陈志远, 张舒, 张广川, 贾晓冬, 贺碧蛟, 刘丽芹, 武迪, 何贵勤
    中国空间科学技术    2026, 46 (3): 77-93.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0038
    摘要 (449)      PDF(pc) (5576KB)(502)   
    作为衔接临近空间与外太空的“第五空域”,极低轨域在超高分辨率遥感、低时延高信噪比通信及民生应急保底等方面具有传统轨道难以比拟的综合优势,是各航天强国重点布局的前沿领域。受大气阻力显著、环境扰动剧烈等特有约束,当前极低轨卫星面临“留不下、稳不住、用不好”的核心瓶颈。针对长周期业务化运行需求,系统梳理了极低轨卫星的关键技术体系与发展路径:在环境认知方面,探讨了多手段环境探测技术及高精度大气模型的构建方法;在平台技术方面,重点分析了以吸气式电推进为核心的先进动力系统、气动特性仿真与减阻设计、应对强时变非线性扰动的智能轨道与姿态控制策略以及高通量原子氧防护技术;在载荷与信息处理方面,阐述了适配极低轨环境的低延迟通信、亚目标级高分遥感载荷以及星上信息处理技术的发展现状。分析表明,极低轨开发亟需跨越从仿真验证到工程应用的鸿沟,未来应聚焦吸气式电推进样机研制、一体化气动减阻设计、高精度姿轨控等关键技术攻关及在轨飞行验证,为新一代空间基础设施的构建与应用提供支撑。
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    高集成度微波能量发射阵列设计与验证
    王颖, 董士伟
    中国空间科学技术    2026, 46 (4): 72-81.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0060
    摘要 (127)      PDF(pc) (10839KB)(86)   
    星地微波无线能量传输是空间太阳能电站的关键环节之一,微波能量发射阵列完成直流到微波能量的转换、微波能量发射以及微波能量波束的指向控制。作为星上载荷设备,空间太阳能电站微波能量发射阵列对轻量化和高集成度有较高要求,针对应用需求开展了轻量化微波无线能量发射阵列样机设计研究,基于机电热一体化优化设计理念,将天线结构、热控、集成电路及电缆等关键组件进行集成化设计,形成了一个集支撑保护、热控、电磁性能、电源管理等多种功能于一体的综合结构体系。设计实现了空间微波无线能量传输发射阵列样机,并开展了试验验证。基于机电热一体化优化设计研制的样机口径尺寸为1m×1m,实测面密度为19.9kg/m2,发射功率密度874.9W/m2,波束指向精度0.102°。结果表明,在确保波束性能稳定的前提下,显著提升了微波能量发射阵列集成度,并大幅降低能量发射阵列面密度指标。样机的成功研制提高了微波无线能量发射阵列的技术成熟度,为微波无线能量传输星地在轨试验以及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。
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    基于单目三维重构的空间非合作目标相对测量
    李永飞, 王仕成, 杨东方, 孙大为
    中国空间科学技术    2016, 36 (5): 48-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2016.0057
    摘要 (1053)     
    为了解决非合作目标的相对测量问题,提出了一种基于单目图像序列目标重构结果的非合作目标相对位姿测量方法。该方法将目标的三维重构与相机的位姿信息计算相结合,首先利用观测前期得到的图像序列,通过非线性优化算法计算得到目标上部分三维点坐标;然后基于该三维点集合,建立递推深度模型,对相机的相对位姿信息和新观测到的目标点同时进行卡尔曼滤波估计。航拍测量试验表明,随着图片数量的增多,精确重构点的比例(重投影误差小于1个像素的点)不断提高,80%的图像中精确重构点比例优于89%;基于公共数据集的试验表明,该算法对姿态估算精度可达1°以内,位置测量的精度可达到2cm以内。以上试验结果表明,该算法具有较高的测量精度。
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    金字塔构型轮系航天器的机动性能优化
    陈上上, 刘潇翔, 雷拥军, 何英姿, 郝仁剑
    中国空间科学技术    2026, 46 (4): 129-138.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0064
    摘要 (112)      PDF(pc) (4247KB)(94)   
    轮系航天器的机动性能主要由动量轮构型与分配律决定,复杂的分配律容易导致动量轮转速指令不连续等情况发生,从而引发可靠性问题,因此工程应用最为广泛的是伪逆分配律,然而目前伪逆分配律下的动量轮构型优化没有参考准则。为了解决这一问题,针对配置4个相同动量轮且金字塔构型的航天器,论证得到角速度与角加速度包络,提出一种动量轮构型优化的方案。首先把伪逆分配律转化为一个关于各轮角动量的线性代数约束条件,采用空间解析几何方法与线性系统理论,首次证明了伪逆分配律下角速度与角加速度包络均为八面体;接着证明了最优金字塔方位角为零度,把姿态路径参数设计问题转化为一个寻找直角三角形内的最大正方形问题,进而得到了解析形式的边长极值与对应的金字塔倾斜角;最后通过比较各个对称轴布局下的边长极值大小得到最优布局形式。仿真案例研究表明,经过安装角优化后角速度包络与角加速度包络比倾斜角54.74°的经典安装可增大27.2%,经过对称轴筛选后包络可增大71.9%。研究方法考虑了实际工程中应用最为广泛的动量轮构型与分配律形式,研究结果为航天器实际可用的最大机动性能问题分析提供了完整的理论依据,为机动过程目标姿态路径的最大角速度与最大角加速度参数设计提供了精确的参考标准,为动量轮构型优化提供了完善的设计步骤。
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    高分辨率对地观测系统重大专项技术突破与展望
    侯宇葵, 李明
    中国空间科学技术    2026, 46 (4): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0053
    摘要 (269)      PDF(pc) (3596KB)(229)   
    高分辨率对地观测系统重大专项是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中确定的16个重大专项之一,从2002年提出到2022年完成实施评估,历时20余年,突破了多种平台、多种载荷关键技术,构建了高分辨率对地观测体系,大幅度提升了中国高分辨率数据自主获取及应用服务高效保障能力。本文以专项全周期实施实践为研究对象,回顾概念缘起、方案论证方法,分析专项重大技术突破,总结专项在产品开发、系统构建、产业推动、体系工程等方面取得的重大成就。并结合对地观测领域的发展趋势,对中国相关技术未来发展进行展望,提出超高性能、超宽范围、超大规模、超强智能等发展方向,有力支撑航天强国建设。

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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 (1578)      PDF(pc) (1709KB)(1654)   
    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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    铰接式空间桁架结构动力学建模研究
    薛永刚, 鱼则行, 张大羽, 马小飞, 王辉, 陈国辉
    中国空间科学技术    2026, 46 (3): 215-223.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0048
    摘要 (350)      PDF(pc) (4144KB)(424)   
    针对传统动力学建模方法因忽略实际铰链多自由度刚度而导致铰接式大型桁架结构动力学预测存在偏差的问题,对考虑完整铰链刚度特性的广义梁单元建模方法及其试验验证进行了研究。在经典铁木辛柯梁理论框架中,通过引入基于实测参数的完整铰链刚度矩阵,构建了能够表征铰链力矩传递特性的修正动力学模型。首先,设计铰链刚度测试实验,系统获取铰链在六个自由度上的刚度参数;并基于实测参数建立了修正的有限元分析模型,并通过对一个五周期单元的铰接式三角形桁架开展系统的模态实验,以验证模型准确性。模型验证结果表明:采用修正模型计算得到的前两阶弯曲模态频率与实验测量值吻合良好,相对误差均控制在10%以内;对比分析进一步证实,相较于传统理想铰链模型,修正模型能显著提升动力学特性的预测精度,凸显了铰链刚度对整体结构动力学行为的实质性影响。基于铰链刚度测试-仿真的联合建模方法,有效解决了因忽略铰链刚度而产生的模型系统性偏差问题,为航天器大型桁架结构的高精度控制和优化设计提供了可靠的数值仿真结果与理论支撑。
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    GEO/IGSO混合区域导航星座的设计与优化算法
    徐哲宇, 杜兰, 刘志豪
    中国空间科学技术    2021, 41 (2): 19-30.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0018
    摘要 (477)      PDF(pc) (6882KB)(537)   
    区域导航星座能够以较低成本和较短时间获得目标区域导航能力,且地球同步轨道是构建非极区区域导航星座的重要轨道类型。提出一种基于GEO(地球静止轨道)和IGSO(倾斜地球同步轨道)的区域导航星座设计方法。基于星下点轨迹特性构造对称星座设计参数和优化参数集,并考虑地球扁率长期摄动影响,计算星座轨道参数。以导航服务区的统计GDOP(几何精度因子)为目标函数,利用差分进化算法构建星座优化模型。以印度IRNSS的7星星座为例,仿真检验了设计和优化算法的正确性,讨论了IRNSS星座优化构型和轨道类型选取。本方法采用的对称星座设计参数少,能够提升GEO/IGSO混合区域导航星座的全局优化效率,为后续非对称星座快速提供最佳星数和构型设计。
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    遥感卫星视频目标跟踪方法综述
    李洋帆, 李伟, 田静, 沈清
    中国空间科学技术    2025, 45 (5): 60-74.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0076
    摘要 (685)      PDF(pc) (4775KB)(501)   
    梳理遥感卫星视频单目标跟踪技术的研究进展,分析现有方法的优缺点,并探讨未来发展方向。通过文献调研与对比分析,系统总结了近五年国内外在该领域的研究成果。将现有方法分为基于相关滤波和基于深度学习两类,分别分析其技术特点与性能。结合公开数据集,对代表性方法的跟踪精度进行了对比评价,并探讨了不同方法的适用性与局限性。实验结果表明,基于相关滤波的方法在计算速度与跟踪精度方面表现优异。在公开的SatSOT数据集上,其跟踪精确率最高可达到69.8%,平均帧率超过30frame/s,展现出较强的实用性与实时性。这类方法通过利用目标的表观特征和运动信息,能够在较低计算成本下实现高效跟踪,尤其适用于资源受限的星载平台。相比之下,基于深度学习的方法在特征表达和复杂场景适应性方面具有显著优势,但由于遥感领域缺乏大规模标注数据,其在相同数据集上的最高跟踪精确率目前为66.9%,低于相关滤波方法。总结了遥感卫星视频单目标跟踪的研究进展,相关滤波方法成熟且实时性强,适用于当前任务;深度学习方法潜力巨大,是未来重要方向。因此未来研究需聚焦高性能深度学习目标跟踪方法及其实时性能优化。
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    Efficient cache replacement framework based on access hotness for spacecraft processors
    GAO Xin, NIAN Jiawei, LIU Hongjin, YANG Mengfei
    中国空间科学技术    2024, 44 (2): 74-88.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0024
    摘要 (250)      PDF(pc) (4691KB)(246)   
    A notable portion of cachelines in real-world workloads exhibits inner non-uniform access behaviors.However,modern cache management rarely considers this fine-grained feature,which impacts the effective cache capacity of contemporary high-performance spacecraft processors.To harness these nonuniform access behaviors,an efficient cache replacement framework featuring an auxiliary cache specifically designed to retain evicted hot data was proposed.This framework reconstructs the cache replacement policy,facilitating data migration between the main cache and the auxiliary cache.Unlike traditional cacheline-granularity policies,the approach excels at identifying and evicting infrequently used data,thereby optimizing cache utilization.The evaluation shows impressive performance improvement,especially on workloads with irregular access patterns.Benefiting from fine granularity,the proposal achieves superior storage efficiency compared with commonly used cache management schemes,providing a potential optimization opportunity for modern resource-constrained processors,such as spacecraft processors.Furthermore,the framework complements existing modern cache replacement policies and can be seamlessly integrated with minimal modifications,enhancing their overall efficacy.
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    一种敏捷卫星积分时间计算方法
    朱剑冰, 张猛, 汪路元, 袁珺, 程博文, 赵魏
    中国空间科学技术    2017, 37 (1): 97-103.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0018
    摘要 (820)      PDF(pc) (4191KB)(923)   
    敏捷卫星成像过程中姿态变化灵活,积分时间变化剧烈,传统卫星积分时间计算模型已无法满足精度要求。因此,提出一种改进的积分时间计算模型,在星地斜距计算和摄影点地速计算两方面作了改进。星地斜距计算时利用地表数字高程模型修正理论的斜距值,摄影点地速计算中增加姿态角速度对卫星本体坐标系角速度矢量的影响,并设计了整个算法在星上数管分系统中的实现方案。最后在星载嵌入式环境下进行了仿真计算,并与地面仿真计算结果进行了比对分析。两者比对偏差在0.01‰以内,可以满足相机成像质量要求。
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    鹊桥二号中继通信载荷任务分析与设计
    徐进, 王秋平, 李耀, 孙骥, 陈岚, 余晓川, 汪海, 田森, 党晓康, 王永塔
    中国空间科学技术    2025, 45 (3): 41-55.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0037
    摘要 (807)      PDF(pc) (12008KB)(466)   
    鹊桥二号是针对探月四期月球着陆任务所研制的月球中继卫星,支持月球探测任务实施,实现月球背面及极区多次任务及多器(嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号等)和地面站之间的中继通信等服务,其中中继通信载荷是鹊桥二号最关键和最核心的部分。针对中继通信载荷的任务特点、方案设计及关键技术进行分析和说明。综合考虑通信体制、远距离链路传输、与多个探测器适配的兼容性以及工程实现性等约束条件,中继通信载荷利用软件无线电技术特点,开发了全数字化的前向调制、返向解调功能,结合软件在轨可更新的能力,实现了创新灵活的系统设计方案;识别了返向链路多目标大动态信号检测及跟踪关键技术,开发了相关软件算法,解决了信号在大动态/多目标环境下的检测及跟踪问题,达到了返向链路稳定建链的目的。鹊桥二号自2024年3月发射以来,中继通信载荷在轨工作状态良好,可靠性高,为嫦娥六号探测器在月球背面采样返回任务提供了稳定可靠的中继通信服务,圆满完成了人类首次月球背面采样返回任务。鹊桥二号中继通信载荷在中国深空探测领域发挥了重大作用,为后续深空探测、载人航天工程、探月工程以及未来国际合作业务等任务的成功奠定了坚实的基础。
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    面向多星抵近的单星护卫机动策略优化方法
    茹祥润, 袁容昊, 张进, 沈美栖
    中国空间科学技术    2026, 46 (4): 160-170.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0067
    摘要 (101)      PDF(pc) (7004KB)(70)   
    针对高轨多颗非合作目标星同时抵近大型卫星问题,提出了一种单星护卫机动策略的分层优化方法。首先,通过非合作目标星抵近构型参数和任务约束来描述护卫场景,并构建护卫星依次访问多目标星的任务规划模型;然后,采用贪婪局部搜索与自适应粒子群结合的分层框架,对访问序列与时间参数进行优化;最后,通过数值仿真验证提出的方法。结果表明,对不同目标数量(不超过8颗)及抵近构型的问题,分层优化策略均可实现秒级求解,成功率近100%,综合性能优于作为对比的五种算法。研究揭示了抵近任务时长、抵近时间差、相对位置等任务因素与护卫策略及总速度增量之间的内在关系,可为高轨卫星护卫任务设计与控制提供参考。
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    支持任务自主接入的星务软件重构方法
    李翔, 宫江雷, 郭莉芳, 韩笑冬, 王超, 杨凯飞
    中国空间科学技术    2023, 43 (4): 52-65.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0053
    摘要 (481)      PDF(pc) (11571KB)(338)   
    目前卫星设计领域软件在轨重构方式安全性低,灵活性差,大大制约了星务软件在轨功能的持续更新与扩展需求。针对以上背景,提出了一种支持任务级重构的星务软件架构,介绍了基于容错SRAM的典型硬件环境和基于软总线的软件分层设计方法;开展对任务自主接入及硬件重启后自主恢复机制的研究,提出支持任务自主接入的星务软件重构流程及补丁协议,最终针对新型软件架构和任务接入方法进行仿真,验证了该方法的安全有效性,解决了目前星务软件重构灵活性差的问题,为提升卫星软件好用易用性提供了解决方案。
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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 (829)      PDF(pc) (5761KB)(1273)   
    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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