中国空间科学技术

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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（565）

PDF（pc）（3965KB）（1142）

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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月球标准时间及其三个循序渐进阶段的建议

刘民, 平劲松, 王乾娟, 余和真

中国空间科学技术 2026, 46 (5): 16-25. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0073

摘要（89）

PDF（pc）（1105KB）（65）

介绍了月球标准时间问题的由来，用广义相对论和4维时空同时性原理，定义局域标准时间。为实现月球时间的统一，考虑三步走的递进阶段：第一阶段依赖地球上的标准时间进行溯源,适用于月球表面和轨道尚没有确定的时钟，不具备在月球本地复现时间单位的情况；第二阶段适用于月球表面存在至少1台能复现国际单位制（SI）秒的时钟，被计量管理机构授权为月球本地时间基准，本地时钟产生的原时经过转换变为坐标时后，广播授时，此阶段月球标准时间独立于地球；第三阶段适用于至少4台及以上守时装置布设在月球空间和月面的情况，采用去中心化的守时和授时方法，将时间标准溯源到约定的规则上，计量管理机构不直接授权时间基准，而是分配守时装置编号，维护约定规则。时间用户从广播的时间戳信息中解算本地时间和位置，与当前的全球卫星导航系统（GNSS）的理论基本相同。月球标准时间将独立于地球上的标准时间，为满足两地时间用户需要，守时装置还应不断观测并发布两地坐标时的对照表，以及地球和月面历法对照表。所述的三个阶段，将为确立《月球标准时间定义》计量技术规范提供支撑。

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月球参考架的实现与发展

黄勇, 郑晋军, 曲伟菁, 常希诺, 耿仁方

中国空间科学技术 2026, 46 (5): 1-15. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0082

摘要（147）

PDF（pc）（3151KB）（109）

月球参考架是实现高精度月球导航、测绘及科学探测的战略性基础设施。本文系统综述了月球参考架的定义、实现技术与发展趋势。阐述了月球参考架的基本概念，包括月球参考系和月球参考架的区别，重点分析了主轴（PA）坐标系与平均地球/自转轴（ME）坐标系这两种主流定义的实现原理及其相互转换关系。系统梳理了月球参考架的维持与精化技术，涵盖月球激光测距（LLR）、甚长基线干涉测量（VLBI）和摄影测量等技术。探讨了地月导航系统对实现月球参考架的作用，地月导航系统作为地月空间核心基础设施，是构建月球参考架的关键技术支撑。未来月球参考架的发展将聚焦强化高精度观测技术，完善多源数据联合处理，加快标准化进程，强化国际协同，推动国际月球参考架成为全球统一的月球时空基准，服务人类月球探测。

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恒星光行差导航系统偏差自校正方法

熊凯, 徐超, 黄翔宇

中国空间科学技术 2026, 46 (5): 26-37. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0074

摘要（91）

PDF（pc）（5541KB）（47）

为了减小系统偏差对恒星光行差导航性能的影响，提出一种基于参数化模型和扩展卡尔滤波器（Extended Kalman Filter, EKF）的系统偏差估计和补偿方法。将系统偏差统一描述为敏感器相对安装误差的形式，建立了综合考虑航天器运动状态、敏感器测量噪声和系统偏差等因素的恒星光行差导航偏差校正系统模型。在此基础上，设计了同时进行系统偏差校正和定位测速解算的导航滤波器。通过计算导航系统的克拉美劳下界（Cramer-Rao Lower Bound, CRLB），分析了系统偏差自校正方法的可行性。以环绕中心天体飞行的航天器为例开展数学仿真研究，结果表明，所提方法能够有效抑制系统偏差的不利影响，在恒星角距测量精度为0.1″的情况下，经过系统偏差校正，恒星光行差导航定位精度由约50km提升至3km以内。与文献中已有方法将系统偏差建模为恒星角距测量偏差的处理方式相比，所提方法的主要优势在于待估计的状态量维数与恒星角距观测量的数量无关，有利于简化星上导航算法设计。

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基于A2C算法的低轨星座动态波束资源调度研究

刘伟, 郑润泽, 张磊, 高梓贺, 陶滢, 崔楷欣

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 123-133. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0045

摘要（471）

PDF（pc）（3071KB）（422）

巨型低轨星座为载人飞船、空间站、遥感卫星等用户航天器提供低时延、大容量的通信通道存在波束资源分配优化的难题。针对采用离散时间的深度强化学习A2C（advanced actor- critic）的智能优化框架进行了研究，结合遗传算法中个体和基因概念、形成了可有效满足多用户、动态、并发接入需求的波束资源调度算法。基于仿真分析，提出的算法可在多种典型场景下具有适用性，支持在20s内完成超过3000个任务的有效规划，任务成功率不低于91%。通过算法优化实现复杂度的降低，相对传统遗传算法可节约时间45%以上。同时对传统A2C算法框架中的收敛问题进行了优化，解决了传统全连接A2C算法无法收敛的难题，同时相比DQN（deep q-network）算法框架收敛速度提升38%以上。

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微流控氧化硅纳米流体强化流动沸腾传热

陈洪强, 高权, 马祥, 张永海, 魏进家

中国空间科学技术 2024, 44 (5): 66-74. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0074

摘要（422）

PDF（pc）（8788KB）（262）

利用纳米流体增强微通道流动沸腾传热是提高高功率电子设备传热性能的有效方法。然而，传统的纳米流体面临制造过程复杂、稳定性差以及无法控制纳米颗粒尺寸的挑战，对整体传热效率产生负面的影响。开发了一种简单的微流控合成策略，能够以连续、高效和高通量的方式制备高度稳定且尺寸可控的二氧化硅纳米流体。特别设计的螺旋微通道反应器仅需通过流速调节，便可实现连续流一步法合成具有30~110nm可控粒径的稳定纳米流体。流动沸腾传热实验结果表明，在较高的流速下（0.4m/s），较小尺寸的纳米颗粒（≤55nm）的传热性能优于较大尺寸（110nm）的纳米颗粒，对于临界热通量（CHF）和传热系数（HTC）的增强分别达到90.9%和68%。沸腾表面润湿性的提高、表面高效成核以及改善的汽泡动力学特性为传热性能的强化提供了理论解释。这些发现不仅为纳米流体的可控制备提供了新方法，还为航空航天、电力电子等功率器件的高效两相芯片冷却提供了新思路。

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空间微重力组合体及其控制

于绍华

中国空间科学技术 2019, 39 (5): 49-. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0039

摘要（1165）

PDF（pc）（1448KB）（966）

空间微重力组合体是绳系卫星系统的升级版，有更强大的功能和应用前景。可是在无控状态下，新旧两款系统的留位（系绳伸出长度不变）和回收（系绳回卷收缩）运动都不稳定，必须置入有效的控制算法才能使其稳定运行。从绳系卫星的简化动力学模型入手，抓住微重力和动态运动中的惯性力相互关系，推导出基础型和扩展型的距离速率控制算法，简明有效地抑制这些系统的不稳定运动和改进空间组合体在轨交会对接控制技术。该算法也可应用于有分布质量和弹性变形的连续系绳的动力学模型以及其他更复杂的绳系卫星（家族）系统的控制中。

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LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

陈新伟, 顾左, 高俊, 郭宁, 王尚民, 赵勇, 冯杰, 史楷, 蒲彦旭, 李贺

中国空间科学技术 2021, 41 (5): 65-74. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0068

摘要（428）

PDF（pc）（6187KB）（495）

为了获得300W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性，采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明，推力器的推力、比冲、阳极效率在200～300V存在一个最大值；放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性，其一阶频率大约4.05kHz。在恒定电场和磁场下，推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构；阳极流率增大至0.95mg/s时，离子电流密度呈现典型的双峰结构，质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。

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月球背面无人自动采样返回任务分析与要点设计

盛瑞卿, 孟占峰, 赵洋, 谭志云, 张弘, 黄昊, 张伍

中国空间科学技术 2024, 44 (5): 1-14. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0069

摘要（998）

PDF（pc）（17095KB）（740）

嫦娥六号任务是实现人类首次月球背面采样返回的任务。针对月球背面整体地形崎岖、可选平坦采样区少的特点，通过开展采样区选址分析，选取了南极艾特肯盆地阿波罗坑内的主、备两块着陆区，确保月背安全可靠着陆、起飞和月面工作；针对嫦娥六号在产品技术状态基本确定情况下实现新的任务目标，需要开展系统方案优化设计，减少系统的改动量，规避过多技术状态更改带来的工程实现风险，通过开展方案比较确定了逆行环月轨道飞行方案，在保证实现任务目标的前提下实现了系统更少的更改；针对嫦娥六号中继测控时长相对嫦娥五号减少且不连续的特点，提出了分阶段、多自主、中继联合协同的月面工作时序设计方案，确保着陆、起飞和月面工作可靠、高效实施；针对载荷搭载需求，提出了以数据处理单元作为核心的系统设计方案，确保系统信息接口、电气接口的安全性，并对不同载荷设计了定制式探测模式，在保证不影响主任务完成的前提下，实现探测收益的最大化。以上方法已经在嫦娥六号任务中得到了工程应用，确保了人类首次月球背面无人自动采样返回任务的圆满成功，并可为后续月球及深空探测任务提供有益的参考。

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火星样品返回任务中样品捕获定向概念与验证

刘志, 高金忠, 于茂华, 王治易, 杨文淼, 韩天, 刘洲, 苑会领

中国空间科学技术 2024, 44 (5): 107-114. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0079

摘要（372）

PDF（pc）（9961KB）（372）

针对火星样品返回任务中样品捕获回收概念，提出了一种样品捕获定向系统架构，以实现火星轨道样品容器的在轨捕获、姿态定向，并将样品容器转移到封装桶内。该方案使用捕获盖进行样品容器的捕获；4个扇面形成可收缩的捕获空间，用于约束定位样品容器；扇面上的传送带与样品容器接触，利用摩擦力与突出挡条带动样品容器运动，传送带相互协同传动用于实现样品容器姿态回正，并转移到封装桶内。为了准确实现样品定向与直线转移，基于扇面转角测量信号制定了扇面与传送带的协调动作策略。设计和研制了样品捕获定向机构样机，测试验证了样品捕获、定向和转移功能。该机构具有质量小（＜12kg）、定向与转移功能集成度高、样品容器姿态回正适应性强、转移可靠性高等特点，可应用于火星样品返回任务。

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月球关键矿产资源开发利用技术与发展前瞻

何成旦, 李正伟, 王永军, 刘坤, 张衍, 石忠宁, 王琎, 李丽匣, 于瑞云, 冯夏庭, 李得天

中国空间科学技术 2026, 46 (3): 19-33. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0034

摘要（353）

PDF（pc）（4791KB）（386）

月球蕴含着丰富的水冰、钛铁矿、氦-3等关键矿产资源，开发利用月球资源，对支撑深空探测任务可持续发展、解决未来地球资源枯竭问题、催生太空新经济模式等具有重大意义。对月球水冰、固体矿物、氦-3等关键矿产资源的储量与赋存特征进行了研究，梳理了月球资源开发利用过程中面临的重大挑战，包括极端月面环境的苛刻性、资源赋存状态的不确定性、能源供应体系的局限性、智能作业装备的可靠性等方面。在此基础上，回顾了月球关键矿产资源开发利用技术的研究进展，总结了月球资源全流程开发利用技术体系，提出了跨学科人才队伍建设、开发策略、技术验证、可行性、政策法规和国际合作模式等方面的发展建议。

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椭圆轨道非合作目标交会接近策略与控制

徐李佳, 胡勇

中国空间科学技术 2015, 35 (6): 1-. DOI: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.001

摘要（911）

PDF（pc）（6937KB）（694）

文章研究了追踪航天器与失控旋转非合作目标航天器在椭圆轨道中的交会接近策略与控制。在接近策略方面，首先，根据目标航天器大致结构设定一个安全的停泊点，使追踪航天器交会至停泊点；其次，通过在停泊点对旋转目标航天器姿态的观测，分析和预测其运动并确定合适的抓捕点位置，设计安全的接近轨迹，使追踪航天器沿着该轨迹接近至理想的抓捕实施点位置。在控制方面，考虑实际系统中的不确定性，只利用两航天器之间相对位置的测量信息，设计基于特征模型的自适应控制方法实现交会接近。最后通过数学仿真模拟整个交会接近过程，验证了文中所提出的接近策略和控制方法。

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基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法

康国华, 范凯, 周琼峰, 梁尔涛

中国空间科学技术 2018, 38 (2): 16-23. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2018.0017

摘要（472）

PDF（pc）（11249KB）（214）

为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度，文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置，设计了高斯牛顿（Gauss-Newton，GN）迭代算法和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter，UKF）有机结合的微小卫星姿态确定算法，先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据，迭代计算最优四元数，然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量，以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF，降低观测维数，并将观测方程转化为线性方程，显著减小计算量，同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。

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捕风一号卫星总体设计与技术特点

白照广, 王崇羽, 范东栋, 孙纪文

中国空间科学技术 2022, 42 (2): 108-116. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0028

摘要（802）

PDF（pc）（8151KB）（490）

捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量（global navigation satellite systemreflection，GNSSR）技术的气象卫星，采用新型L波段海面风场信息探测技术，在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务。从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总体技术指标，结合需求分析阐述了卫星系统配置、载荷关键指标和轨道特性等方面的确认过程和结果。给出了载荷高精度风场监测、卫星海上发射、星地一体化数据反演、创新性数据中心等方面的技术特点，在具备2~70m/s范围大风场测量的同时，风速测量精度可以达2m/s。同时介绍了在轨测试情况、载荷性能比较与后续发展建议。卫星总体方案的设计过程可作为后续业务星和其他卫星系统论证的参考。

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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（1128）

PDF（pc）（8335KB）（1002）

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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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（856）

PDF（pc）（5761KB）（1311）

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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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（1059）

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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基于DTW的HJ-1B卫星地表温度产品质量检验

张琪, 李大成, 历华, 段四波, 张霄羽, 韩启金, 高海霞

中国空间科学技术 2022, 42 (3): 93-104. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0040

摘要（320）

PDF（pc）（7784KB）（206）

HJ-1B卫星热红外数据应用广泛，但其地表温度反演产品的质量检验工作尚不完善。以黑河流域为研究区，利用普适性单通道算法得到HJ1B地表温度，基于7个地面站点（下垫面为荒漠、沙漠、植被、农作物、雪地和湿地）同步观测资料和MODIS地表温度产品（MOD11A1），引入动态时间规整方法（DTW）对站点处HJ1B地表温度进行验证。试验结果表明：HJ1B地表温度反演产品与地面观测值的偏差值在沙漠和荒漠站点为1K以内，均方根误差在05K左右；对于植被和农作物站点的偏差在2K以内，均方根误差为1~2K；基于DTW的验证对时序不匹配的数据评价结果与现有指标表现一致。HJ-1B地表温度反演产品与地面站点的相对偏差均低于其与MODIS地表温度反演产品的相对偏差。

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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（628）

PDF（pc）（7207KB）（839）

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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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（2663）

PDF（pc）（9757KB）（2915）

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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