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星座贝雷塔:cf手游贝雷塔怎么获得

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微纳卫星星座和编队组网技术研究进展

1.t引言微纳卫星自上世纪80年代伴随微电子、微机电等技术的兴起而发展至今,全球研究机构广泛认同微纳卫星在微小型化、功能密度、研制成本、发射难度、灵活性等方面具备极大的优势,其单颗卫星在轨功能有限,这也成为阻碍微纳卫星广泛应用于各类航天任务的最大限制条件。采用多颗卫星协同工作,可以显著发挥微纳卫星的优势,同时可以克服其单星工作存在的缺点,也是微纳卫星相关技术研究中最具应用价值和潜力的发展方向。与单纯的分布式卫星(如:协同卫星更加注重结构功能,即多颗卫星相互配合完成任务。协同微纳卫星系统的定义是:由多颗(2颗或2颗以上)微纳卫星按一定要求分布在一种或多种轨道上,共同协作完成某项空间飞行任务(例如:观测、通信、侦察、导航等),从而使空间飞行获得更大的应用价值。星座和编队组网是协同微纳卫星系统的两种最主要形式。2.t微纳卫星星座和编队组网的特点和应用2.1t微纳卫星星座2.1.1t微纳卫星星座的概念微纳卫星星座是为完成某一特定空间任务而协同工作的多颗微纳卫星的集合,主要目的是通过星座中的多星协同增加对地面的覆盖面积或者缩短重访时间。由于星座执行任务过程中没有固定的分布构型需求,通过单星轨道控制保持对地覆盖特性,不需要在星间实施闭路控制,各星之间也可以不存在任何信息交换和服务。2.1.2t微纳卫星星座的特点微纳卫星通常工作在低轨(500km-1500km),发射和配置简单,不存在高轨卫星具有的高通信延时,对于构建星座而言优势明显。单颗微纳卫星的功能简单,构成星座的卫星数量较多,卫星寿命相对较低,使微纳卫星星座系统庞大而复杂,同时给地面测控带来较大压力。微纳卫星星座的构建要在任务需求和实现方法中平衡决策,以达到最优的星座性能。微纳卫星星座的性能可以归纳为以下几点:对于全球范围、特定区域的最大、最小、平均覆盖度和可见度;对于目标的覆盖质量,对于目标的覆盖时间间隔,地面站、星间链路和天基中继通信系统的覆盖度和可见度;从数据请求或数据采集到用户接收到数据的时间间隔;星座功能冗余以及备份星替补、故障星脱轨能力。2.1.3t微纳卫星星座的应用和发展卫星星座的发展最早可以追溯到上世纪60年代。随着空间技术进步和应用方面需求,使得卫星星座的应用数量日益增加,世界各国相继开展了微纳卫星星座的研究和建设工作。从已建立的各类微纳卫星星座来看,星座从任务功能上可以分为导航星座、通信或数据中继星座、遥感星座(侦察、预警、环境监测等)、科学试验星座等。以下介绍几个具有代表性的微纳卫星星座来说明微纳卫星星座的技术发展水平。a)tOrbcomm通信卫星星座Orbcomm卫星通信系统是美国三大低轨移动星座卫星系统之一,能够实现短数据(非话音)全球通信。它具有投资少、周期短、兼备通信和定位能力、卫星重量轻、用户终端小巧便携、星座运行时自动化程度高、自主功能强等优点;它是全球第一个也是唯一的双向短数据低轨微纳卫星通信系统。图 1 Orbcomm通信卫星星座自1991年起至今。搭载其自行研制的光学系统和相机,星座分布在420km轨道高度、58度轨道倾角的国际空间站轨道和475km轨道高度、98度(或更高)轨道倾角的太阳同步轨道的两条轨道上,采用在相同轨道高密度布置相位不同的卫星的方式提高对地覆盖的面积。图 3 鸽群星座遥感覆盖方式和现阶段部署覆盖范围鸽群星座是目前世界上唯一具有全球高分辨率、高频次、全覆盖能力的遥感卫星系统。鸽群卫星星座目前已经实现对全球范围的观测,对于绝大多数热点区域和国家甚至可以达到每天超过一百次的观测频次。Planet Labs公司至今已积累了超过80亿平方公里的地球遥感数据,其中鸽群星座自身可以达到3m~5m的对地分辨率,快眼星座可以提供每天高达5百万平方公里的高精度遥感数据。遥感微纳卫星星座是由我国珠海市欧比特公司规划、航天东方红卫星股份有限公司研制的。星座由12颗视频微纳卫星、4颗高光谱微纳卫星及2颗SAR微纳卫星组成,在空间形成一个高效的遥感微纳卫星星座,预计将在未来2~3年内发射部署完成。其首批两颗欧比特视频卫星-1A和1B(OVS-1A和1B)于2017年6月在酒泉卫星发射中心搭载长征四号B运载火箭发射升空。这两颗卫星为视频成像卫星,可实现大范围侧摆、快速凝视,单颗卫星质量55kg,具有凝视视频和条带成像两种工作模式,星座部署完成后,珠海一号星座将实现对全球遥感数据每5天更新一次。图 4 珠海一号遥感微纳卫星星座该星座在全球范围内采集可见光图像、可见光视频以及高光谱图像等类型的高时空分辨率的海量对地遥感数据,形成全天时、全天候的对地观测能力,并且可以为同一观测对象提供多种类型的遥感数据,实现全方位精准遥感。数据经地面应用系统接收和处理形成高价值的卫星大数据产品,可为全球的政府、企业以及个人等类型客户提供新型的卫星数据服务。珠海一号是我国第一个由民营上市企业投资并运营的遥感微纳卫星星座,也是我国在遥感微纳卫星星座领域迈出的具有开拓性的一步。2.2t微纳卫星编队飞行2.2.1t微纳卫星编队飞行的概念微纳卫星编队飞行指由若干个卫星构成一个特定形状,这个特定形状的各个卫星,单个卫星基本不能单独发挥功能作用,每个卫星都同其它卫星保持联系,共同承担信号处理、通信、有效载荷工作等。各星按编队飞行要求保持队形,需要依靠星间闭环编队控制才能实现。2.2.2t微纳卫星编队飞行的特点编队组网的微纳卫星其任务功能是由整个编队飞行的各个卫星共同来完成,虚拟卫星”同时利用轻巧灵活的微纳卫星代替庞大复杂的大卫星,更大程度提高了整个系统的尺度和能力,提供极大的测量基线,还可以实现对同一个目标区域观测数据的干涉与合成从而获得极高的观测精度,编队组网的微纳卫星通常具有灵活的加入和退出机制。各星之间信息交换量大,从而降低了对地面站的依赖,根据编队飞行控制要求的不同。编队微纳卫星可区分如下三类,其技术水平和实现难度依次升高,星间状态测量和控制仅在某阶段或一个时期进行:不须要长期进行测量和控制,编队飞行各个卫星之间有测量信息:但是星间不进行协调控制,也就是说编队飞行的队形是随时进行测量,获得队形分布状态。因技术难度大、相位同步与要求满足干涉条件非常严格、预算超支等原因,图 5 TechSat-21计划构想图b)t3Csat编队3Csat(3 Corner Sat)三角形纳星由美国三所大学研制,目的是为了实现纳星编队飞行,进行气象立体成像技术演示。其中科罗拉多大学博尔德分校和亚利桑那州立大学研制的两颗卫星于2004年发射升空;新墨西州州立大学研制的一颗卫星研制延迟未能赶上发射时间。两颗卫星由于德尔塔4号重型火箭首次发射时出现问题,图 6 3Csat中的两颗已完成卫星c)tION-F编队ION-F(Ionospheric Observation-Nanosatellite-Formation)电离层观测-纳星-编队是由美国三所大学研制的用来测量电离层密度不均匀对无线电传播(包括通信、导航、全球定位系统等)的影响的卫星编队。每颗卫星为质量15kg的三轴对地稳定卫星。三颗卫星组成一条串珠型卫星编队,两颗卫星搭载推进系统用于控制串珠型编队的构型。ION-F是国际上第一次进行近地轨道空间环境监测的微纳卫星编队的尝试。又称分离模块化航天器(Fractionated Spacecraft),提出由功能分解、结构分离、无线连接的标准化、模块化编队飞行,实现各种各样组合航天器,被称为设计、研制航天器的重大技术革命。但由于当时卫星的质量、体积、成本过高而未能进入实际研发阶段。Owen Brown基于现有微纳卫星技术提出了“图 8 F6计划构想图3.t微纳卫星星座和编队组网的关键技术3.1t高功能密度微纳卫星技术微纳卫星在星座和编队组网应用中的优势是通过其极高的功能密度实现的。所谓功能密度是指单位重量微纳卫星所能提供的功能,说明微纳卫星重量轻且提供的功能水平高。高功能密度微纳卫星中的“其一是卫星平台各个分系统和部件的功能密集度高,实现消耗更少的系统资源(如质量、体积、功耗等)而输出更高的性能指标;目前微纳卫星的载荷占比一般都在30%~40%左右,高功能密度既是微纳卫星技术的未来发展方向,也是在星座和编队系统应用中相比常规卫星最突出的优势,对整个协同卫星系统将产生重要影响,3.2t星座和编队构型设计星座和编队构型在设计上所面临的共同问题,是都需要综合考量效益成本、任务需求、实现难度、运营维护能力等方面因素,无法单纯依赖数字仿真的方法进行设计。对于微纳卫星星座设计而言,覆盖是星座设计的基本点,星座形式、卫星数量就会有明显的不同。4)在轨运行过程中的任务计划与规划;6)任务数据的分析处理。微纳卫星星座和编队的各卫星之间,如何确定自主运行结构,如何有效传递通信控制,如何进行轨道规划和资源分配,如何建立自主协作控制仿真环境,如何提高系统可靠性,都是未来微纳卫星星座和编队自主运行理论和实践需要解决的问题。3.4t星间相对测量和控制星间相对测量技术主要包括星间距离测量、方位测量和相对位置测量等。对于协同卫星系统各卫星间的相对测量技术,1)基于视觉的相对测量技术:测量卫星间相对距离和角度关系,用于计算相对位置、速度和卫星姿态;2)基于全球定位系统(GPS)的差分相对导航;3)星间测距系统:通过卫星星载测距系统收发无线电信号,获得各星间伪距或载波相位观测信息,可以得到高精度相对位置、速度和卫星姿态信息。前两种相对测量技术相对测量精度可达到cm级,星间测距系统的相对测量精度甚至可达到μm级。星间相对控制的主要任务是实施编队捕获、编队重构和编队保持,三维轨道位置与三轴姿态,这些自由度经常耦合且难以解耦分开解决,因此对于星座和编队的星间相对控制是一个多变量的复杂系统控制,要从系统级顶层规划控制策略,然后才具体设计控制系统技术。国内外学者已经针对不同星间相对控制任务提出了比例微分(PD)控制方法、离散速度脉冲控制方法、鲁棒控制方法等,3.5t高效率轨道控制和转移技术轨道控制能力是未来微纳卫星组成星座和编队的必备能力,用以实现微纳卫星的轨道控制和轨道转移,这是依赖高效率微推进系统实现的。轨道控制和转移主要存在于三个阶段:1)卫星入轨阶段:由于星座和编队微纳卫星数量较多且经常处于不同的轨道面,由运载直接送入轨道难度和成本都较高。