航天编队飞行与空间虚拟探测技术

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1、航天编队飞行和空间虚拟探测技术香山科学会议第206次学术讨论会综述    以“建立高效、低成本、低风险分布式天基探测系统——航天编队飞行和空间虚拟探测技术”为主题的206次香山科学会议学术讨论会于2003年8月26～28日在北京举行。会议聘请宋健院士、中国科学院上海技术物理所龚惠兴院士和中国科学院空间科学与应用研究中心姜景山院士担任执行主席。会议的中心议题为航天编队飞行技术、空间虚拟探测技术、分布式合成孔径雷达、现代一体化设计小卫星等。    宋健院士首先做了“重视研究低成本小卫星和虚拟探测技术”的报告，指出21世纪航天技术的发展对于外空间的科学探测、认识宇宙，扩展生存空间

2、、挑战传统物理学和天体物理学具有非常重要的意义。强调航天的作用不仅仅是认识我们地球，而是认识宇宙的不可缺少的手段。他提出了三点需要重视的问题：第一重视基础研究，要搞编队飞行或者是虚拟探测技术研究，都要重视基础研究；第二加强长远项目的研究，“编队飞行”是一个长远课题的研究，从近期入手，逐步到达更高的目的；第三航天技术应用研究，要向社会开放，特别是要向全国的研究机构和高等院校开放，动员社会力量逐步提高我们的航天技术，这样使航天技术的根基更深，深入民间。    一、航天编队飞行及空间虚拟探测技术研究现状及重要性    姜景山院士作了题为“航天编队飞行及空间虚拟探测技术——21世纪

3、航天应用技术前沿”的总评述报告。他指出，编队飞行的目的在于以多颗小卫星编队飞行来实现大卫星才能具备的强大功能并且可以实现功能重组，它要求编队中的每一颗卫星的传感器所获得的信号要进行相干处理。从技术上说，实现编队飞行必须以具有高度自主能力的小卫星和特殊轨道设计为技术前提。编队飞行与虚拟探测紧密相连，相互促进、共同发展。    编队飞行及空间虚拟探测技术是本世纪航天技术及应用领域的前沿性、战略性课题。在21世纪人类的航天活动中，编队飞行及虚拟探测技术必将发挥出越来越重要的作用。对于国家安全来说，它是我们必须争取的21世纪航天领域的战略制高点。它的发展也将对空间科学、空间技术及应

4、用产生深远的影响、对于空间对地观测以及对宇宙观测方面具有重大意义，同时可以极大地提高对地观测以及对宇宙观测的能力，还将极大地促进计算机、自动控制、精密定轨、星间信息交换、空间轨道设计和编队构形设计等航天技术的发展。我国作为一个重要航天国家，应不失时机地抓住机会，纵深布局，加快研究及试验，将有可能在这一领域与国际水平同步，为我国空间技术、国家建设及国家安全提供先进有效的战略科技途径。    迄今为止，这一技术在国际上的发展也不过十几年，而且普遍处在研究和试验阶段，美国的规划目标是到2020年在相关领域使这一技术具备实用性。我国对这一技术的研究始于上世纪末，也已有7～8年的时间

5、。如果现在开始有计划地加强这一领域的研究，我国在这一领域与国际上的发展可以同步进行。到2020年时，在航天应用中将有可能广泛采用编队飞行技术，在提高我国航天竞争能力，提升国威方面将发挥重要作用。    二、航天编队飞行技术    航天科技集团502所林来兴研究员作了题为“航天器编队飞行技术和应用”的评述报告。认为编队飞行的特点是由若干颗卫星在轨道上构成一个特定形状，各颗卫星一方面保持这个形状，同时又绕地球中心旋转，各颗卫星轨道周期都相同。编队飞行中各颗卫星相互协同工作，共同构成一个虚拟卫星。报告中还论述了编队飞行动力学和轨道设计方法。着重研究了地球轨道编队飞行动力学模型和轨

6、道构型，使编队飞行既能满足日益发展的应用需求，又能以低燃耗长期运行（例如编队飞行卫星每年燃耗占整星重量在百分之几以内等）。他指出以编队飞行应用为目的的关键技术包括：分布式有效载荷研究、自主编队队形的测量和位置保持控制技术、微推力器技术、星间通信以及编队飞行动力学和轨道构型设计软件工具开发研究等。    航天科技集团五院总体设计部杨维廉研究员作了关于“编队飞行的轨道设计”的议题评述报告。针对当前比较有应用价值的三类编队飞行——同轨迹、同轨道面和沿同一椭圆形地面轨迹的飞行，分析了目前关于相对运动模型基础Hill方程或C-W方法很难分析轨道摄动影响的局限性，提出一种利用卫星相对位

7、置与轨道平根数的关系研究这些类型编队的轨道设计方法，并对这三种编队飞行的轨道参数进行了计算。为了减小摄动引起的队形演变，他提出在轨道设计时应选择某颗星与虚拟卫星的轨道共面或具有相同的轨道倾角，从而使所有轨道倾角偏置的最大值最小。    中国科学院计算技术研究所王贞松研究员的报告题目为“卫星自主处理及运行技术”，对星上需要自主处理的内容如卫星的姿态控制、太阳能帆板的控制、编队卫星的队形保持、轨道间距、姿态一致性控制、卫星间通讯与信号的处理、有效负载部分如自动增益控制、遥感信号实时处理等进行了分析。并初步计算了二星编队