兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統的製作方法
2023-10-27 22:15:52 1
專利名稱：兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽系行星空間環境探測領域，尤其涉及一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統。
背景技術：
空間環境是影響太空飛行器在軌工作的重要因素，我國未來將開展太陽爆發引發的近地空間環境響應探測，研究太陽爆發造成的近地環境大尺度和小尺度變化規律。然而，國內目前關於該領域的研究仍處空白階段，為此，開展能夠滿足探測需求的衛星星座系統設計迫在眉睫
發明內容
本發明的目的在於提供一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，以解決現有技術存在無法滿足對太陽爆發造成的近地環境大尺度和小尺度變化規律探測的研究需求的技術問題。為達到上述目的，本發明提供一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，包括若干衛星和若干中繼通信終端，各衛星進一步包括綜合電子計算機和與其連接的空間磁場探測載荷、空間能量粒子探測載荷以及空間等離子體探測載荷；各衛星分層分布且通過各中繼通信終端通信連接。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，上述衛星的數量為5顆。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該5顆衛星包括3顆小型衛星和2顆為微型衛星，其中，小型衛星質量為280kg，採用三軸穩定姿態控制方式；微型衛星質量為50kg，採用自旋穩定姿態控制方式。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該5顆衛星分別分布在兩個軌道高度分別為895km和727km的太陽同步軌道上，其中，2顆微型衛星和I顆小型衛星工作於高度為895km的太陽同步軌道，另外2顆小型衛星工作於高度為727km的太陽同步軌道。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該分布在高度895km的太陽同步軌道的三顆均勻分布，且其中的小型衛星位於中間，兩顆微型衛星均按0. 5°相位差分布於微型衛星前後，形成3星編隊。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星按相位差0. 5°分布，形成2星編隊。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該分布在高度895km的太陽同步軌道的小型衛星分別與兩顆分布在高度895km的太陽同步軌道的微型衛星以及分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星通信連接；分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星之間通信連接。
依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該中繼通信終端具有雙信通道能力，其進ー步包括多通道S頻段中繼收發信機、若干多エ器和若干中繼天線，S頻段中繼收發信機與綜合電子計算機通信連接，中繼天線通過多エ器與多通道S頻段中繼收發信機通信連接，各中繼通信終端之間通過中繼天線通信連接。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該工作於895km軌道的3顆衛星編隊和工作於727km軌道的2顆衛星編隊分別構成兩個小尺度探測系統，獲取單顆衛星無法得到的近地空間環境小尺度精細結構和變化規律信息。依照本發明較佳實施例所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，該工作於727km軌道的2顆衛星編隊和工作於895km軌道的3顆衛星編隊，利用軌道周期差異，空間相位最大達到180°，同時開展所在區域的空間環境探測，用以獲取太陽爆發引發的近地空間環境大尺度結構和變化規律信息。 本發明採用集成化、小型化的衛星實現多星組網，能夠兼顧空間大尺度與小尺度 探測太陽爆發引發的近地空間環境響應，工作於895km軌道的3顆衛星編隊和工作於727km軌道的2顆衛星編隊分別構成兩個小尺度探測系統，獲取單顆衛星無法得到的近地空間環境小尺度精細結構和變化規律信息。工作於727km軌道的2顆衛星編隊和工作於895km軌道的3顆衛星編隊，利用軌道周期差異，空間相位最大達到180°，同時開展所在區域的空間環境探測，可以獲取太陽爆發引發的近地空間環境大尺度結構和變化規律信息。因此，本發明能夠完全滿足太陽爆發引發的近地空間環境大尺度和小尺度響應探測的應用要求，滿足近地環境的空間磁場、能量粒子、等離子體等探測載荷的安裝和使用要求，具有集成設計、多星組網、異軌分布、動態構型等技術特點。
圖I為本發明兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統的結構示意圖；圖2為本發明實施例的空間環境小尺度探測星座的結構示意圖；圖3為本發明實施例的空間環境大尺度探測星座的結構示意圖；圖4為本發明實施例的系統中繼通信結構原理圖。
具體實施例方式以下結合附圖，具體說明本發明。請參閱圖I至圖3，一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，包括5顆衛星A星、B星、C星、D星、E星和五組中繼通信終端，各衛星進一歩包括綜合電子計算機和與其連接的空間磁場探測載荷、空間能量粒子探測載荷以及空間等離子體探測載荷；各衛星分層分布且通過各中繼通信終端通信連接。具體地，5顆衛星包括3顆小型衛星和2顆為微型衛星，其中，小型衛星質量為280kg，採用三軸穩定姿態控制方式；微型衛星質量為50kg，採用自旋穩定姿態控制方式。更近一歩地，衛星星座系統的5顆衛星分布於兩個太陽同步軌道，三軸穩定的小型衛星A星和自旋穩定的微型衛星D星和E星位於高度895km的太陽同步軌道，三軸穩定B星和C星位於高度727km的太陽同步軌道。如圖2所示，其為本發明實施例的空間環境小尺度探測星座的結構示意圖。A星、D星和E星均勻分布，A星位於中間，D星和E星按0. 5°相位差分布在A星前後，形成3星編隊。B星和C星相位差0.5°，形成2星編隊。兩個軌道的3星編隊和2星編隊利用攜帶的空間磁場探測載荷、空間能量粒子探測載荷、空間等離子體探測載荷同時開展空間環境探測，並將探測結果發送至綜合電子計算機，綜合電子計算機計算得到不同區域的空間環境小尺度精細結構和變化規律，並將計算結果發送至地面控制中心。如圖3所示，其為本發明實施例的空間環境大尺度探測星座的結構示意圖。利用不同軌道高度衛星運行周期的差異，A星、D星和E星編隊和B星、C星編隊在特定時間形成相位差達到180°的大尺度星座構型，5顆衛星利用攜帶的探測載荷同時開展所在區域的空間環境探測，並將探測結果發送至綜合電子計算機，綜合電子計算機計算得到空間環境大尺度結構和變化規律，並將計算結果發送至地面控制中心。如圖4所示，其為本發明實施例的系統中繼通信結構原理圖。5顆衛星同時配置S頻段中繼通信終端，每顆衛星配置一組中繼通信終端，形成多星組網系統。分布在高度895km的太陽同步軌道的小型衛星A星分別與兩顆分布在高度895km的太陽同步軌道的微 型衛星D星和E星以及分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星B星和C星通信連接；分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星之間通信連接。即通過為每顆衛星配置中繼通信終端,建立A星與D星、A星與E星、A星與B星、A星與C星、B星與C星之間的中繼通信鏈路，形成多星組網系統。每顆星配置的中繼通信終端具體包括S頻段中繼收發信機、多工器和中繼天線。其中，A星、B星和C星配置多通道S頻段中繼收發信機，D星和E星配置單通道S頻段中繼收發信機。A星具體配置4付中繼收發天線，可同時實現與B星、C星、D星和E星的中繼通信。B星、C星配置2付中繼收發天線，D星、E星配置I付中繼收發天線。從圖中可以看出，星間中繼通道具有雙向通信能力，衛星的綜合電子計算機所要發送的信息，傳輸到中繼收發信機的發射通道，發射通道將信號輸出到多工器，多工器通過中繼收發天線輸出射頻信號。相應的中繼收發天線接收到射頻信號後，輸出到多工器，多工器將信號輸出到中繼收發信機的接收通道，接收通道將信息輸出到衛星的綜合電子計算機，作進一步處理，並由綜合電子計算機發送至地面控制中心。在本實例中，系統包括5顆衛星，並依據衛星的數量配置五組中繼通信終端組成，以及設置每組中繼通信終端中的多工器和中繼天線的數量。但是，需要說明的是，本發明並不限定具體的衛星和中繼終端以及多工器、中繼天線等的數量。在實際應用中，根據實際需要設置衛星的數量，並配置相應數量的中繼通信終端，及每組通信終端中包含的多工器和中繼天線的數量。因此，以上採用5顆衛星並配置5組中繼通信終端只是一個實施例，並不用於限定本發明。本發明採用集成化、小型化的衛星實現多星組網，能夠兼顧空間大尺度與小尺度探測太陽爆發引發的近地空間環境響應，工作於895km軌道的3顆衛星編隊和工作於727km軌道的2顆衛星編隊分別構成兩個小尺度探測系統，獲取單顆衛星無法得到的近地空間環境小尺度精細結構和變化規律信息。工作於727km軌道的2顆衛星編隊和工作於895km軌道的3顆衛星編隊，利用軌道周期差異，空間相位最大達到180°，同時開展所在區域的空間環境探測，可以獲取太陽爆發引發的近地空間環境大尺度結構和變化規律信息。因此，本發明能夠完全滿足太陽爆發引發的近地空間環境大尺度和小尺度響應探測的應用要求，滿足近地環境的空間磁場、能量粒子、等離子體等探測載荷的安裝和使用要求，具有集成設計、多星組網、異軌分布、動態構型等技術特點。 儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的 。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，包括若干衛星和若干中繼通信終端，所述各衛星進一步包括綜合電子計算機和與其連接的空間磁場探測載荷、空間能量粒子探測載荷以及空間等離子體探測載荷；所述各衛星分層分布，且通過所述各中繼通信終端通信連接。
2.如權利要求I所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述衛星的數量為5顆。
3.如權利要求2所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述5顆衛星包括3顆小型衛星和2顆為微型衛星，其中，所述小型衛星質量為280kg，採用三軸穩定姿態控制方式；所述微型衛星質量為50kg，採用自旋穩定姿態控制方式。
4.如權利要求3所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述5顆衛星分別分布在兩個軌道高度分別為895km和727km的太陽同步軌道上，其中，2顆微型衛星和I顆小型衛星工作於高度為895km的太陽同步軌道，另外2顆小型衛星工作於高度為727km的太陽同步軌道。
5.如權利要求4所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，·所述分布在高度895km的太陽同步軌道的三顆衛星均勻分布，且其中所述的小型衛星位於中間，兩顆微型衛星均按0. 5°相位差分布於所述微型衛星前後，形成3星編隊。
6.如權利要求4所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星按相位差0. 5°分布，形成2星編隊。
7.如權利要求5和6所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述分布在高度895km的太陽同步軌道的小型衛星分別與所述兩顆分布在高度895km的太陽同步軌道的微型衛星以及所述分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星通信連接；所述分布在高度727km的太陽同步軌道的兩顆小型衛星之間通信連接。
8.如權利要求I所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述中繼通信終端具有雙信通道能力，其進一步包括多通道S頻段中繼收發信機、若干多工器和若干中繼天線，所述S頻段中繼收發信機與所述綜合電子計算機通信連接，所述中繼天線通過所述多工器與所述多通道S頻段中繼收發信機通信連接，所述各中繼通信終端之間通過所述中繼天線通信連接。
9.如權利要求5和6所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述工作於895km軌道的3顆衛星編隊和工作於727km軌道的2顆衛星編隊分別構成兩個小尺度探測系統，獲取單顆衛星無法得到的近地空間環境小尺度精細結構和變化規律信息。
10.如權利要求5和6所述的兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，其特徵在於，所述工作於727km軌道的2顆衛星編隊和所述工作於895km軌道的3顆衛星編隊，利用軌道周期差異，空間相位最大達到180°，同時開展所在區域的空間環境探測，用以獲取太陽爆發引發的近地空間環境大尺度結構和變化規律信息。
全文摘要
本發明涉及一種兼顧空間大尺度與小尺度探測的衛星星座系統，包括若干衛星和若干中繼通信終端，各衛星進一步包括綜合電子計算機和與其連接的空間磁場探測載荷、空間能量粒子探測載荷以及空間等離子體探測載荷；各衛星分層分布且通過各中繼通信終端通信連接。本發明能夠完全滿足太陽爆發引發的近地空間環境大尺度和小尺度響應探測的應用要求，滿足近地環境的空間磁場、能量粒子、等離子體等探測載荷的安裝和使用要求，具有集成設計、多星組網、異軌分布、動態構型等技術特點。
文檔編號B64G1/10GK102745341SQ20121021458
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者俞杭華, 周必磊, 張偉, 王偉 申請人:上海衛星工程研究所