基于激光反射器的卫星完全姿态测量方法研究
批准号:
12103078
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汤凯
依托单位:
学科分类:
天体测量、天文参考系与天文地球动力学,天文学史
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汤凯
中文摘要
卫星等空间飞行器的长期姿态测量和监视对于目标态势感知、轨道演化研究等应用具有重要的意义。目前的空间飞行器姿态测量功能在卫星端受限于敏感器等有源器件寿命,主要在卫星失效前有效,在地基则以作用距离有限的光学成像方法为主。本项目提出一种结合激光反射器阵列(LRA)和卫星激光测距(SLR)进行卫星姿态测量的技术。拟通过设计搭载特定的激光反射器,仅依靠SLR台站测距结果解算出卫星的完全姿态信息,通过至少2个SLR台站同时观测即可获得卫星的完全姿态。该测量方法基于SLR技术支持,星载部分仅包括无源的激光反射器,因此具有作用距离远、载荷重量轻、造价低、寿命长、无能耗等优点。对该技术的探索研究有望产生一种新的地基卫星姿态确定方法,可以整合激光测距、精密定轨、姿态校验、自转参数测量以及对地面分辨等多种功能,在卫星姿态失控、有源设备故障、能源耗尽等极端条件下以及对失效卫星的姿态检测方面具有特别的应用价值。
英文摘要
Satellites and other spacecraft long-term attitude measuring and monitoring has the vital significance for the target situational awareness, orbital evolution research. Spacecraft attitude measuring function on the satellite is limited by the finite life of active components like star sensors. On the ground, the optical imaging method with limited action range is the main method. In this project, a satellite attitude measurement technology combining laser reflector array (LRA) and satellite laser ranging(SLR) is proposed. By designing specific laser reflectors one can calculate the complete attitude information of the satellite only relying on the ranging results of SLR stations. The complete attitude information of the satellite can be obtained by simultaneously observing from at least two SLR stations. The measurement method is based on SLR technology support. The satellite-borne part only includes passive laser reflector, so it has the advantages of long operating distance, long action distance, light load weight, low cost, long life and no energy consumption. The exploring research of the technology is expected to produce a new kind of satellite attitude determination method of foundation, can be integrated laser ranging, precision orbit determination, posture, the rotation parameter measurement as well as to the ground resolution and other functions, the satellite attitude control, active under extreme conditions, such as equipment failure, energy depletion as well as to the failure of the satellite attitude determination has the special application value.
空间物体的姿态测量具有广泛的应用价值,它是确保航天器导航、控制、定位和任务执行的关键,也是监控空间碎片态势和进行空间交通管理的基本手段之一。卫星激光测距(SLR)作为一种成熟的地面测量技术,通过测量地面站向装备有反射器的卫星发射激光脉冲往返光子的旅行时间来实现精确的轨道确定。在本项目中,我们提出了在卫星上放置特别设计的反射器构型的概念,这不仅可以保持传统的SLR轨道确定能力,还可以利用激光测距距离差数据快速解决完整的卫星姿态。我们设计、制造并测试了一个用于演示目的的地面目标反射器,研究了通过SLR站测量目标完整姿态的可行性。这种方法的优势在于卫星载荷部分完全是被动的、低负载、低成本的,并且具有广泛的适应性,因此特别适合于推广安装在各种空间物体上,包括卫星、空间站、航天飞机以及潜在的空间碎片等,而且即使在空间物体故障后也能继续长年有效地发挥作用。
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