自第 15 版(信息截止日期为 2018 年 7 月 4 日,发布于 2018 年 11 月)以来,已(新发现或已发现)发现 26 起在轨解体和 9 起异常事件,历史共发生 268 起碎裂和 87 起异常事件。这些活动加上发射活动,导致自 2018 年 7 月 4 日起编目的空间物体数量增加了约 21%,其中包括在轨物体和衰变物体,或在轨物体增加了 34%。2009 年 2 月 10 日,两艘完整的航天器铱 33 号和宇宙 2251 号首次意外碰撞,以及 2007 年 1 月 11 日(FY-1C)航天器的故意毁坏,继续对在轨碎片环境产生重大影响。截至撰写本文时,对这三个碎片云的编目仍在继续,直到雷达截面 (RCS) 达到极限。由于最近发生的两次故意碰撞,即 2019 年 3 月 27 日的印度 Microsat-R 反卫星 (ASAT) 试验事件和 2021 年 11 月 15 日的俄罗斯 Cosmos 1408 ASAT 试验,以及持续发生的有效载荷和上级碎片,已编入目录的碎片有所增加。当前作者承认本文前几版作者的重大贡献。此外,美国太空部队和第 18 太空防御中队人员的协助对本工作至关重要。作者将本版献给尼古拉斯·约翰逊先生,他是前几版的主要作者,前 ODPO 首席科学家、同事、导师和朋友。
本文提出了一种分散式、分布式制导与控制方案,将异构卫星组件群组合成大型卫星结构。异构卫星群的组件卫星的选择以提高最终形状的灵活性,其灵感来自晶体结构和伊斯兰瓷砖艺术。在选择理想的基本构建模块后,进行基本的纳米卫星级卫星设计,以协助涉及姿态控制的模拟。群体轨道建造算法 (SOCA) 是一种制导和控制算法,用于实现在轨组装所需的有限类型异构性和对接能力。该算法由两部分组成:分布式拍卖使用障碍函数来确保为每个目标选择合适的代理;轨迹生成部分利用模型预测控制和顺序凸规划来实现到达所需目标点的最佳无碰撞轨迹,即使在非线性系统动力学的情况下也是如此。优化约束使用边界层来确定是否应应用防撞约束或对接约束。该算法在模拟扰动 6 自由度航天器动态环境中针对平面和非平面最终结构以及两个机器人平台(包括一群无摩擦航天器模拟机器人)进行了测试。
欧洲已将空间机器人技术视为提高欧洲空间部门竞争力的关键技术。因此,欧盟通过“地平线 2020”计划资助了 PERASPERA 项目,该项目旨在提供关键的支持技术并演示用于在轨卫星服务和行星探索的自主机器人系统。PERASPERA 的目标是为空间机器人技术战略研究集群 (SRC) 制定活动路线图。SRC 的总体目标是在 2023/2027 框架内提供关键的支持技术并大规模演示用于在轨卫星服务和行星探索的自主机器人系统。这些活动通过连续的呼叫进行,以实现这些长期目标。呼叫 1(2016-2017)旨在开发将在后期阶段使用的五项关键技术或“构建模块”。它们是:
Milstar 系统由地球同步轨道上的多颗卫星组成。Milstar 可在南北极之间提供 24 小时不间断的全球覆盖。Milstar 系统由三个部分组成:空间(卫星)、地面(任务控制和相关通信链路)和终端(用户部分)。这些部分将使用低数据速率 (LDR) 和中数据速率 (MDR) 波形以指定的数据速率提供通信,速率范围从 75 bps 到大约 1.5 Mbps。空间部分由在轨卫星系统组成,利用交联通信实现卫星间通信。任务控制部分控制在轨卫星,监测飞行器健康状况,并提供通信系统规划和监测。该部分具有很高的生存能力,既有固定控制站,也有移动控制站。系统上行链路和交联链路将在极高频率范围内运行。终端部分包括所有服务使用的固定和地面移动终端、船舶和潜艇终端以及机载终端。空间系统司令部(SSC)负责采购空间和地面部分以及空间部队终端部分。
发射市场的增长部分得益于发射成本的持续下降,这得益于私人资本和火箭可重复使用性,再加上卫星制造技术的进步,使得生产更便宜的卫星成为可能。1 商业航天公司的快速发展也降低了发射成本,降低了卫星公司的进入门槛,这反过来又创造了更多发射的需求并进一步降低了成本。从 1980 年到 2019 年,重型火箭发射到低地球轨道 (LEO) 的成本从每公斤 65,000 美元降至每公斤 1,500 美元,降幅超过 95%。与前七十年相比,这一大幅降低导致近年来卫星发射数量呈指数级增长。 1 展望未来,未来五到十年,在轨卫星数量可能会增加八倍,到 2032 年,预计全球在轨卫星数量将达到数万颗。2 到 2030 年,大多数计划中的卫星发射将集中在建立低地球轨道 (LEO) 通信星座,因为其可达性、成本效益高,且具有巨大的能力扩展和应用潜力。
AEHF 系统由地球同步轨道上的卫星组成,其吞吐量是 1990 年代 Milstar 卫星的 10 倍,用户覆盖范围大幅提高。最后一颗 AEHF 卫星于 2020 年 3 月 26 日发射,是美国太空军的首次发射。AEHF 可在南北极之间提供 24 小时不间断的全球覆盖。AEHF 系统由三个部分组成:空间(卫星)、地面(任务控制和相关通信链路)和终端(用户部分)。各部分将以 75 bps 到大约 8 Mbps 的指定数据速率提供通信。空间段由在轨卫星系统组成,利用交联通信实现完整的卫星间通信。任务控制段控制在轨卫星、监测飞行器健康状况并提供通信系统规划和监测。该段具有很强的生存力,拥有多个控制站。系统上行链路和交联链路将在极高频率范围内运行。终端部分包括所有军种和国际合作伙伴使用的固定和地面移动终端、船舶和潜艇终端以及机载终端。太空系统司令部 (SSC) 负责采购太空和地面部分以及太空部队终端部分。
Hyperion Technologies BV Hyperion Technologies 专门生产用于小型航天器的高性能微型组件。其专长集中在高性能、高可靠性的电子和机电一体化系统上,利用这些系统提供高性能 ADCS(高度测定和控制系统),包括最先进的星体跟踪器和相关系统、激光通信(可在卫星和地面站之间以及在轨卫星之间实现极高速通信能力)、衍生产品(例如微型有效载荷以及有效载荷处理平台)。
弹性卫星通信企业要求太空部队利用成熟和新兴的太空技术以及新颖的系统架构,而这些技术迄今为止主要由商业部门推动。美国太空部队可以利用这些技术来发展构成卫星通信系统架构基本构件的三个部分:轨道段,由配备通信有效载荷和其他任务系统的在轨卫星组成;链路段,将网络中的各个节点连接在一起并在它们之间传输数据;地面段,涵盖地面域内发射、操作和利用航天器所需的所有设备 - 包括控制站、天线和卫星电话等用户设备。
随着体制的发展,曾经拥有国家空间基础设施的独家国家俱乐部也在扩大,现在包括了更广泛的发达国家和发展中国家,它们拥有各种能力。2 一个明显的迹象是拥有在轨卫星的国家数量的增长。这些卫星的规格不同,可能涉及不同级别的技术专长,从在国际市场上购买的大型电信卫星到大学建造的非常小的立方体卫星。正如经合组织关于空间经济的报告中提到的那样,“将自己的卫星送入轨道并在本国政府注册的可能性从未如此实惠”。3