轨道倾角

基于小型卫星星座的火星自主导航系统的设计和性能

破译火星极地冰盖的起源和演化，有助于我们更好地了解火星的气候系统，并将成为类地行星比较气候学的一大进步。随着科学界对火星高纬度地区探索的兴趣日益浓厚，以及需要尽量减少着陆器和探测车上的资源，这促使人们需要从轨道上获得足够的导航支持。在 ARES4SC 研究的背景下，我们提出了一个基于星座的新概念，该星座可以支持致力于对这些地区进行科学研究的不同类型用户的自主导航。我们研究了两个星座，它们的主要区别在于半长轴和轨道倾角，由 5 颗小型卫星组成（基于 Argotec 正在开发的 SmallSats 设计），专门覆盖火星极地地区。我们专注于卫星间链路 (ISL) 的架构，这是提供星历表和时间同步以广播导航信息的关键元素。我们的概念基于适当配置的相干链路，这种链路能够抑制星载时钟不稳定性的不利影响，并在星座节点之间提供出色的距离率精度。数据质量使两个星座在一个高度自主的系统下都能获得良好的定位性能。事实上，我们表明，通过采用 ISL 通信架构可以大大减少地面支持。通过主航天器（母航天器），星座节点上的时钟可以定期与地面时间 (TT) 同步，主航天器是星座中唯一能够与地球进行无线电通信的元素。我们报告了不同操作场景中的数值模拟结果，并表明可以使用批量顺序滤波器或具有重叠弧的批量滤波器为星座节点获得非常高质量的轨道重建，这些滤波器可以在母航天器上实施，从而实现高度的导航自主性。利用这一概念来评估可实现的定位精度对于评估未来定位系统覆盖红色星球的可行性至关重要。