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SWARM-EX 作战概念：三颗立方体卫星编队飞行任务
摘要 — 空间天气大气可重构多尺度实验 (SWARM-EX) 是一种分布式大气物理学仪器，由三个在低地球轨道运行的 3U 立方体卫星组成。在美国国家科学基金会和美国宇航局立方体卫星发射计划的支持下，SWARM-EX 旨在实现一系列具有挑战性的科学和工程目标。该任务的科学目标集中在通过使用每个航天器上的通量探测实验和平面朗缪尔探针传感器对赤道热层异常和赤道电离层异常进行现场测量来解决悬而未决的大气物理学问题。工程目标集中在通过一系列演示和实验来推进立方体卫星集群的最新技术。本文介绍了三项创新，这些创新将使 SWARM-EX 能够克服其重大挑战。首先，将科学目标形式化为一系列主要科学问题和次要测量演示，然后将其转化为必须进行现场测量的空间和时间尺度。然后使用这些尺度来定义航天器必须达到的相对轨道几何形状。其次，引入一种制导、导航和控制系统，该系统能够获取和维持所需的相对轨道配置。所提出的系统只需要地面控制员的最少输入，在航天器间近距离分离时提供被动安全性，并且能够通过利用新颖的混合推进/差动阻力控制方法以最少的推进剂消耗有效地实现大型集群重构。第三，提出了一种操作概念，使任务目标能够以时间和推进剂的高效性实现，同时对在轨异常提供显著的容忍度。详细讨论了操作概念，包括 (1) 每个阶段要解决的具体任务目标、(2) 每个阶段以及阶段过渡期间要使用的控制方法，以及 (3) 按阶段划分的 ∆ v 预算及其获取方式的说明。介绍了控制方法的交易，以及管理集群操作时面临的一些具体挑战，因为集群之间的航天器间隔从数百米到数千公里不等。
使用 COTS 光谱光度计检测极光弧......
极光现象本质上是动态的：观测到的事件具有丰富的结构，在空间和时间上都很复杂，具有科学上有趣的特征。虽然使用 CCD 或全天相机进行光学极光观测很常见，但极光在无线电频率 (RF) 下也具有有趣的发射特性，特别是在低频和高频波段。极光发射无线电观测器 (AERO) 是一颗 6U 立方体卫星，配备了新型电磁矢量传感器 (VS) 天线。VS 将瞄准 100 kHz - 15 MHz 测量波段内的极光发射，这使得人们能够研究有趣的发射类型，例如极光千米辐射 (20 kHz -750 kHz)、中频爆发 (1.6 MHz - 4.4 MHz) 和回旋加速器发射 (2.8 MHz - 3.0 MHz)。 VS 天线从立方体卫星框架展开后，两端之间的距离为 4 米，并展开形成电偶极子和磁环天线，这些天线的灵敏度足以探测这组不同的科学目标。拥有太空平台（例如 AERO 的矢量传感器天线）可将探测器定位在电离层等离子体频率之上，否则会限制对无线电发射的观测。AERO VS 天线的新测量需要一组背景数据来验证所得数据产品的保真度。AERO 包括一个称为辅助传感器包 (ASP) 的辅助有效载荷，它将使用背景光学和磁数据增强 VS 测量。AERO 背景光学测量的目标是检测多个光谱带中极光发射的存在，即 557 nm 的绿线发射和 630 nm 的红线发射。选择 AMS AG AS7262 6 通道可见光波段光谱光度计作为光学传感器。我们提出了一个辐射测量模型，用于评估 AS7262 传感器测量目标极光事件的能力。我们考虑了许多不同的测试场景，包括不同的参数，例如以瑞利为单位的极光源辐射度、航天器
与地面和基于卫星的传感器一起检测和跟踪空间对象
新技术是为了使用轨道碎片通过电离层时产生的等离子体波来跟踪空间中的小物体[1,2,3]。已经对计算机模拟和实验室测量进行了研究。原位观察结果证实了这些等离子体波的存在是在空间传感器与已知空间对象的结合过程中进行的。小空间物体通过结构化环境时，也可以使用接地传感器和远程卫星仪器检测到。阿拉斯加的HAARP HF设施通过产生对齐的违规行为（FAI）提供了这种结构化环境。空间碎片和卫星通过这些不规则性会激发血浆排放，例如惠斯勒，压缩alfvén或较低的杂种波。当带电的空间对象遇到FAI时，轨道动能转换为电磁等离子体振荡而产生了惠斯勒波动扰动[3。4]。吹口哨者在距离源区域约9000 km/s的范围内繁殖，可以在几个地球 - 拉迪的范围内检测到。在加拿大Cassiope/Swarm-E航天器上的原位电场探头已检测到100 km的快速磁波。检测后，需要空间碎片地理位置才能更新轨道预测模型。从主机传感器的原位测量值可以从空间中电磁（EM）等离子体波的测量值提供范围和到达角度。从目标对象形成e x b poynting通量，从而产生其源方向。到达的角度需要EM场的矢量传感器，以从空间碎屑中给出入射信号的电（E）和磁性（H）矢量成分。这个方向的时间历史记录允许估计目标轨迹通过主机传感器平台通过。当带电的目标碎片越过田间对齐的不规则性时，它会发射一个分散波形，作为惠斯勒下调或磁通型上的速度。来自源点的传播在这些信号中引起时间分散，这些信号在时间和空间范围内都延伸。匹配的带有小波的信号的滤波器处理，等离子波形可以在特定的生成时间确定范围到源的范围。
TAP 实验室阿波罗计划.pdf - 空间系统司令部
摘要：空间系统司令部邀请工业界、学术界和其他各方通过阿波罗计划合作推进空间领域意识的进步。第一个为期三个月的创新周期于 10 月 26 日在 SSC 新开设的位于科罗拉多斯普林斯的空间领域意识工具、应用和技术 (TAP) 实验室启动。详细信息和在线申请可在 www.sdataplab.org 上找到。科罗拉多州科罗拉多斯普林斯——空间系统司令部 (SSC) 是美国太空军 (USSF) 负责获取、开发和交付弹性太空能力的战地司令部，现正在接受其首届阿波罗计划队列的申请。详细信息和在线申请可在 www.sdataplab.org 上找到。阿波罗计划是一个自愿的协作技术加速器，它将美国公司、大学附属研究中心 (UARC)、联邦资助的研究和开发中心 (FFRDC)、行业专家和太空部队守护者聚集在一起，以解决空间领域意识方面的关键挑战。在 SSC 新开设的空间领域感知工具、应用和技术 (TAP) 实验室中，双方通过三个月的创新周期促进合作。第一轮创新周期于 10 月 26 日开始。填补空间领域感知方面的空白是国防部的首要任务。SSC TAP 实验室负责人肖恩·P·艾伦少校表示，阿波罗计划旨在通过为工业界、学术界和政府提供工具和数据丰富的“沙盒”来快速填补这些空白，以快速制定、测试和验证解决方案。艾伦说：“每个创新周期都针对技术水平就绪度 (TLR) 为 4 或以上的解决方案，这些解决方案旨在解决提前提供给每个群体的特定挑战陈述。”阿波罗计划第一批任务的挑战陈述涉及太空发射监管、物体识别和决策工具，具体如下：太空发射监管：使用未分类的新数据、融合和分析技术（地震、电离层、次声波、GPS 遥测、射频、中微子等），在几秒钟内探测到太空发射。探测到发射后，预测上升轨迹、中间轨道和最终轨道。将这些预测提供给空间领域感知传感器，作为在几秒到几分钟内重新捕获和跟踪运载火箭的“提示”。对这项技术的投资是合理的，因为商业空间领域感知企业不存在发射检测或早期“提示”能力。这种能力
卫星遥感中的巨大挑战
过去的五十年见证了卫星遥感成为在当地，区域和全球空间尺度上测量地球的最有效工具之一。这些基于空间的观测值具有无损特征，可快速监测环境大气，其基础表面和海洋混合层。此外，卫星仪器可以观察到有毒或危险环境，而不会使人员或设备处于危险之中。大规模连续的卫星观测值补充了详细（但稀疏）的现场观测，并为理论建模和数据同化提供了无与伦比的体积和内容的测量。目前有大量非常重要的应用程序依赖于卫星的数据。对大气的观察用于天气预测，监测环境污染，气候变化等。（Wielicki等，1996）。海洋表面的遥感用于监测海岸线动力学，海面温度和盐度，海洋生态系统和碳生物量，海平面变化，海洋杂物和薄壁，水流和浅水区的基础地形的映射等。（Fu等，2019）。从卫星中对土地的遥感极大地有助于探索矿产资源（Zhang等，2017），对浮游和干旱的监测（Jeyaseelan，2004年），土壤水分，土壤水分（Lakshmi，2013; Babaeian et al。 （Lentile等，2006），农业监测（Atzberger，2013年），城市规划（Kadhim等，2016）等。最后，社会科学对全球危机进行调查（例如Covid-19大流行）的努力是从利用各种有针对性可视化来对人类环境进行分类的卫星遥感数据集中受益的，然后将这些观察结果与各种社会经济数据集联系在一起。（Diffenbaugh等，2020）。此外，卫星遥感为收集全球信息（例如1）行星地形等全球信息提供了有效的工具； 2）温度，水蒸气，二氧化碳和其他痕量气体的大气中； 3）表面和大气的矿物质和化学成分，以及4）冰冻层的特性，例如雪，海冰，冰川和融化池，以及5）热球，电离层和磁层的颗粒和电磁特性。对地球的遥感也可以提高艺术的技术状态，这有助于发展深空遥感任务，例如Voyager（Kohlhase和Penzo，1977）和Cassini-Huygens太空研究任务（Matson等人，2002年）。在观测卫星发育的早期阶段，卫星传感器的设计通常是高度针对性的。例如，在1970年代发射了一系列仪器：Landsat和高级高分辨率辐射仪（AVHRR）仪器，针对监视陆地表面和云的监视，总臭氧映射光谱仪（TOMS）仪器（TOMS）仪器，集中于观察总柱ozone和高分辨率的基础辐射仪器（HIGH-RADIARE RADIARE SUSTIRES）仪器（HIR-RADIARE SONDER SUPSERINTY）。这些任务的部署为每个目标主题提供了独特的数据，并由
太空飞行对地球大气的影响
I.序言中的新空间技术和轨道上的商业机会导致了一个成倍增长且快速变化的全球空间行业。火箭发射并重新进入卫星和上层阶段，将气体和气溶胶散发到从地球表面到低地轨道的大气中的每一层。这些排放可能影响气候，臭氧水平，中层云彩，地面天文学和热层/电离层组成。空间行业的增长率令人印象深刻：发射和重新进入质量通量最近大约每三年增加一倍（Lawrence等，2022）。太空活动将继续增加到2040年的数量级（Ambrosio and Linares，2024年）。空间行业正在由大型低地轨道（LEO）卫星星座进行转换，因此到2040年计划的系统将需要每年推出10,000多颗卫星，并将其处置到大气中。由液态天然气（LNG）燃料发动机提供动力的重型升力火箭将在2040年到2040年（Dominguez等，2024）主导。空间行业排放到大气的范围和特征正在从根本上增长和变化（Shutler等，2022）。估计发射和再入气溶胶排放量表明，许多计划的大型LEO星座将需要从当前的3,500 Tyr -1增加到30,000 Tyr -1到2040年的发射吨位（Shutler等人，2022年）。火箭燃烧的排放将随着有效载荷而增加。努力。从汽化的空间碎片和用过的火箭阶段回归的排放量将从目前的每年1,000吨增加到每年30,000吨以上（Shulz and Glassmeier 2021）。到2040年，进入平流层的发射和再入颗粒物（黑碳和金属氧化物）排放的总全局通量将与自然的气象背景通量相媲美。这些估计值不包括新轨道中新空间系统的不确定但可能有重要的发射要求，例如Meo（中等地球轨道）和地理赤道轨道（地球赤道轨道），也可能是月球或火星探索的积极进程。面对太空飞行排放的构成和化学差距，发射和重新进入的排放率正在发生。对大型LNG火箭的排放和影响知之甚少。最近发现，构成天然平流层硫酸盐层的10％的颗粒中已经存在了重新进入空间碎屑的金属，这强调了迫切需要了解重新进入的即将到来的数量级如何影响大气（Murphy等人，2023年）。显而易见的是，总体上缺乏评估未来太空排放影响所需的科学和工程模型，工具和数据。小组确定了对现象的基本科学理解的关键差距，包括建模技术和知识差距：应对这些日益严重的关注，在2021年，Surendra P. Sharma博士，NASA AMES研究中心，组织和领导多机构工作组（Martin Ross博士，航空航天公司Martin Ross博士； Karen Rosenlof博士； Karen Rosenlof博士，NOAA/CSL，NOAA/CSL（NOAA/CSL）科罗拉多州哥伦比亚大学的Kostas Tsigaridis；
B16 运载火箭上级监控系统研制...
○ 奥村哲平（JAXA），木村友久，松浦慎吾（MHI），增田和美（静冈科学技术大学） ○ 奥村哲平（JAXA），木村友久，松浦慎吾（MHI），増田和三（静冈理工科大学） 重交通轨道上的火箭上面级是主动碎片清除的潜在目标。 在设计主动碎片清除卫星时，火箭体的姿态是一个重要参数。 此外，由于空间等离子体充电，航天器在火箭体和卫星之间会产生电位差。 该电位差可能会在捕获时引起放电。 由于我们不知道轨道上的姿态和电位差的信息，JAXA 和三菱重工业公司开发了一种仪器，用于在火箭完成任务后测量火箭体的姿态和电位。 该仪器应该很简单，以便连续与火箭体一起配备。因此，仪器由少量传感器（姿态传感器和电位传感器）和原电池单元和通信模块组成。本次演讲将介绍该仪器的最新情况。 混雑轨道に滞留したロケット上段は轨道上の环境保存のために有效な除去対象である。ロケット上段を廃弃する取得卫星の捕获shisutemuを设计する上で、轨道上でのロケット上段の姿势が分からないので设定 计の难易度が上がる。また、宇宙プラズマ（电离层プラズマやオーrora电子）によって生じるロケット上段と推进卫星の电位差は、捕获时に静电気排水を発生させる可能性があり电気的な観点でもrisukuがある。三菱重工とJAXAは共同研究活动の元、ロケット上段がミッション结束した后、姿势や帯通话が 変化していく状况を计测するための装置を开発している。装置は未来的にいくつものロケット上段に搭装载可能なよう简素な构成となっており最低限のセンサ（姿势と帯电）と一次电池、装置及び通信で构成される。本讲演ではロケット上段モニタrinグ装置の开発状况について报告する。
太空飞行对地球大气的影响
I. 序言 新的太空技术和轨道商业机会催生了全球航天产业的指数级增长和快速变化。火箭发射、卫星再入和上级火箭将气体和气溶胶排放到从地球表面到低地球轨道的每一层大气层中。这些排放可能会影响气候、臭氧水平、中层云量、地面天文学以及热层/电离层成分。航天产业的增长速度令人印象深刻：发射和再入质量通量最近每三年翻一番（Lawrence 等人，2022 年）。根据行业预测，到 2040 年，太空活动将继续增加至少一个数量级（Ambrosio 和 Linares，2024 年）。大型低地球轨道 (LEO) 卫星星座正在改变航天产业，因此到 2040 年，计划中的系统每年将需要发射和处置超过 10,000 颗卫星到大气层中。到 2040 年，以液化天然气 (LNG) 燃料发动机为动力的重型运载火箭预计将成为发射活动的主导 (Dominguez 等人，2024)。航天工业向大气排放的范围和性质正在急剧增长和变化 (Shutler 等人，2022)。发射和再入气溶胶排放量估计表明，到 2040 年，许多计划中的大型低地球轨道星座将需要将发射吨位从目前的 3,500 tyr -1 增加到 30,000 tyr -1 以上 (Shutler 等人，2022)。火箭燃烧排放量将与有效载荷同步增加。蒸发空间碎片和废火箭级的再入排放量将从目前的每年 1,000 吨增加到每年 30,000 吨以上 (Shulz 和 Glassmeier 2021)。到 2040 年，全球发射和再入大气层颗粒物（黑碳和金属氧化物）排放到平流层的总通量将与自然陨石背景通量相当。这些估计不包括不确定但可能很重要的发射要求，例如 MEO（中地球轨道）和 GEO（地球静止赤道轨道）等轨道上的新太空系统或积极的月球或火星探索计划。发射和再入大气层排放量的上升是在人们对航天排放的成分和化学成分存在广泛知识缺口的情况下发生的。人们对大型液化天然气火箭的排放和影响知之甚少。最近发现，重返大气层的太空碎片中的金属已经存在于构成天然平流层硫酸盐层的 10% 颗粒中，这强调了迫切需要了解未来重返大气层数量级的增加将如何影响大气（Murphy 等人，2023 年）。显然，总体上缺乏评估未来航天排放影响所需的科学和工程模型、工具和数据。知识差距：为了应对这些日益增长的担忧，2021 年，Surendra P. 博士美国宇航局艾姆斯研究中心的 Sharma 组织并领导了一个多机构工作组（航空航天公司的 Martin Ross 博士、NOAA/CSL（美国国家海洋和大气管理局/化学科学实验室）的 Karen Rosenlof 博士、科罗拉多大学 NOAA CSL 化学与气候过程组的 Chris Maloney 教授、哥伦比亚大学的 Kostas Tsigaridis 以及 GISS/NASA（戈达德空间研究中心/美国国家航空航天局）的 Gavin Schmidt 博士），在美国宇航局内部资金（地球科学部）的支持下，分析了预测发射和再入排放全球影响的模型的有效性和可信度，以及可用于验证这些模型的数据。该小组确定了对该现象的基本科学理解方面的关键差距，包括建模技术和
自主棉收成的GNSS的依赖成本
Bishop, R.L., Bart Ciastkowski, Alisa Coffin, Patricia Doherty, Terry W. Griffin, Steven W Lewis, William J Murtagh, Mark L Rentz, Stuart Riley, Stephen F Rounds, Robert Rutledge, Howard J Singer, Robert A Steenburgh, Ken Sudduth, Jehosafat J. Cabrera-guzman, Timothy B公会，T。PaulO'Brien和Endawoke Yizengaw。2022。太空环境工程和科学应用研讨会 - 电离层影响：精确应用（精密农业）航空航天公司航空航天报告号ATR-2022-00943 2022年3月1日。https：//agmanager.info/news/recent-videos/global-cost-cost-assessment-ansessment-gnsss-ustage-abricultural-agricultural-ricultural-fiterivity Federal-Prodoductivity Federal-Prodoductivity Federal-Prodoductivity Federal-Prodoductivity Federal Aviation Administration（FAA）。2024。U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration Safety Alert for Operators (SAFO) 24002 Washington, DC 25 January 2024. https://www.faa.gov/other_visit/aviation_industry/airline_operators/airline_safety/safo/all_safos/SAFO24002.pdf Federal Aviation Administration (FAA).2016。太阳辐射警报区域。联邦航空管理局。美国运输部。华盛顿特区。2016年2月13日https://www.faa.gov/data_research/research/med_humanfacs/aeromedical/radiobiology/solarradiation Griffin，T。2024.5月10日的GPS中断将如何影响美国农场的盈利能力？FarmDoc Daily（14）：103，伊利诺伊大学农业和消费者经济学系，伊利诺伊大学，乌尔巴纳 - 奇姆赛姆大学，2024年5月31日。 Lowenberg-Deboer，J.，Lambert，D.M。2005。J.V.Lightbar和Auto-Inguidance GPS导航技术的经济学。斯塔福德（ed。）精确农业'05。第五届欧洲精密农业会议，瑞典乌普萨拉。pp 581-587 Griffin，T.W.，Mark，T.B.，Dobbins，C.L.，Lowenberg-Deboer，J.2014。估计进行农场研究的整个农场成本：线性编程方法。国际农业管理杂志。4（1）：21-27 Griffin，T.W.，E.A. Yeager，Griffin，T.G.，Rains，G.C.，Raper，T.B.，Lindhorst，C.M。 2023。 评估棉花的多通选择性收获系统的盈利能力。 棉花工程的进步：生产，收获和处理ASABE AIM 2023，奥马哈内布拉斯加州2023年7月10日。 2024年3月7日的当前版本在https://drive.google.com/file/d/1uyvtaik6mgcclhxmns-cuk-i3zuc0lph/view langley，Richard B. 2024。 创新见解：GNSS干扰和欺骗。 GPS世界。 2024年5月24日https://www.gpsworld.com/innovation-innovation-insights-gnss-jamming-and-spoofing/太空天气预测中心（SWPC NOAA），2024。 美国航天天气预测中心，国家气象局。 美国。 https://www.swpc.noaa.gov4（1）：21-27 Griffin，T.W.，E.A. Yeager，Griffin，T.G.，Rains，G.C.，Raper，T.B.，Lindhorst，C.M。2023。评估棉花的多通选择性收获系统的盈利能力。棉花工程的进步：生产，收获和处理ASABE AIM 2023，奥马哈内布拉斯加州2023年7月10日。2024年3月7日的当前版本在https://drive.google.com/file/d/1uyvtaik6mgcclhxmns-cuk-i3zuc0lph/view langley，Richard B.2024。创新见解：GNSS干扰和欺骗。GPS世界。 2024年5月24日https://www.gpsworld.com/innovation-innovation-insights-gnss-jamming-and-spoofing/太空天气预测中心（SWPC NOAA），2024。 美国航天天气预测中心，国家气象局。 美国。 https://www.swpc.noaa.govGPS世界。2024年5月24日https://www.gpsworld.com/innovation-innovation-insights-gnss-jamming-and-spoofing/太空天气预测中心（SWPC NOAA），2024。美国航天天气预测中心，国家气象局。美国。https://www.swpc.noaa.govhttps://www.swpc.noaa.gov
戴维·T·杨
David T. Young Young 博士的主要科学兴趣和贡献集中在研究和了解太阳系等离子体的化学成分以及成分对行星磁层动力学的影响。 为了追求这些兴趣，Young 博士领导或参与了几种广泛用于研究空间等离子体的尖端光谱仪的设计和开发。 基于他的仪器进行的实验有助于更好地了解陆地、行星和彗星磁层。 20 世纪 70 年代，Young 博士表明地球磁层的成分与太阳周期的紫外线辐射密切相关。 20 世纪 80 年代，他的工作集中于研究赤道磁层中发现的自生离子回旋波对重离子（He + 和 O + ）的加速。 20 世纪 90 年代，他的工作主要集中于开发他正在开发的仪器的测量技术。到了 21 世纪初和 21 世纪 10 年代，杨博士将注意力转向了土星磁层的成分相关复杂性。他发现冰卫星释放的“水离子”主导着土星的磁层。他还致力于了解土卫六复杂的大气层和电离层，它们主要由带正电和负电的重碳分子组成。正是这些分子形成了覆盖土卫六表面的气溶胶颗粒。杨博士的实验室研究推动了尖端离子质谱技术的发展，开辟了新的实验可能性。他是第一个将质谱仪的能量范围和灵敏度提高了几个数量级的人，例如极地任务中的热离子动力学实验。他的工作导致了能量谱仪的小型化和性能的提高，例如罗塞塔号任务中的离子电子传感器，以及质谱仪，例如深空一号上的行星探索等离子体实验。 2002 年，他发明并领导了用于欧罗巴快船任务的超高分辨率 MASPEX 质谱仪（性能超越大多数实验室仪器）的早期开发。1988 年，杨博士构思了卡西尼等离子体光谱仪 (CAPS)，这是一套集成的三台仪器套件，用于卡西尼号土星任务。由于他在伯尔尼大学期间在欧洲拥有长达十年的经验，他能够组建和管理一个团队，该团队最终包括来自美国和五个欧洲国家的 170 名科学家和工程师。1990 年，NASA 选择 CAPS 并由杨博士担任首席研究员，部分原因是欧洲团队的贡献为 NASA 在整个任务期间节省了 1500 万美元（以 2022 年的美元计算）。2019 年，卡西尼项目管理部门告知他，CAPS 的数据为 500 多篇出版物和 26 篇博士论文做出了贡献。在他的职业生涯中，杨博士Young 为实验空间科学界做出了贡献，他在四所机构设计和建造了高精度校准系统：莱斯大学、伯尔尼大学、洛斯阿拉莫斯大学和西南研究院的两所机构。这些系统已用于各种项目，包括阿波罗月球表面实验包、欧空局的罗塞塔号 67P/Churyumov-Gerasimenko 任务和卡西尼号。除了实验空间科学工作外，Young 博士的兴趣还包括教育下一代。为此，他教授了磁层物理和伽马射线光谱学课程（伯尔尼大学），以及空间仪器和航天器设计课程（伯尔尼大学）