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SeRANIS：小型卫星在轨演示尖端技术
摘要 由于太空创新技术的使用，近年来太空服务的重要性显著增加。在开发新方法和新技术时，必须在真实操作条件下直接在太空中测试功能性和稳健性。然而，这在今天仍然是一个困难，因为研究人员和开发人员如果不花费大量的时间和成本就无法实现这种在轨演示的能力。慕尼黑联邦武装部队大学 (UniBw M) 在各个研究中心针对太空旅行和太空服务的各种相关主题开展创新开发和研究工作。作为对地面实验室已开展的研究工作的补充，我们引入了在轨演示和测试计划，作为迈向敏捷研究和开发过程的下一步。作为该计划的核心，UniBw M 正在开展一项名为空间互联网无缝无线接入网络 (SeRANIS) 的技术演示项目。 SeRANIS 的目标是通过在低地球轨道上的小型卫星 ATHENE-1 进行大量创新实验，提供快速部署的多功能太空任务。 ATHENE-1 计划于 2025 年发射升空。 SeRANIS 为研究人员提供了一个科学环境，以便共同研究、评估、开发、验证和展示太空和地面的新方法和技术。科学领域包括空间通信，包括宽带通信和物联网、无线电科学、基于人工智能的自主性、全球导航卫星系统技术、光学和红外地球观测以及物体识别算法。此外，还将展示卫星运行的新概念、现代结构、监测系统状态的创新技术以及太空电力推进。本出版物介绍了 SeRANIS 项目。介绍了项目框架、进度安排、项目现状以及卫星平台的选择。此外，还对此次任务的科学研究领域、任务架构、基本设计和轨道选择进行了说明。
在轨服务：与空间监视的依赖关系……
• 对于受控物体（例如追踪器/服务器、旨在延长寿命的主动卫星）：位置数据的最佳来源经常被认为是卫星/航天器本身的数据，这些数据基于：遥测（姿态轨道控制系统 (AOCS)、数据收集系统 (DCS)、测距信号）、GPS/GNSS（如果配备接收器）、星体跟踪器（最准确，但价格昂贵）和太阳传感器（感知太阳的光强度和位置）。关于近距离操作的定位，机载传感器可以使用以下方法确认识别并提供准确的相对定位：热红外（红外摄像机适用于在寒冷背景下识别热物体）、雷达（无线电波）、激光雷达（光检测和测距）、光学和机器视觉（机载摄像机/望远镜，尽管不能保证照明并且物体移动非常快）。但是，如果无法直接从卫星/航天器获取数据（例如在服务任务之前的客户卫星），SST 也可用于识别、定位和跟踪（例如验证正确的目标）。
未来太空生态系统：在轨运行、准备……
未来的太空生态系统将成为各种有前景的轨道服务的家园，这些服务将在未来几年在太空中建立新的业务。未来十年 OOS 的主要市场驱动力与 LEO 和 GEO 商业活动的增长有关，预计 OOS 将成为一个价值数十亿美元的市场，到 2030 年的累计收入估值从 30 亿美元（SpaceTec Partners，NSR 2019）到 62 亿美元（NSR 2020）。OOS 市场将由碎片清除服务（主动碎片清除和报废服务）主导，尤其是在拥挤的 LEO 中，以及 GEO 电信卫星或 LEO 地球观测卫星（超过 500 公斤）的寿命延长。此外，OOS 是更广泛的在轨生态系统的发射台，为其他价值数百亿美元的长期商业服务建设能力。
在轨服务、组装和制造（OSAM）现状
AC-10 Aerocube-10 可直立空间结构的接入组装概念 ACME 带移动炮位的增材建造 AFRL 空军研究实验室 AgMan 空间系统敏捷制造 AMF 增材制造设施 AMS Alpha 磁谱仪 ANGELS 本地空间自动导航和制导实验 ARMADAS 自动可重构任务自适应数字装配系统 BONSAI 通过高级集成实现的在轨系统总线复制品 CAVE 协作式自动驾驶汽车环境 CHAPEA 机组人员健康和表现模拟 CNC 计算机数控 DARPA 国防高级研究计划局 DeSeL 可展开结构实验室 Dextre 特殊用途灵巧机械手 EASE 舱外活动结构组装实验 EBW 电子束焊接 EELV 进化型一次性运载火箭 ELSA-d Astroscale 演示的报废服务 ESPA EELV 二级有效载荷适配器 ETS 工程测试卫星 EVA 舱外活动 EXPRESS Xpedite空间站实验处理 FARE 流体采集与补给实验 FASER 现场与空间实验机器人 FDM 熔融沉积建模 FREND 前端机器人实现近期演示 GaLORE 从风化层电解中获取的气态月球氧 GEO 地球静止轨道 GOLD 通用锁存装置 HST 哈勃太空望远镜 HTP 高强度过氧化物 ISA 空间组装 ISAAC 自主自适应看护综合系统 ISFR 现场制造与修复 ISM 空间制造 ISRU 现场资源利用 ISS 国际空间站 Issl 智能空间系统接口 JEM-EF 日本实验模块——暴露设施 JEM-RMS 日本实验模块遥控系统 LANCE 用于施工和挖掘的月球连接节点 LEO 低地球轨道 LH2 液氢 LINCS 本地智能网络协作系统 LOX 液氧
脉冲星：测试大型望远镜在轨组装技术
摘要 — 欧盟项目 PULSAR（超大型结构组装机器人原型）对一项潜在任务进行了可行性分析，该任务可以展示用于大型太空望远镜自主组装的机器人技术。该项目使用两个硬件演示器进行分析，一个用于展示使用机器人操纵器组装五个分段镜面砖，另一个展示在低重力条件下组装大型结构的扩展移动性。硬件演示器辅以模拟分析，以展示完全集成系统的运行并应对姿态和轨道控制领域的挑战。该项目开发的技术支持通往空间服务、组装和制造（ISAM）的道路。关键词：在轨组装；轨道机器人；空间机器人；太空望远镜
BIRDS-4 1U 立方体卫星任务和在轨结果
九州工业大学的第四代 1U 立方体卫星星座 BIRDS-4 于 2021 年 3 月从国际空间站 (ISS) 部署。BIRDS-4 项目成功建造了巴拉圭的第一颗卫星 (GuaraniSat-1)，同时改进了标准化的总线系统以用于未来的任务。BIRDS-4 立方体卫星星座展示了 BIRDS 总线系统在 1U 平台上处理从技术演示到科学实验的总共九项任务的能力。业余社区可以使用自动数据包报告系统 (APRS) 通过消散来实时传递消息。该模块还用于存储转发任务，以收集偏远地区的数据以建立技术可行性。相机拍摄了地球图像，以便在参与国推广和传播空间科学和技术。 BIRDS-4 还成功执行并演示了其他任务，例如 Henteena 任务、主动姿态稳定、反作用轮手动旋转总电离剂量测量，以及南洋理工大学 (NTU) 设计和开发用于检测和保护组件免受单粒子闩锁影响的芯片任务。并将钙钛矿太阳能电池放置在太空中以检查其性能。本文详细讨论了 BIRDS-4 任务、在轨结果以及从每个任务的成功程度中吸取的教训。它还讨论了使 BIRDS 总线系统能够处理多个任务的方法
斯皮策太空望远镜的在轨性能
摘要。斯皮策太空望远镜在地球尾随太阳的轨道上运行了 16 年多，不仅返回了大量的科学数据，而且作为副产品，还返回了航天器和仪器工程数据，这些数据将引起未来任务规划人员的兴趣。这些数据将特别有用，因为斯皮策在与 L2 拉格朗日点基本相同的环境中运行，未来许多天体物理任务都将在 L2 拉格朗日点运行。特别是，斯皮策展示的辐射冷却已被其他红外太空任务采用，从 JWST 到 SPHEREx。我们旨在通过将更独特和潜在有用的部分收集到一个易于访问的出版物中来促进斯皮策工程数据的实用性。我们避免讨论不那么独特的系统，例如电信、飞行软件和电子系统，也不讨论斯皮策团队发起的任务和科学操作创新。这些和其他可能感兴趣的项目在本文附录中提供的参考文献中进行了介绍。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 International 许可证发布。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全注明原始出版物的出处，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.JATIS.8.1.014002]
麻省理工学院开放获取文章在轨服务评论......
在过去的几十年中，通过许多技术里程碑的进步，在轨服务 (OOS) 领域已经发展成为一个可行的行业。从 1965 年双子座 6 号首次轨道交会到 2020 年诺斯罗普·格鲁曼公司的任务扩展飞行器成功重新定位国际通信卫星组织 901，科学和工程成就使一项有前途的太空新能力成为可能。这种 OOS 能力可以实现更高的灵活性、降低风险和新的扩展系统架构。最近，航天工业正在迅速部署大量卫星，这些卫星的数量级是前所未有的。本文将回顾使能技术、即将推出的 OOS 计划、新兴的扩散星座和轨道环境条件，这些条件使潜在的未来 LEO 客户能够使用 OOS。这些环境条件包括 LEO 轨道敏感性、轨道机动、J2 地球扁率和推进考虑因素。
期间 - PERASPERA 在轨演示，向太空服务、组装和
2021-2025 • 来自寿命延长、重新安置/“最后一英里交付”、近距离检查和主动清除碎片等服务的收入。 2026-2030 • 除现有任务外，还有新的服务任务，如救援/维修和加油或安装推进模块 • 通过空间组装实现的新任务，可能是天线反射器组装（可以堆叠）、太阳能电池板和吊杆，它们也可以在立方体卫星或小型卫星任务中飞行。 • 月球门户的自动组装、检查和维修可以应用于载人航天。 2031-2036 • 空间组装任务（如 P/L 升级和大型天线反射器）以及载人空间站的自动维护产生大部分价值。 • 2036 年以后，可能出现首个针对太空和地球的空间增材制造任务。 • 诸如 GEO“枢纽”、超大直径反射器（+18m）、月球 ISRU 和空间发电等新应用可能成为非常大的市场。
空间机器人在轨装配技术综述
大型结构建造是未来太空探索的主要发展趋势之一，例如大型空间站、大型空间太阳能发电站、大型空间望远镜等，充分利用空间机器人实现空间结构自主装配是航天工业的重要发展趋势之一。考虑到在轨装配是解决大型空间结构建造问题的有效方法，有必要推动和促进空间机器人在轨装配技术的研究。因此，本文对近几十年来空间机器人技术的发展现状以及相关的空间机器人在轨装配技术进行了综述。首先，基于空间机器人运动规划和装配序列规划，介绍了空间机器人规划算法的发展。针对空间机器人装配任务，综述了空间机器人装配方法。从控制角度，综述了如何解决在轨装配的振动抑制和柔顺装配，为空间机器人对空间大型结构的自主智能装配提供参考。为了在地面模拟空间组装场景，本文介绍了地面验证试验的发展情况，为空间在轨组装技术的有效验证提供了思路。综上所述，虽然过去的研究已经较好地解决了其中一些问题，但未来仍需要进一步的研究。最后，展望了空间机械在轨组装未来的研究方向。