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母舰-立方体卫星无线电科学，用于火卫一大地测量和自主导航
摘要：了解火星卫星的内部结构（例如，均质、多孔或破碎）将有助于更好地理解它们的形成以及早期太阳系。推断内部结构的一种方法是通过大地测量特征，例如重力场和天平动。大地测量参数可以从辐射跟踪测量中得出。本研究提出了一种可行的母舰-立方体卫星任务，其目的如下：（1）进行卫星间多普勒测量，（2）提高对火卫一及其动态模型的理解，（3）确保母舰和主要任务的安全，（4）考虑到地球和火星之间的距离，支持自主导航。本研究分析了体积、质量、功率、部署∆v和链路的预算以及系统的多普勒测量噪声，并给出了立方体卫星的可行设计。通过考虑所有不确定性的蒙特卡罗估计模拟揭示了轨道确定和大地测量的准确性。在火星-火卫一系统星历误差为 0 至 2 公里的情况下，自主轨道确定的精度为 0.2 米至 21 米和 0.05 毫米/秒至 0.4 厘米/秒。即使在星历误差为 2 公里的情况下，大地测量系统也可以以 1‰ 的精度返回 2 级重力系数。所获得的重力系数和平动幅度协方差表明，区分内部结构系列具有极好的可能性。
ago70：leo上的空间碎片跟踪SLR跟踪的无源光学系统
自2016年以来，布拉迪斯拉娃（Bratislava）Comenius大学的数学，物理学和信息学学院（FMPI）经营着它拥有70厘米的牛顿重新流动（AGO70），其主要侧重于空间杂物对象的观察和表征。近年来，已经对AGO70的硬件和软件进行了几项重大更新，包括望远镜的安装控制单元（MCU），观察计划和控制系统（SCH，LLTC），图像处理系统（IPS）和TLE改进系统（TLEI）。MCU以及SCH和LLTC允许观察狮子座的物体，角速度高达1.5度/s。最关键的子系统之一是IPS，它已在不同类型的图像上进行了广泛的测试和验证，从使用Sidereal跟踪获取的图像到为Leo对象获得的图像。tlei提供了与卫星激光射程（SLR）传感器的界面，即由奥地利科学院（Austria）（奥地利）太空研究所（IWF）操作的Graz SLR站。这些发展的一般动机是证明和验证实时空间碎片TLEI，以提高SLR传感器的检测效率，并为获得的曲目提供敏感分析。使用获得的数据的轨道确定和天体动力分析是由瑞士伯尔尼大学天文学研究所使用自己的高级狮子座确定工具完成的。
从单个碎片监测中识别碎片时期的统计方法
在过去的几十年中，在轨驻留物体数量不断增长已成为世界各地航天机构和研究机构的主要关注点之一。在此背景下，碎片进一步增加了空间碎片的数量，从操作上讲，尽快确定事件时期至关重要，即使只有由初始轨道确定 (IOD) 过程得到的单个碎片轨道状态。这项工作说明了碎片时期检测器 (FRED) 算法，该算法通过统计方法处理该问题，从单个碎片 IOD 结果（通过平均状态和协方差表示）和父星历表（假设为确定性）开始。该过程用多元正态分布填充碎片星历表，对于每对样本父代，首先在时间窗口上计算通过最小轨道交叉距离 (MOID) 的时期，然后按时间聚类。对于每个簇，都会导出三维 MOID 和三维相对距离分布（通常是非正态分布，后者是在母星通过 MOID 时计算的），并对它们的相似性进行统计评估。最后，将两个分布之间最匹配的簇视为最佳候选，并从母星通过 MOID 时返回碎片时期，以平均值和标准差表示。通过数值分析评估 FRED 算法的性能。还讨论了从雷达测量开始嵌入 IOD 过程的操作案例。
Ingegneria Aerospaziale / Aerospace Engineering的博士学位 - 第40个周期主题研究领域：< / div>近距离操作的自主导航
太空探索和剥削已经进入了前所未有的增长和可及性的新时代。新颖的空间任务概念需要提高自治水平，以降低运营成本并实现雄心勃勃的目标。尤其是，具有不合作目标的小行星探索和接近性操作强烈激励自主和低延迟导航解决方案的发展。当前的深空导航在很大程度上依赖于地面系统，主要是通过Extrack和DSN网络来进行辐射跟踪和轨道测定。但是，由于信号传播延迟，这些传统方法不能为航天器提供有关其状态相对于目标的实时信息。在近距离行动中，这种限制变得至关重要，在这种操作中，国家的确定可能导致任务失败或致命的碰撞。这些挑战强调了对航天器轨道确定和控制的创新方法的迫切需求，尤其是在需要精确，及时的导航响应的情况下。在Cosmica项目的框架内（CUP D53C22003580001），本研究旨在通过使用机器学习技术等，以在自主空间导航中推进最新技术。该研究的重点是开发围绕小行星和不合作目标的邻近性操作的智能系统，在这些系统中，传统的导航方法面临重大限制。通过将人工智能与
极光：利用被动光学观测确定轨道的下一步发展
在日益拥挤的空间领域，准确及时地确定新物体或机动物体的轨道参数变得至关重要。目前，任何传统的仅基于角度的初始轨道确定 (IOD) 算法都需要至少三次光学观测（每次提供两个独立的角度测量），且时间上相隔很远，才能表现良好。在本文中，我们描述了一种新的传感器加算法工程方法，即 AURORAS（高级单传感器快速轨道重建算法和传感）（正在申请专利），它将大大提高 IOD 的速度和准确性。我们通过同时测量（而不是估计）物体在某一时间点的角位置、角速度和角加速度，获得了定义轨道所需的最少六个独立参数，比目前的传统方法快得多。然后，我们继续描述光学传感器技术的革命以及实现这种方法的算法。我们还将 AURORAS 功能的性能与传统的 IOD 方法进行了比较，发现 AURORAS 在准确性和及时性方面比传统方法高出一个数量级或更多。我们还介绍了一种候选传感器的实际性能以及一种支持 AURORAS 方法的新型未来传感器设计（正在申请专利）。由于 AURORAS 具有差分特性（与许多传统路径积分 IOD 方法不同），因此它很容易应用于任何轨道区域，只要在特定时间点，重力势能可以沿观察者的视线指定。这包括地月环境。
用于环境保护数据采集的激光雷达传感器小型卫星设计与分析
摘要。本研究介绍了一种小型卫星设计的设计和分析，该卫星搭载了用于环境保护的数据采集的激光雷达传感器。该项目探索了立方体卫星技术，首先概述了国际和希腊航天部门、“新太空”产业的兴起及其经济影响。该设计侧重于在立方体卫星框架内开发和集成激光雷达传感器，详细介绍了立方体卫星设计的历史背景、工程标准和开发生命周期。研究的关键要素包括彻底检查立方体卫星的子系统，例如有效载荷（激光雷达传感器）、轨道确定和控制（ADCS）、推进、电信、热保护、机载计算和电力系统。该研究还涵盖了设计规划、软件开发、成本估算和潜在挑战的识别。此外，该研究深入探讨了激光雷达技术的运行原理、其在科学和研究中的意义以及与其他数据传输技术的比较。该研究还涉及激光雷达传感器数据的高级数据分析技术，重点是信号处理、物体检测和特征提取。最后一部分评估了卫星数据在 C6ISR（指挥、控制、通信、计算机、网络、情报、监视和侦察）信息管理系统中的作用及其在希腊聚光灯中的应用。它探讨了卫星图像与人工智能的集成，以增强数据分析和决策能力。总体而言，这项综合研究旨在促进配备激光雷达传感器的立方体卫星设计的进步，为技术创新及其在环境保护中的应用提供宝贵的见解
用于空间物体观察和测量的地面光学传感器网络性能指标
地球轨道上的空间物体总数估计超过 20 万个，而目前不断跟踪和编目的空间物体数量约为 2 万个。在我们这个时代，太空交通量每年都在增加，因此可能发生碰撞的风险也随之增加，全球都需要控制近地空间环境，特别是低地球轨道。这是每个北约国家的共同问题，可以通过各国之间的全球合作来解决。此外，与轨道物体测量位置相关的不确定性是影响性能、准确性和及时性的主要因素之一。因此，旨在协调大量传感器是该领域最重要的方面之一。本文提出了一种算法来估计全球分布的光学资产网络（望远镜和探测器）的性能，该网络使用现成的望远镜组件，部署在不同位置的多个站点。在探测尺寸小至 3 厘米的太空物体的情况下，定量性能指标计算为网络在给定时间窗口内可见的总分类碎片比例（在我们的例子中，已考虑 24 小时）。所提出的算法将所有 NORAD 目录、DISCOS 目录提供的所有物体物理数据以及所有光学和大气数据作为输入。然后，它会传播空间物体群，以获得它们在选定时间窗口内的位置，过滤掉所有不在地面站网络视线范围内足够时间的物体，以保证可行的轨道确定，并对满足所有先前条件的物体估计光学资产可实现的信噪比。这些值直接转化为检测概率，从而为给定的地面传感器网络配置提供性能指数，可用作评估不同架构时要优化的目标函数。
使用 SOAR（轨道空气动力学研究卫星）进行在轨空气动力学系数测量
轨道空气动力学研究卫星 (SOAR) 是一项立方体卫星任务，预计于 2021 年发射，用于研究极低地球轨道 (VLEO) 上不同材料与大气流动状态之间的相互作用。提高对这些高度的气体-表面相互作用的了解以及识别可以最大限度减少阻力或改善空气动力学控制的新型材料，对于设计未来可以在低高度轨道运行的航天器非常重要。这类卫星可能更小、开发成本更低，或者可以提供改进的地球观测数据或通信链路预算和延迟。为了实现这些目标，SOAR 具有两种有效载荷：i) 一组可操纵的翼片，能够将不同的材料或表面处理暴露给具有不同入射角的迎面而来的气流，同时还提供可变的几何形状以研究空气稳定性和空气动力学控制；以及 ii) 具有飞行时间能力的离子和中性质谱仪，可以精确测量原位流动成分、密度和速度。利用精确的轨道和姿态确定信息以及测得的大气流动特性，可以研究卫星在轨道上受到的力和扭矩，并计算出气动系数的估计值。本文介绍了 SOAR 任务的科学概念和设计。描述了使用最小二乘轨道确定和自由参数拟合过程从测得的轨道、姿态和原位大气数据中恢复气动系数的方法，并估计了解析的气动系数的实验不确定度。结果表明，卫星设计和实验方法的结合能够清楚地说明阻力和升力系数随不同表面入射角的变化。阻力系数测量的最低不确定度位于约 300 公里处，而升力系数测量的不确定性随着轨道高度降低至 200 公里而提高。
空间领域感知的无源射频技术与演示
用于空间领域感知 (SDA) 的无源射频 (PRF) 技术已被美国太空军 (USSF) 空间条令“出版物 3-100，空间领域感知” [1] 确定为 SDA 任务感兴趣的一项技术。无源射频传感器利用航天器发射的信号来确定飞行器的位置和运动，进而可用于轨道确定和保管维护。无源射频技术还包括使用传统信号处理和射频机器学习 (RFML) 技术分析信号外部特性，以表征航天器，包括识别、姿势估计、生命模式、变化或事件检测、意图估计、预警以及包括雷达和光学传感器在内的其他传感器系统的倾斜和排队。无源射频的主要优点包括白天和夜间的持续观测、恶劣天气下的观测以及快速重访。这项工作将涵盖弗吉尼亚理工大学国家安全研究所利用弗吉尼亚理工大学地面站 (VTGS) 的资产和相对低成本的商用现货 (COTS) 软件定义无线电 (SDR) 技术开发初步概念验证无源射频能力的努力。该系统的当前目标包括在 S 波段卫星通信频率分配下跟踪地球同步航天器、通过卫星下行链路的极化分析探索姿态估计，以及初始数据收集以探索用于跟踪和卫星特性的多种算法。正在为这一初步概念验证研究的特定无源射频技术是射频干涉测量法，它利用多个相干卫星接收器系统之间的长间隔（称为基线），并为跟踪观测提供潜在的亚角秒角分辨率。将介绍真实世界干涉仪的技术设计，包括实施挑战，例如多个站点之间的定时和同步以及系统校准。还将介绍该系统从空中真实世界测量中得出的初步结果，涉及卫星跟踪和特性。本文最后将讨论系统的改进和未来工作，包括在替代飞行状态下的跟踪和特性描述、扩大系统的频率覆盖范围及其对系统设计的影响，以及可用于 SDA 任务并通过系统测试的潜在信号处理和 RFML 技术。
Sprint 高级概念培训 (SACT)
摘要 2019 年建立了一个新的国际演习系列——商业冲刺高级概念训练 (SACT)，以推进联合太空行动。商业 SACT 源自与美国太空司令部 (USSPACECOM)、商务部 (DoC) 和美国空军 (USAF) 的早期合作，旨在探索商业公司增强传统太空领域感知 (SDA) 和民用太空交通管理 (STM) 的潜力。SACT 团队认识到商业服务领域存在实质性的 SDA 能力，并相信提供一个在现实事件中合并和试验这些能力的环境可能会加速最先进的发展。从那时起，SACT 商业实验迅速发展，包括美洲、欧洲和太平洋大陆的多个国际合作伙伴。为期一周的太空行动活动系列每年举行三次，包括商业、政府和学术界的广泛参与者，他们合并执行多个日周期。每个周期都经过精心设计，使用现实世界的端到端操作系统来衡量和完善一系列太空操作“期望学习目标”（DLO）。DLO 由代表性赞助机构（包括 USSPACECOM 和 DoC）设计，以了解太空监视的真正商业能力在 SSA 和 STM 操作需求方面的状况。示例 DLO 类别包括：搜索和恢复（SAR）、近距物体（CSO）识别、卫星特性、高节奏监视、会合评估、会合和近距操作（RPO）分析等等。作为一项非机密活动，商业 SACT 吸收了国际范围内的知识，包括全球一些最新的商业空间运营技术。在上一届 SACT 期间，该演习系列有来自 40 多家商业公司、7 所大学和 25 个政府机构的多个外国合作伙伴的代表。作战控制权以轮班方式从澳大利亚无缝过渡到欧洲再到美国。该活动演习了全方位的 SDA 处理，包括：多现象学监视；先进轨道确定；指挥和控制 (C2)；动态任务；图像处理；公共来源；人工智能 (AI) 支持的生命模式 (PoL) 分析；异常检测；等等。SACT 使所有利益相关者受益，尤其是监视和商业系统开发商。SACT 为政府和商业参与者提供了一个难得的机会，让他们从现实世界的情况中学习，并通过所有空间监视机制（包括低地球轨道 (LEO)、中地球轨道 (MEO)、地球静止轨道 (GEO) 和地月）了解其客户的需求。例如，随着一家加拿大初创公司开发其太空光学传感器星座，该公司正在从 SACT 中学习，并能够定制产品开发以更好地满足市场需求。SACT 如此具有挑战性的因素之一是高度重视实时执行真实世界的操作。本文传达了 SACT 演习系列如何成为推进太空运营各个方面的“创新和协作试验台”，以及它如何通过复兴（或复兴和重新引起人们的兴趣）国际合作成为推进民用太空交通管理的基础要素。