兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统

摘要

本发明涉及一种兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，包括：若干卫星和若干中继通信终端，各卫星进一步包括：综合电子计算机和与其连接的空间磁场探测载荷、空间能量粒子探测载荷以及空间等离子体探测载荷；各卫星分层分布且通过各中继通信终端通信连接。本发明能够完全满足太阳爆发引发的近地空间环境大尺度和小尺度响应探测的应用要求，满足近地环境的空间磁场、能量粒子、等离子体等探测载荷的安装和使用要求，具有集成设计、多星组网、异轨分布、动态构型等技术特点。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳系行星空间环境探测领域，尤其涉及一种兼顾空间大尺度与小尺度 探测的卫星星座系统。

背景技术

空间环境是影响航天器在轨工作的重要因素，我国未来将开展太阳爆发引发的近地 空间环境响应探测，研究太阳爆发造成的近地环境大尺度和小尺度变化规律。然而，国 内目前关于该领域的研究仍处空白阶段，为此，开展能够满足探测需求的卫星星座系统 设计迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，以解决 现有技术存在无法满足对太阳爆发造成的近地环境大尺度和小尺度变化规律探测的研 究需求的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供一种兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统， 包括：若干卫星和若干中继通信终端，各卫星进一步包括：综合电子计算机和与其连接 的空间磁场探测载荷、空间能量粒子探测载荷以及空间等离子体探测载荷；各卫星分层 分布且通过各中继通信终端通信连接。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，上述 卫星的数量为5颗。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该5 颗卫星包括3颗小型卫星和2颗为微型卫星，其中，小型卫星质量为280kg，采用三轴 稳定姿态控制方式；微型卫星质量为50kg，采用自旋稳定姿态控制方式。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该5 颗卫星分别分布在两个轨道高度分别为895km和727km的太阳同步轨道上，其中，2 颗微型卫星和1颗小型卫星工作于高度为895km的太阳同步轨道，另外2颗小型卫星 工作于高度为727km的太阳同步轨道。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该分 布在高度895km的太阳同步轨道的三颗均匀分布，且其中的小型卫星位于中间，两颗 微型卫星均按0.5°相位差分布于微型卫星前后，形成3星编队。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该分 布在高度727km的太阳同步轨道的两颗小型卫星按相位差0.5°分布，形成2星编队。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该分 布在高度895km的太阳同步轨道的小型卫星分别与两颗分布在高度895km的太阳同步 轨道的微型卫星以及分布在高度727km的太阳同步轨道的两颗小型卫星通信连接；分 布在高度727km的太阳同步轨道的两颗小型卫星之间通信连接。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该中 继通信终端具有双信通道能力，其进一步包括：多通道S频段中继收发信机、若干多工 器和若干中继天线，S频段中继收发信机与综合电子计算机通信连接，中继天线通过多 工器与多通道S频段中继收发信机通信连接，各中继通信终端之间通过中继天线通信连 接。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该工 作于895km轨道的3颗卫星编队和工作于727km轨道的2颗卫星编队分别构成两个小 尺度探测系统，获取单颗卫星无法得到的近地空间环境小尺度精细结构和变化规律信 息。

依照本发明较佳实施例所述的兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，该工 作于727km轨道的2颗卫星编队和工作于895km轨道的3颗卫星编队，利用轨道周期 差异，空间相位最大达到180°，同时开展所在区域的空间环境探测，用以获取太阳爆 发引发的近地空间环境大尺度结构和变化规律信息。

本发明采用集成化、小型化的卫星实现多星组网，能够兼顾空间大尺度与小尺度探 测太阳爆发引发的近地空间环境响应，工作于895km轨道的3颗卫星编队和工作于 727km轨道的2颗卫星编队分别构成两个小尺度探测系统，获取单颗卫星无法得到的近 地空间环境小尺度精细结构和变化规律信息。工作于727km轨道的2颗卫星编队和工 作于895km轨道的3颗卫星编队，利用轨道周期差异，空间相位最大达到180°，同时 开展所在区域的空间环境探测，可以获取太阳爆发引发的近地空间环境大尺度结构和变 化规律信息。因此，本发明能够完全满足太阳爆发引发的近地空间环境大尺度和小尺度 响应探测的应用要求，满足近地环境的空间磁场、能量粒子、等离子体等探测载荷的安 装和使用要求，具有集成设计、多星组网、异轨分布、动态构型等技术特点。

附图说明

图1为本发明兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的空间环境小尺度探测星座的结构示意图；

图3为本发明实施例的空间环境大尺度探测星座的结构示意图；

图4为本发明实施例的系统中继通信结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参阅图1至图3，一种兼顾空间大尺度与小尺度探测的卫星星座系统，包括：5 颗卫星A星、B星、C星、D星、E星和五组中继通信终端，各卫星进一步包括：综合 电子计算机和与其连接的空间磁场探测载荷、空间能量粒子探测载荷以及空间等离子体 探测载荷；各卫星分层分布且通过各中继通信终端通信连接。

具体地，5颗卫星包括3颗小型卫星和2颗为微型卫星，其中，小型卫星质量为 280kg，采用三轴稳定姿态控制方式；微型卫星质量为50kg，采用自旋稳定姿态控制方 式。

更近一步地，卫星星座系统的5颗卫星分布于两个太阳同步轨道，三轴稳定的小型 卫星A星和自旋稳定的微型卫星D星和E星位于高度895km的太阳同步轨道，三轴稳 定B星和C星位于高度727km的太阳同步轨道。

如图2所示，其为本发明实施例的空间环境小尺度探测星座的结构示意图。A星、 D星和E星均匀分布，A星位于中间，D星和E星按0.5°相位差分布在A星前后，形 成3星编队。B星和C星相位差0.5°，形成2星编队。两个轨道的3星编队和2星编 队利用携带的空间磁场探测载荷、空间能量粒子探测载荷、空间等离子体探测载荷同时 开展空间环境探测，并将探测结果发送至综合电子计算机，综合电子计算机计算得到不 同区域的空间环境小尺度精细结构和变化规律，并将计算结果发送至地面控制中心。

如图3所示，其为本发明实施例的空间环境大尺度探测星座的结构示意图。利用不 同轨道高度卫星运行周期的差异，A星、D星和E星编队和B星、C星编队在特定时 间形成相位差达到180°的大尺度星座构型，5颗卫星利用携带的探测载荷同时开展所 在区域的空间环境探测，并将探测结果发送至综合电子计算机，综合电子计算机计算得 到空间环境大尺度结构和变化规律，并将计算结果发送至地面控制中心。

如图4所示，其为本发明实施例的系统中继通信结构原理图。5颗卫星同时配置S 频段中继通信终端，每颗卫星配置一组中继通信终端，形成多星组网系统。分布在高度 895km的太阳同步轨道的小型卫星A星分别与两颗分布在高度895km的太阳同步轨道 的微型卫星D星和E星以及分布在高度727km的太阳同步轨道的两颗小型卫星B星和 C星通信连接；分布在高度727km的太阳同步轨道的两颗小型卫星之间通信连接。即 通过为每颗卫星配置中继通信终端，建立A星与D星、A星与E星、A星与B星、A 星与C星、B星与C星之间的中继通信链路，形成多星组网系统。

每颗星配置的中继通信终端具体包括S频段中继收发信机、多工器和中继天线。其 中，A星、B星和C星配置多通道S频段中继收发信机，D星和E星配置单通道S频 段中继收发信机。A星具体配置4付中继收发天线，可同时实现与B星、C星、D星和 E星的中继通信。B星、C星配置2付中继收发天线，D星、E星配置1付中继收发天 线。从图中可以看出，星间中继通道具有双向通信能力，卫星的综合电子计算机所要发 送的信息，传输到中继收发信机的发射通道，发射通道将信号输出到多工器，多工器通 过中继收发天线输出射频信号。相应的中继收发天线接收到射频信号后，输出到多工器， 多工器将信号输出到中继收发信机的接收通道，接收通道将信息输出到卫星的综合电子 计算机，作进一步处理，并由综合电子计算机发送至地面控制中心。

在本实例中，系统包括5颗卫星，并依据卫星的数量配置五组中继通信终端组成， 以及设置每组中继通信终端中的多工器和中继天线的数量。但是，需要说明的是，本发 明并不限定具体的卫星和中继终端以及多工器、中继天线等的数量。在实际应用中，根 据实际需要设置卫星的数量，并配置相应数量的中继通信终端，及每组通信终端中包含 的多工器和中继天线的数量。因此，以上采用5颗卫星并配置5组中继通信终端只是一 个实施例，并不用于限定本发明。

本发明采用集成化、小型化的卫星实现多星组网，能够兼顾空间大尺度与小尺度探 测太阳爆发引发的近地空间环境响应，工作于895km轨道的3颗卫星编队和工作于 727km轨道的2颗卫星编队分别构成两个小尺度探测系统，获取单颗卫星无法得到的近 地空间环境小尺度精细结构和变化规律信息。工作于727km轨道的2颗卫星编队和工 作于895km轨道的3颗卫星编队，利用轨道周期差异，空间相位最大达到180°，同时 开展所在区域的空间环境探测，可以获取太阳爆发引发的近地空间环境大尺度结构和变 化规律信息。因此，本发明能够完全满足太阳爆发引发的近地空间环境大尺度和小尺度 响应探测的应用要求，满足近地环境的空间磁场、能量粒子、等离子体等探测载荷的安 装和使用要求，具有集成设计、多星组网、异轨分布、动态构型等技术特点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描 述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限 定。