[发明专利]支持集群飞行的基础模块航天器

说明书

技术领域

本发明属于航天器设计技术领域，具体涉及一种支持集群飞行的基础模块航天器。

背景技术

航天器集群是由多个成员航天器构成的空间系统，与传统的编队飞行概念相比，其空间应用更加依赖系统的自主运行和网络通信能力，并要求成员航天器可以实现灵活快捷的集群加入和退出、在轨维修和升级等功能。

国际上提出的航天器集群计划典型代表有F6计划[参考文献1-4]、ANTS计划[参考文献5-7]、EDSN计划[参考文献8]等。F6计划建立了一种面向未来的航天器体系结构，将传统的整体式航天器分解为多个分离模块航天器，在轨运行时通过无线通信构成一个功能完整的虚拟航天器系统，并具备系统重构和功能再定义的能力。ANTS计划是服务于小行星带探测的空间智能集群计划，其任务执行过程中需要进行航天器间的信息交互，以及基于信息交互的集群协同工作。EDSN计划是通过航天器集群实现分布式多点空间辐射探测的演示任务，该计划的一个重要目的是演示各成员航天器间的载荷信息共享以及星地通信能力。

航天器集群的空间应用，为航天器的设计带来了新的挑战，主要体现在小型化、低成本化的设计理念和网络通信、自主决策能力的需求两方面。NASA研发的PhoneSat卫星将应用于EDSN计划的航天器集群构建中，其在小型化、低成本化、高性能星载计算机方面有很大的优势[参见文献9-11]。PhoneSat卫星是以一个标准CubeSat单元为基本结构，以智能手机为星上核心部件的一类新型卫星，可使卫星的计算处理能力提升10～1000倍、成本降低10～1000倍，另外，得益于当前智能手机的高集成度，PhoneSat卫星在相同的结构单元内可容纳更多任务载荷。然而，目前研发的PhoneSat卫星设计中，并没有考虑网络通信和自主决策能力的实现。除此之外，CubeSat标准也在其他微小卫星的设计中得到了广泛的应用，例如用于演示高速率发射机的FITSAT-1[参见文献12]、用于测量大气温度和湿度的CubeSat星座[参见文献13]、用于测量电离层的OSIRIS-3U[参见文献14]。但是CubeSat标准只提供了微小卫星设计的一些基本标准，如外形尺寸、设计重量等，并不涉及面向具体任务的卫星功能的实现。

所引用的参考文献如下：

[1]Owen B，Paul E.Fractionated space architectures：a vision for responsive space.4th Responsive Space Conference，Los Angeles，USA，2006.

[2]O′Neill M G，Weigel A L. Assessing Fractionated Spacecraft Value Propositions for Earth Imaging Space Missions.Journal of Spacecraft and Rockets，2011，48(6)：974～986.

[3]Roberta E，Joseph B，James G. Transitioning DARPA Science and Technology Results into Space Capabilities.AIAA SPACE2009Conference&Exposition，Pasadena，USA，2009.

[4]Roberta E，Joseph B，Greg R.Transitioning DARPA Science and Technology Results into Space Capabilities II.AIAA SPACE2010Conference&Exposition，Anaheim，USA，2010.

[5]Hinchey M G，Rash J L，Truszkowski W F，et al.Challenges of developing new classes of NASA self-managing missions.11th International Conference on Parallel and Distributed Systems，Fukuoka，Japan，2005.