[發明專利]一種用于近地軌道空間碎片監測的微納衛星

在審

• 申請號: 202310334716.4
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116280256A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 陳培;黃成菲;武旭;周佳怡;謝洋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于近地軌道空間碎片監測的微納衛星。該衛星由光學一體化結構系統、圖像處理平臺部件和反光標識組成，光學一體化結構系統包括衛星主框架和光學系統，其構成衛星的外部結構，其中近三分之二的空間為光學系統，保證光學鏡片安裝方位和精度要求，提高光學監測能力；圖像處理平臺部件由中央處理板及外圍電路組成，具有星上基于光學測量的二次星圖匹配處理系統；反光標識用于增強衛星識別性，便于未來衛星退役后被識別、回收處理。本發明提出了一種新的面向近地軌道空間碎片監測的微納衛星，采用了光學一體化結構，有效減輕衛星的重量；其表面粘貼反光標識，便于未來衛星退役后被識別、回收處理；具有星上基于光學測量的二次星圖匹配處理系統，使數據下傳量大幅下降。

技術領域

本發明提供一種面向近地軌道空間碎片監測的微納衛星，它涉及利用微納衛星對近地軌道空間碎片監測的需求，屬于衛星設計領域。

背景技術

低地球軌道以其獨特的位置決定了其在導航與通訊、地球觀測與遙感、氣象預報、空間科學實驗、偵察與預警等民用和軍事任務中不可替代的地位。僅2022年，全球共進行航天發射活動186次，共向太空送入2484個航天器，其中運行在近地軌道航天器2413個，占比97％。隨著越來越多的航天器被送入太空，各種各樣的空間碎片在太空中積聚，太空中散布著航天器涂層碎片、爆炸螺栓、保護衛星的整流罩、火箭上面級殘骸，以及衛星相撞或人類通過發射導彈來摧毀報廢衛星所產生的空間碎片。目前，有超過4000顆活動衛星在低地軌道環境中運行，其中包括20,000個被追蹤的碎片物體(大于10厘米的物體)以及估計50萬個較小的、未被追蹤的物體。

在日漸飽和的LEO中，航天器解體、爆炸、碰撞等事件時有發生。太空碎片超高速撞擊對航天器安全造成巨大潛在威脅。到2019年,國際空間站為躲避太空碎片撞擊進行25次軌道機動規避。近年來NASA?衛星每年規避太空碎片操作20余次,而2008年這一數字為5次。面對如此龐大的空間目標數量，對我國而言，無論是對空間目標的碰撞預警，還是來自存在威脅的合作目標的實時監視和精確跟蹤都十分重要。建立可測可識可控的空間目標監視系統是對未知威脅預判的有效手段。

傳統空間目標監視技術探測手段包括地基和天基兩種。其中，地基監視主要由地基光電探測器、雷達探測器等組成，具有技術成熟、使用及維護方便等優勢，但由于受氣象條件、地理位置等因素的限制，在對目標的監測范圍、時效性等方面仍存在諸多局限。為了提高空間目標的觀測能力，美國、加拿大等國都制定了發展天基空間目標觀測系統的計劃，充分利用天基觀測的優勢彌補地基觀測系統的不足。天基空間目標監視通過安裝在空間平臺上的成像測量裝置，對目標進行探測跟蹤，具有不受地理位置、觀測時間及氣象條件等的制約，可以全天時全天候觀測等優勢,代表空間目標監視新的研究方向。另外，天基空間目標監視系統對運動目標具有成像效果好、定位精度高、并且具備對高軌暗弱目標的空間監視能力，在未來空間目標監視系統中有著舉足輕重的地位。

天基空間目標監視系統常用的探測方式有可見光探測、紅外探測及微波雷達探測等?？梢姽馓綔y和紅外探測屬于“被動”探測方式，其優點是無需考慮工作功率的影響。紅外探測更適合用于近距離或運行在地影區的空間目標，而可見光探測對運行在陽照區的空間目標具有良好的觀測能力，且其對遠距離目標的探測能力較紅外探測更強；微波雷達探測屬于“主動”探測方式，其優點是能快速確定目標，許多國家采用雷達探測的方式對空間碎片進行監視，但雷達探測方式受到工作功率、掃描技術、天線技術及星上信息處理技術的制約，使其探測能力受到限制，因此天基空間目標監視系統仍以可見光探測作為主要探測手段。目前的天基空間目標探測主要是可見光探測，實用的衛星或衛星系列主要是美國的MSX/SBV(中段空間試驗/天基可見光)和的SBSS(天基監視系統)；加拿大研制的“藍寶石”(Sapphire)；法國的瞬態目標速動望遠鏡(TAROT)與天空觀測系統(SPOC)。其基本特點是監視衛星均采用低地球軌道的太陽同步軌道，由于其與該國已有的地基空間監測系統相配合，故監視對象均為以GEO(地球同步軌道)為主的中高軌道目標，探測手段則是單個可見光探測器，主用探測方式均為即時根據地面任務計劃指向目標區域。