[发明专利]一种适用于火卫一探测任务的深空通信系统

权利要求书

1.一种适用于火卫一探测任务的深空通信系统，其特征在于：包括探测器（1）、火星极地卫星（2）、绕日轨道星座、同步轨道星座和地球地面站（5）；

所述探测器（1）在火卫一（100）的准同步轨道上围绕所述火卫一（100）公转，所述火星极地卫星（2）在火星（200）的极地轨道上围绕所述火星（200）公转，所述绕日轨道星座包括有至少三颗在绕日公转轨道上围绕太阳（300）公转的且环向等间距布置的绕日公转卫星（3），所述同步轨道星座包括有至少三颗在地球同步轨道上围绕地球（400）公转的且环向等间距布置的地球同步卫星（4），其中，所述火星极地卫星（2）的公转周期为所述火卫一（100）的公转周期的两倍，所述绕日公转轨道位于地球公转轨道与火星公转轨道之间；

所述探测器（1）与所述火星极地卫星（2）的相对运动初始条件满足：所述火卫一（100）经过火卫一公转轨道与所述极地轨道的所在平面的第一交点，所述火星极地卫星（2）也经过所述极地轨道与所述火卫一公转轨道的所在平面的第二交点，所述第一交点和所述第二交点分别位于所述火星（200）的同一侧；

所述探测器（1）通过建立的分米波通信链路与所述火星极地卫星（2）交互上下行数据，所述火星极地卫星（2）通过建立的第一激光波通信链路与所述绕日公转卫星（3）交互所述上下行数据，所述绕日公转卫星（3）通过建立的第二激光波通信链路与所述地球同步卫星（4）交互所述上下行数据，所述地球同步卫星（4）通过建立的Ku波通信链路与所述地球地面站（5）交互所述上下行数据，其中，所述上下行数据包含有向所述探测器（1）发送的上行遥控数据和向所述地球地面站（5）发送的下行探测数据。

2.如权利要求1所述的深空通信系统，其特征在于：在所述火卫一（100）的本地旋转坐标系OXYZ中，O点表示所述火卫一（100）的质心，X轴正向在所述火卫一（100）处于近火星点和远火星点时分别指向所述火星（200）的质心，Z轴正向指向所述火卫一（100）的公转角动量方向，Y轴服从右手定则；

在所述本地旋转坐标系OXYZ下，所述探测器（1）在所述准同步轨道上的相对运动方程表示如下：

式中，表示所述探测器（1）的相对加速度，表示所述火星（200）对所述探测器（1）的引力加速度，表示所述火卫一（100）对所述探测器（1）的引力加速度，表示所述火星（200）对所述火卫一（100）的引力加速度，表示所述火卫一（100）的自转角速度，表示从O点至所述探测器（1）的位置矢量，表示时间，表示所述火卫一（100）自转导致的牵连加速度，表示科式加速度，表示从O点至所述探测器（1）的初始位置矢量，表示所述探测器（1）在初始位置时的X轴正向取值且介于30～33千米之间，表示所述探测器（1）在初始位置时的初始相对速度，表示所述初始相对速度的Y轴正向取值且介于-16～-15米每秒之间，表示所述初始相对速度的Z轴正向取值且介于4～6米每秒之间。

3.如权利要求2所述的深空通信系统，其特征在于；所述探测器（1）包括有光帆（11）、伞架机构（12）、伞架姿态调节机构（13）和中央控制模块，其中，所述伞架机构（12）用于展开或收拢所述光帆（11），所述伞架姿态调节机构（13）用于调节所述伞架机构（12）在所述本地旋转坐标系OXYZ下的姿态参数；

所述中央控制模块通信连接所述伞架姿态调节机构（13）的受控端。

4.如权利要求3所述的深空通信系统，其特征在于：所述光帆（11）的光压材料采用石墨烯。

5.如权利要求1所述的深空通信系统，其特征在于：所述火星极地卫星（2）包括有一套布置在卫星本体顶部或底部的激光波通信模块，所述绕日公转卫星（3）包括有两套分别布置在卫星本体顶部和底部的激光波通信模块，所述地球同步卫星（4）包括有一套布置在卫星本体顶部或底部的激光波通信模块；

所述绕日公转卫星（3）通过其中一套所述激光波通信模块建立与所述火星极地卫星（2）通信的所述第一激光波通信链路，所述绕日公转卫星（3）通过另一套所述激光波通信模块建立与所述地球同步卫星（4）通信的所述第二激光波通信链路。