[发明专利]一种用于近地轨道空间碎片监测的微纳卫星

说明书

一种用于近地轨道空间碎片监测的微纳卫星。该卫星由光学一体化结构系统、图像处理平台部件和反光标识组成，光学一体化结构系统包括卫星主框架和光学系统，其构成卫星的外部结构，其中近三分之二的空间为光学系统，保证光学镜片安装方位和精度要求，提高光学监测能力；图像处理平台部件由中央处理板及外围电路组成，具有星上基于光学测量的二次星图匹配处理系统；反光标识用于增强卫星识别性，便于未来卫星退役后被识别、回收处理。本发明提出了一种新的面向近地轨道空间碎片监测的微纳卫星，采用了光学一体化结构，有效减轻卫星的重量；其表面粘贴反光标识，便于未来卫星退役后被识别、回收处理；具有星上基于光学测量的二次星图匹配处理系统，使数据下传量大幅下降。

技术领域

本发明提供一种面向近地轨道空间碎片监测的微纳卫星，它涉及利用微纳卫星对近地轨道空间碎片监测的需求，属于卫星设计领域。

背景技术

低地球轨道以其独特的位置决定了其在导航与通讯、地球观测与遥感、气象预报、空间科学实验、侦察与预警等民用和军事任务中不可替代的地位。仅2022年，全球共进行航天发射活动186次，共向太空送入2484个航天器，其中运行在近地轨道航天器2413个，占比97％。随着越来越多的航天器被送入太空，各种各样的空间碎片在太空中积聚，太空中散布着航天器涂层碎片、爆炸螺栓、保护卫星的整流罩、火箭上面级残骸，以及卫星相撞或人类通过发射导弹来摧毁报废卫星所产生的空间碎片。目前，有超过4000颗活动卫星在低地轨道环境中运行，其中包括20,000个被追踪的碎片物体(大于10厘米的物体)以及估计50万个较小的、未被追踪的物体。

在日渐饱和的LEO中，航天器解体、爆炸、碰撞等事件时有发生。太空碎片超高速撞击对航天器安全造成巨大潜在威胁。到2019年,国际空间站为躲避太空碎片撞击进行25次轨道机动规避。近年来NASA 卫星每年规避太空碎片操作20余次,而2008年这一数字为5次。面对如此庞大的空间目标数量，对我国而言，无论是对空间目标的碰撞预警，还是来自存在威胁的合作目标的实时监视和精确跟踪都十分重要。建立可测可识可控的空间目标监视系统是对未知威胁预判的有效手段。

传统空间目标监视技术探测手段包括地基和天基两种。其中，地基监视主要由地基光电探测器、雷达探测器等组成，具有技术成熟、使用及维护方便等优势，但由于受气象条件、地理位置等因素的限制，在对目标的监测范围、时效性等方面仍存在诸多局限。为了提高空间目标的观测能力，美国、加拿大等国都制定了发展天基空间目标观测系统的计划，充分利用天基观测的优势弥补地基观测系统的不足。天基空间目标监视通过安装在空间平台上的成像测量装置，对目标进行探测跟踪，具有不受地理位置、观测时间及气象条件等的制约，可以全天时全天候观测等优势,代表空间目标监视新的研究方向。另外，天基空间目标监视系统对运动目标具有成像效果好、定位精度高、并且具备对高轨暗弱目标的空间监视能力，在未来空间目标监视系统中有着举足轻重的地位。

天基空间目标监视系统常用的探测方式有可见光探测、红外探测及微波雷达探测等。可见光探测和红外探测属于“被动”探测方式，其优点是无需考虑工作功率的影响。红外探测更适合用于近距离或运行在地影区的空间目标，而可见光探测对运行在阳照区的空间目标具有良好的观测能力，且其对远距离目标的探测能力较红外探测更强；微波雷达探测属于“主动”探测方式，其优点是能快速确定目标，许多国家采用雷达探测的方式对空间碎片进行监视，但雷达探测方式受到工作功率、扫描技术、天线技术及星上信息处理技术的制约，使其探测能力受到限制，因此天基空间目标监视系统仍以可见光探测作为主要探测手段。目前的天基空间目标探测主要是可见光探测，实用的卫星或卫星系列主要是美国的MSX/SBV(中段空间试验/天基可见光)和的SBSS(天基监视系统)；加拿大研制的“蓝宝石”(Sapphire)；法国的瞬态目标速动望远镜(TAROT)与天空观测系统(SPOC)。其基本特点是监视卫星均采用低地球轨道的太阳同步轨道，由于其与该国已有的地基空间监测系统相配合，故监视对象均为以GEO(地球同步轨道)为主的中高轨道目标，探测手段则是单个可见光探测器，主用探测方式均为即时根据地面任务计划指向目标区域。