空间环境监测技术

1.空间环境监测平台关键技术

(1) 分布式空间组网探测技术

集群卫星协同空间环境监测总体设计技术:研究应用于空间探测的分布式 组网探测技术体制，完成分布式空间探测任务理论表达、任务分解和设计理论等 研究内容;空间环境监测卫星自主智能任务规划技术:研究分布式自主任务规划 理论与技术，将自主任务规划问题转化成整数浮点混合规划的数学问题，研究混 合规划问题的实时解法以及相关理论与工程问题;空间相对运动导航制导与控制 技术:研究空间多点原位探测的控制相关技术，包括制导、导航和控制三个方面， 重点研究椭圆轨道的相关理论与技术，研究方法包裹理论研究、仿真和试验。为 我国未来在深空领域的探测任务提供技术手段和理论支撑。

(2) 轨道动力学与控制

空间环境监测效益最优的轨道设计:大椭圆轨道由于其很高的远地点而受到 日月引力的强烈摄动，导致轨道偏心率和近地点高度发生长周期和短周期振荡。 近地点有可能会进入稠密大气导致轨道的快速衰减。此外，地球扁率和日月引力 的联合作用会产生轨道共振，可使轨道偏心率短时间内发生明显改变，最终因轨 道几何发生变化而导致任务失败。因而，针对大椭圆轨道的极不稳定特性，将建立包括日月引力高阶项的半解析轨道模型，实现对轨道数十年运动演化的快速数 值仿真，进而对轨道参数空间进行大范围搜索，寻找空间环境监测效益最大化的 轨道设计，并利用轨道的天然演化规律，实现燃料消耗最优的轨道维持和修正。 双小行星系统探测中的轨道问题研究:目前双小行星系统正在成为深空探测的热 点。双小行星系统由在共同万有引力势作用下环绕彼此运行的两颗小行星组成。 双星系统在太阳系的近地小行星、主带小行星和柯伊伯带小行星中都普遍存在。 与单小行星相比，双小行星系统具有更高的研究价值和探测价值。双小行星系统 不规则引力场中的轨道问题综合了前述的限制性三体问题和小天体不规则引力 场中的轨道问题。针对该新问题，将选定特定的双星系统，将小行星建模为多面 体，精确描述实际引力场的不规则性和非对称性;针对三类轨道建立模型，展开 全面系统的研究:环绕平动点的周期轨道、环绕单颗小行星的轨道和环绕双星系 统的大范围轨道;探讨三类轨道的存在性、稳定性及在探测任务中的应用;揭示 三类轨道在相空间的本质联系，了解相空间的全局结构;并考虑主星自旋、次星 天平动、太阳光压力等摄动影响，设计轨道维持策略。

(3) 电推进技术

离子和霍尔推力器长寿命技术研究:针对技术和应用上相对成熟的电推进 类型如离子推力器和霍尔推力器，重点开展电推进长寿命技术研究;开展无阴极 烧蚀的静电惯性约束推进技术研究。上述研究可为间环境监测平台的长时间运行 提供技术支持;吸气式等离子体电推进和太阳帆推进技术研究:为进一步解决空 间环境监测平台的运行时间受推进剂携带量的制约问题，开展吸气式等离子体电 推进、太阳帆推进技术研究。其中，吸气式等离子体电推进利用地球或行星近地 轨道稀薄气体作为推进剂，太阳帆推进则利用太阳风对平台中太阳帆的作用力产 生推力。依托上述推进技术，空间环境监测平台均不需携带推进剂，可为间环境 监测平台的长久运行提供解决方案;大功率磁等离子体电推进研究:为满足未来 火星以远的大速度增量深空空间环境的探测任务需求，以及解决高功率能源与空 间推进相结合的问题，拟开展基于空间核动力系统的大功率磁等离子体电推进研 究。

2. 空间环境有效载荷关键技术

面向可能造成空间、地面技术系统的损坏以及威胁人类健康和生命的空间环 境中的灾害性天气监测需求，主要基于北航已成功研制的张衡一号卫星有效载荷感应式磁力仪的技术基础和航天经验，重点发展新一代极弱磁场传感器技术、定标技术和空间电子技术等关键技术。

(1) 极弱磁场传感器技术

磁场是空间环境的基本物理场，其不仅频率范围广，而且磁感应强度极其微 弱。感应式磁场监测方法，仍将是不可替代的空间环境磁场波动探测的主要手段。 传感器执行将被测对象的物理物理量转换为电压量的功能，因此，极弱磁场传感 器技术对未来空间环境磁场监测任务十分重要。针对地球系统圈层耦合和深空环 境磁场探测需求，发展灵敏度更高(噪声更低)、频带范围更宽的新一代极弱磁 场传感器的设计、仿真和工艺技术。

(2) 极弱磁场标定技术

定标是评估空间环境有效载荷性能指标的关键环节，对科学数据的处理和评 价具有重要影响。由于受现代工业、交通运输和电力设施等的影响，在地面实验 室条件下，极低磁噪声环境难以获得，极弱磁场实验更难开展。需要针对磁场探 测有效载荷的全面标定需求，发展极低噪声、极弱磁场和可变温环境“三位一体” 的极端条件，模拟空间环境磁场波动。

(3) 空间电子学技术

电子学技术是有效载荷的核心技术，通过传感器转换输出的电压信号需要电 子学进行放大、滤波和实时频谱分析等处理。针对空间磁场监测对有效载荷电子技术的需求，充分发挥北航空间科学专业在空间物理、空间天气和空间环境效应机理等方面的学科优势，发展适应空间环境的高可靠的低噪声模拟电路和可重构的高速数字信号处理系统。