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用于引力波关键技术验证的近地低成本商业卫星设计

陈琨 蔡志鸣 侍行剑 邓剑峰 余金培 李华旺

陈琨, 蔡志鸣, 侍行剑, 邓剑峰, 余金培, 李华旺. 用于引力波关键技术验证的近地低成本商业卫星设计[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 477-485. doi: 10.3788/CO.20191203.0477
引用本文: 陈琨, 蔡志鸣, 侍行剑, 邓剑峰, 余金培, 李华旺. 用于引力波关键技术验证的近地低成本商业卫星设计[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 477-485. doi: 10.3788/CO.20191203.0477
CHEN Kun, CAI Zhi-ming, SHI Xing-jian, DENG Jian-feng, YU Jin-pei, LI Hua-wang. Near-earth low-cost commercial satellite design for key technologies verification of the gravitational waves detection mission[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 477-485. doi: 10.3788/CO.20191203.0477
Citation: CHEN Kun, CAI Zhi-ming, SHI Xing-jian, DENG Jian-feng, YU Jin-pei, LI Hua-wang. Near-earth low-cost commercial satellite design for key technologies verification of the gravitational waves detection mission[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 477-485. doi: 10.3788/CO.20191203.0477

用于引力波关键技术验证的近地低成本商业卫星设计

doi: 10.3788/CO.20191203.0477
基金项目: 

中国科学院战略性先导科技专项 XDA1502070701

中国科学院战略性先导科技专项 No.XDA1502070701, No.XDA1502070601

详细信息
    作者简介:

    陈琨(1987-), 男, 浙江苍南人, 助理研究员, 2015年于天津大学获得博士学位, 主要从事卫星总体设计及精密仪器设计方面的研究。E-mail:chenkun789@163.com

    蔡志鸣(1984-), 男, 浙江瑞安人, 2010年于英国萨里大学获得硕士学位, 副研究员, 现任上海微小卫星工程中心, 科学卫星总体部, 总体技术组负责人, 微重力卫星型号副总师, 主要研究方向为卫星总体设计及卫星通信。E-mail: caizm@microsate.com

  • 中图分类号: V57

Near-earth low-cost commercial satellite design for key technologies verification of the gravitational waves detection mission

Funds: 

Strategic Priority Research Programme of CAS XDA1502070701

Strategic Priority Research Programme of CAS No.XDA1502070701, No.XDA1502070601

More Information
  • 摘要: 地面引力波探测由于受到地表振动、重力梯度等噪声以及试验尺度的限制,探测频段被限制在10Hz以上,而对于更大特征质量和尺度的波源,探测频段主要在中低频段(0.1 mHz~1 Hz)。因此,为避免地面干扰,需要在空间进行探测。由于引力波信号微弱,探测精度极高,针对空间引力波探测,国际上提出了以LISA为代表的空间引力波探测计划,国内中国科学院也提出了太极计划。然而,国内外的引力波探测卫星计划,对卫星的技术指标、设计复杂性和成本均提出了极高要求,短期之内难以实现。针对这一现实情况,本文参考LISA pathfinder的设计思路,设计一颗近地低成本商业卫星,针对引力波探测关键技术的验证需求,进行卫星任务需求分析及结构、热控、姿态控制等关键技术分析,提出商业化的低成本技术验证初步设想,希望能对空间引力波探测卫星总体设计提供一定借鉴。
  • 图  1  卫星不同方向上受到的大气气阻

    Figure  1.  Atmospheric drag of satellite in different directions

    图  2  卫星不同方向上受到的太阳光压

    Figure  2.  Sunray pressure of satellite in different directions

    图  3  敏感轴对地指向时的太阳光压干扰

    Figure  3.  Sunray pressure noise when sensitive axis pointing to the earth

    图  4  敏感轴对地指向时的大气气阻干扰

    Figure  4.  Atmospheric drag noise when sensitive axis pointing to the earth

    图  5  6个月内太阳光照角的变化情况

    Figure  5.  Change of sunlight angel in six months

    图  6  外热流仿真模型示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of simulation model of external heat flux

    图  7  各面热流(W/m2)分布情况

    Figure  7.  Heating flux distribution(W/m2) of different surfaces

    图  8  卫星初步构型示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of satellite preliminary configuration

    图  9  载荷舱热控方案设计示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of thermal control scheme of payload model

    图  10  无拖曳控制回路框图

    Figure  10.  Block diagram of drag-free control

    表  1  大气阻力分析

    Table  1.   Analysis of atmospheric resistance

    轨道高度/km 500 550 600 650 700
    大气密度平均值/(g·cm-3) 9.21×10-17 3.79×10-17 1.75×10-17 9.18×10-18 5.50×10-18
    速度/(km·s-1) 7.613 7.585 7.558 7.531 7.504
    大气阻力/(N·Hz-1/2) 5.87×10-6 2.40×10-6 1.10×10-6 5.73×10-7 3.41×10-7
    对应加速度/(m/s2/Hz1/2) 3.91×10-8 1.60×10-8 7.33×10-9 3.82×10-9 2.27×10-9
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-05
  • 修回日期:  2019-01-23
  • 刊出日期:  2019-06-01

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