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在21世纪初,数千颗人造的、无人驾驶的卫星被放置在环绕地球的轨道上。许多公司仍在运营。到目前为止,大多数卫星都是独立的、专门用于特定任务的单颗卫星。在上世纪末,美国国家航空航天局和其他政府和私人空间组织已经开始将各种轨道配置的卫星组合在一起,或者通过使用相关传感器实现共同目标。它们也通过卫星间通信或通过地面站连接,这些地面站将它们作为一个整体进行指挥。此操作模式称为 编队飞行 . 这些同步程序往往产生共生结果。在本世纪的头十年里,一个重要的计划要启动,那就是NPOES。


卫星编队飞行

在前面的章节中,我们讨论了单个卫星,每个卫星都在自己的轨道上,并且通常独立于其他合作卫星进行测量。但是,多传感器和多平台卫星的概念已经被引入。因此,当一个以上的陆地卫星、点或IRS等卫星在轨道上运行并在任何给定时间运行时,多时间数据收集的可能性被激活。气象卫星是一个主要的例子,不同的卫星在一段时间内都在观测地球。它们的数据可以相互关联和整合,以提供任何特定日期的天气信息。当来自同步观测或连续观测或不同平台的数据通过某种注册模式(通常通过计算机处理)组合时,这种集成的另一个变化就发生了。

在过去的10年左右,特别是近几年,卫星编队飞行的概念已经渗入到那些寻求新项目不同方法的人们的思维中。一些人把他们对鸟类的认知,如鹅,在有组织的鸟群中飞行(或二战中的轰炸机)描述为这一概念的来源。编队飞行可定义为“具有共同传感器或互补(相关)传感器的重复或类似卫星组,它们彼此通信并共享数据处理(机载和/或通过利用类似的地面站和设施)、有效载荷和任务功能。”多颗卫星,在一个或多个方面,据说是同步的。两个简要概述卫星编队飞行的地点被发现在这些 SpaceFlight NowE0-1 地点。

Terra/Aqua对和其他EOS卫星是一系列综合卫星的一部分,实际上,它们将成为编队飞行或同步的主要例子。Terra与Landsat-7、EO-1和SAC-C一起形成。大约3小时后,沿着Terra轨道运行的Aqua最终将由calipso、cloudsat、parasol和aura连接起来。

这张图片显示了近距离飞行Terra Aqua对的价值,在同一天,每颗卫星覆盖同一区域,但经过一个场景时相隔数小时。上午9点55分,泰拉拍摄了中非尼日利亚西部沿海地区的图像。当时,大量由当地农民蓄意设置的小规模火灾(即“刀耕火种”习俗)显然是为了清理土地种植新作物。当水在3小时后通过这一场景时,火灾数量显著增加。

编队飞行的经典例子是我们之前考虑过的全球定位系统(GPS)。 Page 11-6 . 在那里,我们了解到美国正在运行一个名为navstar的程序,该程序可以使地球上任何一个点的位置达到高精度(请阅读该页了解原理;您可能熟悉它的许多应用程序,例如在驾驶昂贵的CA时获取方向。R,在狩猎时定位自己,或在海难时发送你的位置)。一颗导航卫星看起来像这样:

目前,有27颗可运行的导航卫星(基本阵列中有24颗;其他3颗作为“备用”或“储备”待命,因个人故障)。它们都支持同一个传感器系统,基本上是一个无线电收发器,它与分布在世界各地的接收器通信,并与父地面站相连。它们的轨道被仔细地指定和维护,以便在间距上具有相互的规律性。因此:

当绘制在平坦的全球投影上时,轨道路径的规则性变得明显:

这种编队飞行被称为“星座”结构。这些卫星彼此之间的距离相当远,但可以保持彼此之间以及与地面站之间的通信。类似卫星的另一种配置被称为“星团”,其中一小群卫星位于相对较近的位置,因为它们沿着轨道运行,允许它们保持相同的距离。以下是组成TechMap 21系统的小组的建议安排:

TechMap21 satellite group.

还有一种形成形态可以称为“尾随”模式。地球资源卫星5号和地球观测卫星1号目前在同一轨道跟踪第一颗卫星,因此地球观测卫星1号在稍晚的时间(约1分钟)穿过同一个“不动产”。该图说明了两颗卫星在其共同轨道上的运行情况,并包括一些运行参数:

这样做的一个明显优势是,跟踪卫星不仅可以看到稍微不同的时间条件,而且可以配备一个或多个不同的传感器,提供额外的传感能力。换言之,如果在早期卫星进入轨道后开发出改进或在频谱不同部分工作的新传感器,那么将几乎不可能将这些传感器添加到该卫星上,但第二颗卫星将非常接近第一颗卫星的时间和空间,因此这样的效果几乎就像传感器被安置在第一个传感器上一样。

将卫星分组在一个协调计划中的另一个好处是,在适当的情况下,可以以较低的成本建造和发射每一颗卫星。而且,如果一个小组中的一个在轨道飞行后失败了,那么更换它的成本通常会比更换或航天飞机为独立运行的大型卫星提供服务的成本要低。

在编队飞行的候选卫星中,有非常小和轻的被称为纳米卫星(小于10公斤)的卫星 [22磅] 或者更大的表亲称为微卫星(100公斤以下)。第一个例子是名为SNAP-1的实验性通信卫星(第一颗人造卫星的阴影!)由萨里大学开发,如下所示:

SNAP-1<font >

小物体形成飞行的另一个例子是磁层星座,由100个微卫星组成,它们的轨道设置为在全球范围内同时提供覆盖。本文对小卫星同步运行进行了有益的评述。 Leonardo 概念。

特别适合编队飞行的应用类别包括天文学观察者、通信、气象和气候以及环境。在天文学中,多颗特定间距的卫星为将它们作为阵列中的组件提供了机会,使干涉测量原理能够提高有效分辨率。JPL正在计划一个名为 Starlight 这将使用一系列空间望远镜,其有效的观测基础将大大扩大;计划于2006年,其主要目标是寻找行星。另一个JPL任务,计划于2009年, SIM, using multiple spacecraft to study stars by interferometry.

一项主要的工作正在进行中,以合并和协调项目,以收集现在由几个机构独立获得的环境和气象数据。因此,美国国家航空航天局、国家海洋和大气管理局和国防部正在联合起来建立国家极地轨道环境卫星系统(NPOES),计划在2008年左右全面投入使用。三颗卫星,每个卫星都有多达10个传感器(大多数但不是所有的传感器都在每个卫星上复制),将被放置在相隔4小时穿越赤道的轨道上。这是当前计划配置:

NPOESS Orbital Configuration

新航天器将按照NOAA目前运行的POES程序进行建模。更多关于这项雄心勃勃的计划,可以通过访问这些在线网站来了解: Air Force participationNOAA 其中描述了一些候选传感器。该组考虑的任务包括改进的3至5天预报、风暴跟踪和作物管理。发射前,概念验证将由OSSE(观测系统模拟实验)进行测试。

最后一页着重介绍了EOS系列的一个趋势,即使用成对的卫星来成倍地以规则的模式、间隔或时间间隔飞行,这样一来,协调在一起,结果就是信息的共生增长。

下一页提供了一些有用的参考资料和有关EOS程序的进一步阅读。


本页主要联系人和作者:Nicholas M.Short,SR.电子邮件: nmshort@nationi.net