Towards End-To-End Design of Spacecraft Swarms for Small-Body Reconnaissance
探索太阳系中的小天体是一项高度优先的行星科学。小行星、彗星和行星卫星提供了有关太阳系演化的重要信息。此外，它们可以为未来的空间经济提供资源。虽然许多研究已经进入探索小行星和彗星，专门的航天器任务行星卫星很少。航天器对行星卫星的任务有三个基本挑战：第一个挑战是大多数卫星（除了地球）的影响范围很小，在许多情况下几乎不存在。第二个是许多卫星被潮汐锁定在它们的行星上，这意味着行星上的观察者将拥有整个半球，这是永远无法接近的。第三个挑战是，在给定的时间内，该地区约有一半将处于太阳的阴影中。因此，一个单一的航天器任务来观察行星月球不能提供完整的覆盖范围。这样一个复杂的任务可以使用群方法来解决，其中映射任务被委托给多个低成本航天器。显然，为这样一个动态环境设计一个群体任务是具有挑战性的。出于这个原因，我们提出了群的集成设计工程与自动化（IDEAS）软件来执行群任务的自动化端到端设计。具体来说，它将使用一个称为自动群设计器模块的子模块来找到适合给定任务的最佳群配置。在我们以前的工作中，我们已经开发了自动群设计模块，以找到小行星测绘操作的群配置。在这项工作中，我们将评估自动群模块设计行星卫星任务的能力。
2019-10-09 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
Determination of Spacecraft Attitude and Source Position Using Non-aligned Detectors in Spin-stabilized Satellites
推导了自旋稳定卫星中由于探测器视轴与自旋轴不完全对准而引起的高能瞬变（或稳定发射源）光变曲线的调制。它示出了如何相对于卫星的自旋轴的检测器的视图轴的取向可以使用观察到的光变曲线估计。统计波动的影响被认为是。相反，它示出了如何自旋轴稳定的卫星的姿态，以及未知的位置的天体源的高能光子可以确定使用的探测器，其观察轴是故意保持倾斜，并事先准确地知道。还讨论了三轴稳定卫星的情况。
2009-09-21 astro-ph.IM
High-accuracy Vision-Based Attitude Estimation System for Air-Bearing Spacecraft Simulators
Politecnico di Milano（米兰理工大学）
针对气浮卫星模拟器的高精度姿态真值需求，提出基于单目相机与基准标记的几何迭代姿态估计算法及自动校准流程，部署在Raspberry Pi 4上实现了亚角秒级精度与低延迟，成本远低于商用动作捕捉系统。
2023-12-13 astro-ph.IM cs.CV cs.RO
Hyperspectral Lightcurve Inversion for Attitude Determination
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Fraunhofer Centre for Applied Photonics（弗劳恩霍夫应用光子学中心）
本文研究利用航天器高光谱光变曲线在无姿态和惯性张量先验条件下反演姿态与旋转，提出数值优化和神经网络两种方法，并在合成数据上验证了可行性。
2023-12-19 astro-ph.IM cs.LG eess.SP
Model Evaluation of a Transformable CubeSat for Nonholonomic Attitude Reorientation Using a Drop Tower
Faculty of System Informatics, Kobe University（神户大学系统信息学系）；Department of Mechanical Engineering, Aoyama Gakuin University（山梨大学机械工程系）；Department of Applied Mechanics and Aerospace Engineering, Waseda University（早稻田大学应用力学与航空工程系）
本研究设计落塔试验评估3U可变形航天器非完整姿态控制的数值模型，优化关节驱动策略适配短微重力时长，验证模型精度并探讨轨道应用前景。
2025-10-02 astro-ph.IM cs.RO
Sun sensor calibration algorithms: A systematic mapping and survey
Aerospace Systems Design Laboratory, School of Aerospace Engineering, Georgia Institute of Technology（航空航天系统设计实验室，航空航天工程学院，佐治亚理工学院）
该研究针对太阳传感器校准受多重复杂不确定性影响、现有研究缺乏系统整合的问题，对多配置下的太阳传感器建模与校准算法进行系统梳理与全面综述，分析研究空白并给出未来方向建议。
2025-07-29 astro-ph.IM cs.CV
The Design of a Space-based Observation and Tracking System for Interstellar Objects
最近对穿越太阳系的星际天体1I/Oumuamua和2I/Borisov的观测为行星科学和行星防御提供了新的机会。作为第一个被证实起源于太阳系以外的天体，有无数的起源问题需要探索和讨论，包括它们来自哪里，它们是如何到达这里的，它们是由什么组成的。此外，还需要认识到，特别是如果这种星际物体经过地球，则有可能发生撞击的危险。具体来说，在Oumuamua的情况下，它在近日点之后被检测到，以大约0.2 AU的速度通过地球，估计相对于地球的额外速度为60公里/秒。如果没有足够的预警时间，与这种高速物体的碰撞可能对地球上的所有生命构成灾难性的危险。这些挑战强调了探测和探索系统对研究这些星际访客的重要性。探测系统可以包括具有天顶指向望远镜航天器的航天器星座。在探测到一个事件后，一个航天器群可以从地球上部署，飞越访问者。然后，飞越可以被设计为执行感兴趣的接近操作。这项工作的目的是开发算法，通过IDEAS（群的集成设计工程和自动化）架构设计这些群任务。具体来说，我们开发自动化算法来设计一个基于地球的探测星座和一个航天器群，在会合过程中生成详细的游客表面地图，以及他们的日心巡航轨迹。
2020-02-03 astro-ph.IM cs.NE cs.SY
Precise Pointing of Cubesat Telescopes: Comparison Between Heat and Light Induced Attitude Control Methods
立方体卫星正在成为进行天文学、系外行星搜索和地球观测的低成本工具。这些卫星可以连续数周瞄准一个物体进行科学观测。在使用时间共享的大型特派团，这通常是不可能的。为立方体卫星望远镜设计姿态控制系统的问题是非常具有挑战性的，因为目前选择的致动器，如反作用轮和磁力矩器，由于移动的机械部件和外部干扰，可能会引起航天器的抖动。这些望远镜可能包含低温泵和伺服系统，引入额外的振动。需要更好的解决方案。本文分析了利用太阳辐射压力和辐射力实现卫星精确姿态控制的可行性。我们的研究表明，辐射致动器是一种可行的方法，以实现精确指向。该设备使用8个不同温度的薄叶片放置在一个近真空室。这些腔室含有微量的轻质惰性气体，如氩气。叶片上的温度梯度导致气体分子不同地撞击叶片，从而产生力。通过控制这些力，就有可能产生一个扭矩来精确地指向或旋转航天器。我们提出了一个概念设计的立方体卫星，配备了这些执行器。然后，我们分析了潜在的回转机动和回转率可能与这些致动器通过模拟它们的性能。我们的分析和模拟结果指出了一个有前途的途径，为实验室测试这项技术和演示这项技术在太空中。
2017-01-26 astro-ph.IM
Optimal Attitude Control of Large Flexible Space Structures with Distributed Momentum Actuators
针对大型轻质柔性航天器结构振动模态频率落入姿态控制带宽影响性能的问题，提出分布式动量执行器的姿态控制方案，通过拓展控制带宽抑制抖动扰动，仿真验证其相比集中式配置可缩短调节时间、减小结构变形。
2024-11-01 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
The Pointing System of the Herschel Space Observatory. Description, Calibration, Performance and Improvements
我们提出的活动进行校准和校准的姿态控制和测量板上的赫歇尔航天器上的元素的性能。文中介绍了主要标定参数和指向性能指标的演变情况，从性能验证阶段的观测值到最近一年半的观测值，绝对指向误差在1角秒左右甚至低于1角秒，空间相对指向误差约为1角秒，指向稳定性低于0.2角秒。概述了在地面段为改进航天器指向测量而采取的行动。正在进行的和未来的发展对最终完善的赫歇尔天体测量也进行了总结。还简要介绍了姿态控制和测量系统的不同组成部分（空间部分和地面部分），以供参考。我们强调不同参与者（科学家、飞行动力学和系统工程师、姿态控制和测量硬件设计师、星体跟踪器制造商等）之间合作的重要性。以达到最终的性能水平。
2014-05-13 astro-ph.IM
Asteroid mining with small spacecraft and its economic feasibility
小行星采矿为人类文明至关重要的资源供应带来了革命性的可能性。初步分析表明，近地小行星（NEA）含有足够的挥发性和高价值矿物，使采矿过程在经济上可行。考虑到可能的应用，特别是在空间开采水，已成为近期备选方案的一个主要重点。大多数拟议的小行星采矿项目涉及基于传统设计的航天器，从而形成庞大、单一和昂贵的系统。本文提出了一种替代方法，即基于多个小型航天器的小行星采矿过程。据作者所知，只对小型航天器的小行星采矿能力进行了有限的分析。本文探讨了使用质量在500公斤以下的航天器进行小行星采矿作业的可能性，每次旅行运送100公斤水。所提议的小型航天器可以在相对于地球轨道的$\sim 0.03$天文单位范围内到达近地小行星，每次单程飞行的Δ V为437米/秒。一项高层次的系统工程和经济分析提供了一个封闭的航天器设计作为基线，并将拟议的航天器的成本定为1.136亿美元/个。结果表明，要达到财务收支平衡点，需要有100多个航天器并成功运行五年以上。使用小型航天器群的优点和缺点的突出和与空间相关的商业企业的成本和利润的不确定性进行了分析。
2019-06-24 astro-ph.IM
Attitude Control of the Asteroid Origins Satellite 1 (AOSAT 1)
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；United Launch Alliance (ULA)（联合发射联盟）
本文研究AOSAT 1的姿态控制系统，分析其在部署后消除航天器自旋扰动的方法，并评估其在航天器内移重心质（碎陨石）影响下的稳定性，以提升对小行星物理模型的理解。
2017-01-26 astro-ph.IM cs.SY eess.SY
Practical limits on Nanosatellite Telescope Pointing: The Impact of Disturbances and Photon Noise
精确和稳定的航天器指向是许多天文观测的要求。指向特别具有挑战性的纳米卫星，因为不利的表面积与质量比和成比例的大体积所需的即使是最小的姿态控制系统。这项工作探讨了在不受致动器精度或致动器引起的扰动（如抖动）限制的情况下，天体物理姿态知识和控制的局限性。外部干扰的原型6U立方体卫星建模和有限的传感知识计算从可用的恒星通量和把握的望远镜内的可用体积。这些输入集成使用模型预测控制方案。对于一个简单的测试情况下，在1赫兹，与85毫米望远镜和一个单一的11等星，可实现的身体指向预计为0.39弧秒。对于一个更一般的限制，整合可用的星光，可实现的姿态感测约为1毫角秒，这导致预测的身体指向精度为20毫角秒后，应用的控制模型。这些结果表明，在达到天体物理和环境极限之前，姿态传感和控制系统还有很大的改进空间。
2021-12-23 astro-ph.IM
FemtoSats for Exploring Permanently Shadowed Regions on the Moon
University of Arizona（亚利桑那大学）；SpaceTREx Laboratory（SpaceTREx实验室）
最近，空间探索的迅速发展是由于航天器上电子部件的加速小型化，这减少了卫星的质量、体积和成本。然而，进入空间仍然是一个遥远的梦想，因为对卫星的要求越来越复杂，空间交通也越来越多。行星际探索更加困难，低成本任务的可能性有限。所有这些因素使得CubeSats，入门级标准太昂贵，因此需要找到一个更好的方法.本报告中提出的解决方案是一个低质量，低成本，一次性解决方案，利用电子产品的最新进展，是相对容易集成：FemtoSats. FemtoSats是100克以下的航天器。FemtoSat概念基于启动一个群，其中主要任务在群成员之间分配。这意味着，如果一个失败了，蜂群可以取代它的位置，从而取代它，而不会危及整个任务。在本文中，我们探讨了实用的FemtoSats进行第一次探索和月球PSR的映射。该概念被认为是2020年NASA BIG竞赛的决赛选手。这是一个高风险、高回报任务的例子，其中失去一颗FemtoSat并不意味着任务处于危险之中，因为它发生在常规卫星任务中。
2020-12-15 astro-ph.IM cs.RO
