空间光网络技术-习题及答案 ch08星座设计方法.docx

第八章 星座设计方法 1. 简述在选择轨道高度时需要考虑什么因素? (1)地球大气层的影响。 若轨道高度选择较低，则大气层上部的氧原子将对卫星星体材料构成严重的威胁，直接影响卫星的寿命。同时存在大气阻力，特别是当轨道高度低于 700km时，大气阻力严重影响轨道参数，缩短卫星寿命:当轨道高度大于 1000km 时，才可以忽略大气阻力对卫星寿命的影响。 (2)辐射带的影响。 在距离地球表面高度1500~5000km和13000~20000km范围内，存在着由带电粒子组成的高能粒子带，即辐射带。辐射带的电磁辐射对卫星星体材料和星上设备构成了严重的威胁，卫星的轨道高度一般要远离这个范围，否则会对卫星进行抗辐射加固，增加卫星的设计复杂度和成本。因此，轨道高度应尽量避免选在辐射带中，使卫星在设计的寿命期间可以正常工作。 基于以上两点，一般选择的卫星轨道高度有三个窗口，1000km 上下、10000km 上下和20000km以上。例如ridium系统的高度为780km辐射带及典型卫星星的轨道分布如图8-4所示。 (3)周期因素。为了便于卫星在运行过程中的跟踪定位，以及简化星座对地面覆盖的控制，卫星周期应尽量与恒星日成正比，使卫星每隔一天或数天在同一时刻通过同一地点的上空。因为卫星运行周期是轨道高度的函数，所以在轨道选择高度时必须考虑周期因素。 (4)空间碎片。 四十多年来，人类进行的空间发射超过 4000 次，目前可被地面观测设备观测并测定其轨道的空间物体超过9000多个，其中只有6%是仍在工作的航天器，其余都是被称为太空垃圾的空间碎片。空间碎片按尺寸大小可分为:@直径大于 10cm 的大碎片，基本上可由地面光学望远镜和雷达等常规性仪器探测追踪并予以编目;@直径介于1至10cm之间的中尺度碎片,一般很难追踪和分类，但这类碎片有可能引起灾难性的事件，一般称为危险碎片:3直径小于 1cm 的碎片，称为微碎片或小碎片，碎片越小，数量越多。随着航天事业的发展，空间碎片与日俱增，滞空时间相当漫长，碎片之间相互碰撞或爆炸又会产生新的、体积更小的空间碎片。 2.简述空间碎片的主要来源有哪些？ 1.失效的航天器 2.不再工作的火箭箭体 3.卫星在发射或工作时抛弃的物体。 4.空间物体爆炸或碰撞生成的碎片。 5.从飞行器表面脱落的物质，如涂层等泄漏的物质，如核能源的冷却剂等 6.固体火箭工作时喷出的固体颗粒等 3.简述卫星的分类有哪些？ (1)低轨道卫星:h5000km，周期小于4小时，称为LEO(Low EarthOrbit)卫星(2)中轨道卫星:5000kmhmax20000km周期T约为8.12小时，称为MEO(Medial EarthOrbit)卫星。 (3)高轨道卫星:h20000km，周期T大于12小时 若按轨道倾角i的大小分，卫星可分为三类。 (1)赤道轨道卫星:i=0°，轨道平面与赤道平面重合。 (2)极轨道卫星:i=90°，轨道平面穿过地球的南北两极，即与赤道平面垂直。 (3)倾斜轨道卫星:0°i90°，轨道平面倾斜于赤道平面。 若按卫星的运转周期，卫星通常又可分为如下类型。 (1)同步卫星:运转周期T=24N恒星时，轨道的半长轴a=42164.6km。 (2)准同步卫星:T=24/N或24N恒星时(N=2，3，4，5，···)。 (3)非同步卫星:T+24N或24/N、24N 恒星。 4.简述对地斤止卫星的主要优点有哪些？ 1.地球站天线易于保持对准卫星，不需要复杂的跟踪系统。 2通信连续，不必频繁更换卫星。 3多普勒频移可忽略。 4对地面的视区面积和通信覆盖区面积大，自然对地静止轨道上的一颗卫星可覆盖全球面积的 42.4%，便于实施广播和多址联结。 5.轨道的绝大部分在自由空间中，工作稳定，通信质量高。 主要缺点是:卫星的发射和在轨监控的技术复杂;传输损耗和传输时延都很大(人工低高度对地静止轨道能有效克服);两极附近有盲区;有中断和星蚀现象:自然对地静止轨道只 有一条，能容纳的卫星数量有限;在战时易受敌方干扰和摧毁。对地非静止卫星的优缺点大体与此相反。各条轨道上的空间光网络具有各自的优点，但其固有的缺陷限制了进一步的应用。因此，综合各类卫星的优势建立多层空间光网络以获得更佳的传输质量、传输速率显得非常必要。 5.简述针对圆轨道的卫星星座参数主要有哪几个？ 1星座的卫星数量。 2星座的轨道平面数量。 3星座的轨道平面的倾角。 4不同轨道平面的相对间隔。 5每个轨道平面拥有的卫星数。 6同一轨道平面内卫星的相对相位。 7相邻轨道平面内星的相对相位。 8每颗卫星的轨道高度。 星座参数选择是否最优，主要通过覆盖分析及链路连通性分析进行比较，选择最优的星座。对上述星座参数性能的分析，可以采用专用的卫星通信工具 STK 仿真软件进行。