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欧洲空间态势感知计划概述
黄丽
【期刊名称】《外军信息战》
【年(卷),期】2012(000)006
【摘要】地球空间存在的各种碎片对军事/民用空间资产构成了潜在威胁。
目前，欧洲并不具备系统性的空间监视能力。
为此，欧洲空间局启动了一项“空间态势感知计划”（SSA）。
本文对欧洲态势感知计划的项目阶段，研究领域进行了简要概述，并针对其中的空间监视雷达演示样机及微型雷达样机进行了详细阐述。
【总页数】6页(P13-18)
【作者】黄丽
【作者单位】中国电子科技集团公司第14研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P9
【相关文献】
1.临近空间平台光电探测系统在空间态势感知中的应用 [J], 徐蓉;门涛;张荣之
2.面向态势感知的网络空间态势本体模型研究 [J], 刘靖旭; 郭建星; 宋留勇
3.网络空间安全态势感知与安全控制问题探讨
——评《网络空间安全体系能力生成、度量及评估理论与方法》 [J], 邵野
4.战场感知与认知:网络空间安全态势感知的建立方法 [J], 尚雅玲;胡昌振
5.美空军:“空间态势感知”改叫“天域感知” [J],
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空间数据系统咨询委员会的专业领域及其发展综述黄薇;张乐【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】8页(P72-79)【作者】黄薇;张乐【作者单位】北京空间科技信息研究所;北京空间科技信息研究所【正文语种】中文空间数据系统咨询委员会（CCSDS）致力于空间数据系统的标准化，以促进空间机构之间地面与空间资源的共享，降低任务开发与集成成本。
经过30多年的发展，CCSDS已经发展成为该领域事实上的标准化组织，所开发的标准得到广泛认可与应用。
在此，对CCSDS的专业领域以及近期技术发展动态进行介绍与分析。
CCSDS成立于1982年，致力于解决空间数据系统开发与操作过程中的共性问题，通过采用通用功能取代任务专用设计来降低开发费用；促进空间机构之间的互操作和互支持，通过共享设施来降低操作费用。
经过30余年的发展，CCSDS已经有11个正式成员、29个观察员，涵盖了国际上所有重要空间机构。
CCSDS与其他相关国际组织保持着紧密的合作关系。
CCSDS行使国际标准化组织（ISO）下属航空航天标准化技术委员会的第13分技术委员会—空间数据与信息传输系统标准化分技术委员会（ISO/ TC20/SC13）的职能，目前已经有28份CCSDS建议书被直接转换为国际标准化组织标准。
机构间操作指导组（IOAG）在交互支持领域的顶层规划是CCSDS标准化工作的重要指导性输入。
欧洲空间标准化合作组织（ECSS）、美国航空航天学会（AIAA）等国家或区域标准化组织也与CCSDS相互协调，保持相互之间的标准兼容性；AIAA还为CCSDS提供了秘书处支持。
此外，CCSDS还积极关注对象管理组织（OMG）、国际互联网工程任务组（IETF），国际互联网研究任务组（IRTF）的工作成果，积极采纳其开发的商业标准。
目前，CCSDS已经建立了比较完整的标准体系，发布了近90本规范性建议书，涉及空间段及地面段的信息传输、信息接口、信息安全、信息交换和信息处理等。
㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀２６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３１卷㊀第６期㊀２０２２年１２月中国空间站建设系统方案特点与展望王翔㊀张峤㊀王为(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀１０００９４)摘㊀要㊀空间站作为长期在轨飞行的载人空间飞行器,是一个国家科技实力的综合体现.建造中国空间站是我国载人航天工程三步走发展战略的最终目标.文章从设计原则㊁总体方案㊁建造过程和系统功能设计等方面介绍了中国空间站建设的设计方案,在此基础上分析并总结了中国空间站在设计理念先进㊁新技术比重大㊁建造费效比优㊁驻留安全高效等方面的技术特点,最后探讨了中国空间站面向未来的应用和发展方向.关键词㊀空间站;系统方案;技术特点;展望中图分类号:V ４７６ １㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ００５S y s t e mC h a r a c t e r i s t i c s a n dP r o s p e c t o fC h i n a S pa c e S t a t i o n WA N G X i a n g㊀Z H A N G Q i a o ㊀WA N G W e i (B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a )A b s t r a c t :A s am a n n e d s p a c e c r a f t o p e r a t i n g i no r b i t f o r a l o n g t i m e ,t h e s p a c e s t a t i o n e m b o d i e s a c o u n t r y s s c i e n t i f i c a n d t e c h n o l o g i c a l s t r e n g t h c o m p r e h e n s i v e l y ．B u i l d i n g t h eC h i n a S pa c e S t a t i o n (C S S )i st h eu l t i m a t et a r g e to ft h et h r e e Ｇs t e p d e v e l o p m e n ts t r a t e g y o fC h i n a M a n n e d S pa c e (C M S )P r o g r a m．I n t h i s p a p e r ,s y s t e md e s i g no fC S S i s i n t r o d u c e d i n t e r m s o f i t s d e s i gn p r i n c i Ｇp l e s ,s y s t e ms c h e m e ,b u i l d i n g p r o c e s s ,a n d f u n c t i o n d e s i gn ．O n t h i s b a s i s ,f o u r t e c h n i c a l c h a r a c Ｇt e r i s t i c s o f C S S ,i n c l u d i n g t h e a d v a n c e d d e s i g n c o n c e p t ,t h e l a r g e p r o p o r t i o n o f n e wt e c h n o l o gi e s ,t h e e x c e l l e n t c o s t Ｇe f f e c t i v e n e s s r a t i o ,a n d t h eh i g hs a f e t y a n de f f i c i e n c y of t h e c r e w s r e s i d e n c e ,a r e a n a l y z e d a n d s u mm a r i z e d ．F i n a l l y ,t h e f u t u r e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f C S S i s d i s c u s s e d ．K e y w o r d s :s p a c e s t a t i o n ;s y s t e ms c h e m e ;t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ;p r o s p e c t 收稿日期:２０２２Ｇ０９Ｇ０７;修回日期:２０２２Ｇ１２Ｇ０９基金项目:中国载人航天工程作者简介:王翔,男,博士,研究员,中国载人航天工程空间站系统总指挥,从事载人航天器总体设计与研制工作.通讯作者:张峤,男,博士,高级工程师,空间站问天实验舱总体主任设计师,从事载人航天器总体设计与研制工作.E m a i l :z h a n g qi a o _b i t ＠h o t m a i l ．c o m .㊀㊀载人航天技术是世界航天的发展热点之一,不仅能反映一个国家航天技术的发展水平,而且成为衡量一个国家经济㊁技术和军事力量以及综合国力的一个重要标志.我国的载人航天工程于１９９２年立项,采用 三步走 的发展战略方针,建造空间站正是该战略方针最终目标[１].空间站的建成和运营将使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术,具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验能力,能够综合开发利用太空资源的国家,为人类和平利用太空作出开拓性的贡献.２０１０年９月,中国载人空间站工程正式立项实施[２].经过１１年的不懈努力,２０２１年４月２９日,天和核心舱在海南文昌航天发射场由长征五号B 运载火箭成功发射入轨,拉开了我国载人空间站建造的大幕,标志着我国载人空间站工程进入任务实施阶段[３].按计划,从２０２１年至２０２２年,通过１１次发射及在轨飞行任务,我国将完成空间站的组装建造,转入正式运营阶段.截至目前,国外先后发射并进入太空运行的空间站包括苏联礼炮号,美国 天空实验室 ,苏联和平号空间站,以及由美俄为首㊁１６个国家参与建造的 国际空间站 [４Ｇ６].我国天宫空间站的建设运行,将使我国成为继苏联/俄罗斯㊁美国之后第三个独立建设运行空间站的国家.１㊀任务目标天宫是一个具有浓郁中国特色的词汇,寄托着中华民族对于广袤太空的无限遐想.中国空间站取名为天宫,表明它是一个长期稳定运行的 太空母港 ,可为在轨乘组提供舒适的驻留保障,可持续开展空间科学研究及技术试验探索,也可为来访飞行器提供必要的服务支持.通过天宫空间站的建设,我国将在特殊的太空环境中搭建起有人参与的科学探索与技术创新国家级太空实验室,航天员和科学家将经常往来于天地之间,开展大规模的空间科学实验和技术试验,进一步推动我国创新型国家建设,显著提升我国在国际科学技术领域的影响力.天宫空间站的建设任务目标包含以下三个方面[７]:(１)建造以天和核心舱㊁问天实验舱和梦天实验舱为基本构型,长期在轨可靠运行的空间站;(２)为航天员长期在轨健康生活㊁有效工作提供保障,并在其他系统配合下,保证访问空间站航天员的安全;(３)为开展多领域空间科学实验与技术试验提供保障和支持条件.２㊀系统方案设计作为世界上第三座多舱段在轨组装建造空间站,天宫空间站在系统设计上充分借鉴了和 平号 空间站和国际空间站的经验教训[８Ｇ９],坚持立足我国基本国情,秉持规模适度㊁安全可靠㊁技术先进㊁系统优化㊁经济高效的理念,充分利用我国载人航天前期技术基础,着力发挥后发优势,走出一条独立创新的跨越式发展道路.２ １㊀设计原则天宫空间站的设计遵循以下原则:(１)符合中国国情,有所为㊁有所不为,规模适度,留有发展空间;(２)具有突出的中国元素和核心内涵;(３)追求技术进步,充分采用当代先进技术建造和运营空间站,全面掌握大型空间设施的建造和在轨操作能力;(４)注重应用效益,在空间站应用领域取得重大创新成果;(５)追求运营经济性,走可持续发展的道路.２ ２㊀总体方案综合考虑载人飞船的发射场㊁着陆场地理位置以及返回的回归轨道,天宫空间站运行在轨道倾角４１ʎ~４３ʎ,轨道高度３４０~４５０k m的近地轨道上.其设计寿命大于１０年,额定乘员３人,乘组轮换时可达６人.天宫空间站由天舟货运飞船负责运送推进剂㊁设备载荷和其他物资消耗品,并负责下行销毁废弃物的任务.载人运输任务则由神舟飞船负责.天宫空间站由天和核心舱㊁问天实验舱和梦天实验舱三个基本舱段组成,呈T字构型.天和核心舱居中,问天实验舱和梦天实验分别连接于两侧,如图１所示.天宫空间站设置有前向㊁后向和径向３个对接口.前向对接口主要用于对接载人飞船和巡天空间望远镜,后向对接口主要用于对接货运飞船,径向对接口主要用于对接载人飞船[１０].图１㊀天宫空间站构型图示F i g １㊀C o n f i g u r a t i o nd i a g r a mo fT i a n g o n g s p a c e s t a t i o n天宫空间站以三舱构成完整的系统进行统一设计,整体构型设计借鉴了 和平号 空间站 积木组装 式的构型特点.为了避免 和平号 空间站各舱段间太阳电池翼遮挡严重的问题,整站长期飞行采取三舱布置在同一平面,减少了舱段间的舱体相互遮挡.两个实验舱构型㊁质量特性基本一致,在 T 字构型中呈横向对置,再结合每个实验舱近２０m的结构长度,形成了类似 国际空间站 的桁架结构.实验舱大面积太阳电池翼布局于整体构型的两侧,同时配置双自由度驱动机构,使太阳电池翼能够随时与太阳光线垂直,保证发电效率始终保持在最高状态.７２㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望２ ３㊀建造过程天宫空间站三舱基本构型采用空间交会对接和在轨舱段转位的方式完成建造,如图２所示.组装建造可分为如下五个步骤:(１)第一步,发射天和核心舱,在载人飞船㊁货运飞船的配合下进行空间站组装建造的关键技术在轨验证;(２)第二步,发射问天实验舱,与天和核心舱前向对接口交会对接,形成 一 字形两舱组合体;(３)第三步,在梦天实验舱发射前,将问天实验舱由天和核心舱前向对接口在轨转位至I V 象限停泊口,形成 L形两舱组合体;(４)第四步,发射梦天实验舱,与天和核心舱前向对接口交会对接,形成 ┠ 字形三舱组合体;(５)第五步,将梦天实验舱由天和核心舱前向对接口在轨转位至I I 象限侧停泊口,形成 T 形三舱组合体,完成天宫空间站基本构型建造.图２㊀天宫空间站组装建造过程图示F i g ２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f a s s e m b l y of T i a ng o n g s pa c e s t a t i o n ２ ４㊀系统功能设计２ ４ １㊀控制及推进系统设计天宫空间站姿态控制采用控制力矩陀螺(C MG )控制和发动机喷气控制两种方式,以C MG 控制为主,喷气控制为辅.综合考虑舱段构型布局和维修性设计,天和核心舱与问天实验舱各配置１套C M G (每套６个,共１２个),分别布置在舱外和舱内,如图３所示.通过不同飞行姿态对角动量控制的针对性需求,规划C MG 按照１套开机或２套同时开机进行工作.天宫空间站设计有对地定向飞行㊁惯性飞行㊁力矩平衡正向飞行３种正常情况下的飞行姿态.综合考虑太阳翼发电效率和姿控推进剂消耗,单舱和两舱组合体飞行期间主要采用惯性飞行姿态,三舱组合体飞行期间主要采用力矩平衡正向飞行姿态.对地定向飞行姿态由于推进剂消耗较大,主要在交会对接等特定任务中使用.在力矩平衡正向飞行姿态下,天宫空间站利用重力梯度力矩实现C MG 角动量卸载,既可避免发动机喷气带来的姿控推进剂消耗,又可合理地规划发动机使用策略,避免其寿命过度使用.图３㊀天宫空间站上的C MGF i g ３㊀C MG s o nT i a n g o n g s pa c e s t a t i o n 为了实现天宫空间站在轨长期运行,在天和核心舱配置了推进剂补加系统,接受由天舟货运飞船所携带的推进剂.补加系统采用基于膜盒贮箱和增压气体复用的推进补加方案,配置了长寿命高可靠压气机,实现了增压气体的重复利用.在天和核心舱前㊁后向对接机构均配置了补加接口,保证了货运飞船在天和核心舱前向对接口或后向对接口对接时均可为天宫空间站补加推进剂,提高了任务的可靠性.另外,当巡天空间望远镜等来访飞行器在天和核心舱前向对接口停泊时,停泊在后向对接口的货运飞船可过路天宫空间站为巡天空间望远镜和其他８２㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀来访飞行器跨舱提供推进剂补加.此外,天宫空间站在天和核心舱上配置有的中功率(０ ５~１０k W )霍尔电推进系统,作为化学推进系统的补充.霍尔电推进系统包括４台８０m N 霍尔推力器和２个贮气模块,推力器的工质为氙气,贮气模块可通过机械臂在轨更换.这是国际上首次应用电推进系统用于辅助开展空间站的轨道维持,是天宫空间站在推进技术方面的一项重要创新(如图４所示).电推进系统可减缓空间站轨道衰减速度,还可为空间站节省化学推进剂,减轻了货运飞船补给运输的压力.图４㊀电推进系统试车照片F i g ４㊀T e s t i m a g e s o f e l e c t r i c p r o p u l s i o n s ys t e m ２ ４ ２㊀能源系统设计为提升发电能力,天宫空间站配置了大面积柔性太阳翼作为发电设备,采用转换效率３０％的三结砷化镓电池片以及先进的锂离子蓄电池.天和核心舱太阳翼单翼展开长度１２ ６m ,采用单自由度驱动机构驱动(如图５所示).问天和梦天实验舱太阳翼单翼展开长度２７m ,阵面面积超过１１０m ２,采用双自由度驱动机构驱动,太阳翼可在轨收拢和展开,支持在轨维修和更换.天宫空间站采用标准１００V 母线体制,各舱之间通过并网统一供电,可向停靠的载人飞船和货运飞船提供一定功率的电能.两个实验舱之间还可实现能源动态调配,为所需舱段的科学实验载荷用电提供支持.图５㊀天和核心舱太阳翼在轨展开图示(在轨任务图片)F i g ５㊀O n Ｇo r b i t u n f o l d i n g o f s o l a r a r r a y s o n T i a n h e c o r em o d u l e (o n Ｇo r b i tm i s s i o n)天宫空间站形成T 字形三舱组合体后,天和核心舱太阳翼容易被实验舱的舱体和太阳翼遮挡,发电效率降低.通过将天和核心舱太阳翼收拢㊁拆卸㊁转移到两个实验舱尾部,可拓展整站的发电能力(如图６所示).该任务是在舱外两个机械臂的组合使用下,通过多次航天员出舱活动完成的,将充分展现天宫空间站对于舱外大型设备转移㊁再建的扩展能力.图６㊀天和核心舱太阳翼转移安装后构型F i g ６㊀C o n f i gu r a t i o na f t e r t r a n s f e r a n d r e i n s t a l l a t i o n o f s o l a r a r r a ys o fT i a n h e c o r em o d u l e ２ ４ ３㊀载人环境系统设计天和核心舱与问天实验舱均配备了全套再生生保系统和非再生生保系统,梦天实验舱配备了简化的非再生生保系统.核心舱再生式生保系统负责整站载人环境控制,非再生设备作为辅助;问天实验舱再生生保系统作为载人环境控制的系统级备份.天宫空间站再生生保系统采用物理化学再生方式[１１],包含了电解制氧㊁微量有害气体去除㊁C O ２去除㊁水处理㊁尿处理㊁C O ２还原６个子系统.电解制氧系统提供航天员生活所必须的O ２.C O ２去除系统可将人体产生的C O ２经可再生吸附剂吸附并利用舱外真空热解吸[１２].针对不同的微量有害气体,采用化学吸收㊁物理吸附㊁常温催化氧化和高温催化氧化等手段去除[１３];再生吸附装置通过真空热解吸将大部分微量有害气体排到舱外,实现吸附剂再生.人体尿液经尿处理系统蒸馏后生成尿蒸馏水,再与舱内收集的冷凝水一同经水处理系统处置.水质可以满足航天医学饮用水要求和电解制氧用水要求.在空间站建造及运营阶段,通过C O ２还原系统,将从C O ２去除系统中收集㊁浓缩后的C O ２与电解制氧的副产物H ２反应生成C H ４和水,经水处理系统９２㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望净化后再用于补充航天员饮水,进一步提高生命保障系统的物质闭环程度,降低对在轨驻留消耗品的补给需求.经在轨数据综合评估,舱内的氧气和水基本实现了不依赖地面上行,极大地减轻了货运飞船补给运输的压力.２ ４ ４㊀机械臂系统设计天宫空间站在天和核心舱配置１个７自由度大机械臂,作业半径为１０m ,最大负载２５t ,在问天实验舱配置１个７自由度小机械臂,作业半径为５m ,最大负载３t (如图７所示).两个机械臂均配置了丰富的视觉测量㊁关节力矩㊁末端力传感器,可独立㊁组合或协同使用,完成舱段转位㊁辅助航天员出舱㊁舱外货物转移㊁舱外载荷照料㊁悬停捕获来访飞行器等复杂在轨任务[１４].大机械臂主要负责大负载大范围转移,小机械臂主要负责小负载精细化操作,组合臂主要执行航天员或舱外载荷的大范围操作任务.双臂组合后作业半径可达１５m.图７㊀天宫空间站机械臂(在轨任务图片)F i g ７㊀R o b o t i c a r mo fT i a n g o n g s pa c e s t a t i o n (o n Ｇo rb i tm i s s i o n)㊀㊀大小机械臂均具有重定位能力,形象地说就是能头尾互换地进行 爬行 .天宫空间站舱体表面安装了多个机械臂适配器,在它们的配合帮助下两根机械臂可以在舱体表面灵活移动,大大扩展了任务灵活性和活动范围.２ ４ ５㊀出舱活动设计出舱活动是保障空间站长期可靠运行,完成舱外组装建造和舱外作业,开展舱外载荷操作的必要手段.天和核心舱节点舱和问天实验舱专用气闸舱均支持航天员出舱活动.天和核心舱单舱飞行期间利用节点舱出舱;问天实验舱对接后,使用专用气闸舱出舱,节点舱作为备份,如图８所示.此外,安装在空间站舱外的设备(含舱外载荷)则通过梦天实验舱货物气闸舱实现自动出舱,如图９所示.该项功能有效的减少了航天员的出舱次数,提高了舱外作业效率,进一步保证了航天员的安全.图８㊀航天员出舱场景(在轨任务图片)F i g ８㊀S c e n a r i oo f c r e w m e m b e r e x i t i n g th e m o d u l e (o n Ｇo r b i tm i s s i o n)０３㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀图９㊀货物专用气闸舱图示F i g ９㊀S p e c i a l a i r l o c km o d u l e f o r c a r g o２ ４ ６㊀组装建造设计天宫空间站的组装建造任务主要由交会对接和舱段转位实现.在空间站运营阶段,通过航天员出舱活动,将天和核心舱太阳翼转移至问天实验舱和梦天实验舱尾部桁架安装,扩大空间站的发电能力.１)交会对接天和核心舱具备接纳从８t量级载人飞船到２３t 量级实验舱等多种飞行器交会对接的能力.交会对接方式包括前向㊁后向和径向,对接轨道高度为３９３ʃ１０k m.根据来访飞行器的不同任务特点,交会对接时长可持续１~５天不等.交会对接以自动控制模式为主,为提高飞行任务的可靠性,天和核心舱还配置了手控遥操作交会对接设备.在最后的平移靠拢段,核心舱内的航天员可通过观测实时图像操作控制手柄,对实验舱㊁货运飞船㊁巡天空间望远镜等飞行器进行遥控对接,如图１０所示.图１０㊀天和核心舱与天舟货运飞船手控遥操作对接在轨试验(在轨任务图片)F i g １０㊀M a n u a l r e m o t e c o n t r o l d o c k i n g t e s t b e t w e e n T i a n h e c o r em o d u l e a n dT i a n z h o u c a r g o s p a c e s h i p(o nＧo r b i tm i s s i o n)㊀㊀实验舱采用了 n圈＋６脉冲 的全相位快速交会对接方案,如图１１所示,在天地协同模式下,首次使用了通过地面制导软件计算快交策略并注入执行的飞行控制策略.通过预留 n圈 的大相位追及圈次,可实现实验舱对核心舱组合体３６０ʎ全相位追踪.问天实验舱于２０２２年７月２４日发射入轨后,自主实施６次快交脉冲后准确转入自主控制阶段,共计用时１３h完成与核心舱组合体交会对接,实现了世界首次２３吨级追踪飞行器的快速交会对接任务.实验舱柔性太阳翼长２７m,采用二次展开方案,对接前展开约６ ５m,动力学特性满足交会对接控制要求;对接后太阳翼全展开,动力学特性满足天１３㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望宫空间站长期在轨控制精度要求.该策略在梦天实验舱飞行任务中再次得到应用验证.图１１㊀实验舱快速交会对接策略图示F i g １１㊀F a s t r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g s c h e m e o f e x pe r i m e n tm o d u l e ㊀㊀２)舱体转位通过舱段转位技术,将问天实验舱和梦天实验舱转位至节点舱侧向停泊口,实现天宫空间站三舱组合体的组装建造,如图１２所示.梦天实验舱发射前,将问天实验舱由节点舱前向对接口转位至I V象限停泊口永久停泊.梦天实验舱与核心舱对接后,将梦天实验舱由节点舱前向对接口转位至I I 象限停泊口永久停泊.问天实验舱与梦天实验舱分别于２０２２年９月３０日和１１月３日完成转位任务,空间站T 字基本构型建造完毕.图１２㊀天宫空间站舱段转位示意图F i g １２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo fm o d u l e t r a n s f e r r i n g天宫空间站舱段转位任务以转位机构转位为主份,大机械臂转位为备份.转位机构转位实验舱期间,大机械臂在核心舱待命,通过臂上摄像机对转位过称进行全程监视,同时具备实时备份接手的条件.与和平号空间站采用 翻转式 转位模式不同,天宫空间站采用 平转式 转位方案,即实验舱与核心舱始终处于一个平面内,如图１３所示.这种转位模式既有利于实验舱舱外天线和敏感器在不同飞行剖面中的统一化配置及综合利用,也有利于空间站长期在轨飞行的测控覆盖.为保证转位过程整站姿态漂移小,转位过程采用重力梯度被动稳定控制.图１３㊀转位机构转位实验舱全过程示意图F i g １３㊀W h o l e p r o c e s s o f e x p e r i m e n tm o d u l e t r a n s f e r r i n g b y t r a n s f e r r i n g m a n i pu l a t o r ３㊀技术特点及先进性总体来看天宫空间站技术特点主要体现在设计理念先进㊁新技术比重大㊁建造费效比高㊁驻留安全高效等４个方面.３ １㊀设计理念先进,系统架构优化天宫空间站充分发挥了由我国一国独立研制的优势,在设计之初就高度重视系统层面的设计架构和技术体制,坚持 １＋１＋１＝１ 的设计理念,重点突出系统顶层设计,实现三舱间系统融合㊁接口匹配.在产品实现层面,各分系统采用相同的研制规范,统２３㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀一制定了元器件选用要求㊁原材料选用要求㊁通用计算机选用要求等规范性技术文件.分系统针对三舱功能制定产品配套,产品通用化率大于８０％.形成组合体后,原本独立的三舱形成一个有机的整体,在天和核心舱的同一管理下,各舱段的控制系统㊁能源系统㊁信息系统㊁热控及载人环境系统跨舱互联,协同工作.例如,在舱段间进行千瓦级大功率供电调配的同时,将舱段间的热控流体回路连通,实现千瓦级热量的跨舱传输,均衡各舱段热控辐射器的散热能力.同时,整站充分利用了快速发展的先进信息网络技术,实现了舱段间资源的高效融合使用,提高了空间站整体能力和系统可靠性.例如,当天和核心舱的控制系统㊁能源系统㊁信息系统或载人环境系统出现异常且短时间内不可修复时,天宫空间站可自动将控制权切换至问天实验舱,保证在轨任务可靠执行.此外,天宫空间站与神舟载人飞船和天舟货运飞船的技术体系也保持一致,使得神舟载人飞船和天舟货运飞船与天宫空间站对接后也能构成有机整体,参与组合体的管理.例如,天宫空间站的计算机可控制天舟货运飞船的发动机进行组合体轨道和姿态控制,也可通过天舟货运飞船的中继天线下行百兆高速数据.天宫空间站既可对神舟载人飞船㊁天舟货运飞船㊁巡天空间望远镜等来访飞行器进行并网供电,也可接受天舟货运飞船的反向供电支持.天宫空间站既可对神舟载人飞船提供热支持,也可接受神舟飞船内的产品对其进行辅助除湿.３ ２㊀新技术比重大,智能化程度高１)新技术应用我国是在经过空间实验室阶段任务,突破了交会对接等关键技术的基础上,经充分地面试验验证,引入新技术进行天宫空间站的组装建造,走出了一条稳健的跨越式发展道路.新技术比重大是天宫空间站的显著特征,其采用的空间机械臂技术㊁物化式再生生保技术㊁大面积柔性太阳翼技术等均为我国首次在轨应用的全新技术,应用难度大㊁研制风险高.针对新技术应用带来的在轨飞行任务风险,天宫空间站按照逐步开展㊁稳步推进的策略开展研制,逐级提高技术成熟度.在天和核心舱发射入轨后,专门设置了关键技术在轨验证阶段,为期约１年时间.在神舟载人飞船和天舟货运飞船的配合下,利用天和核心舱对后续空间站组装建造的关键技术进行全方位在轨验证,特别是对存在较大天地差异㊁无法通过地面测试试验全面验证的关键技术进行在轨验证.例如,通过核心舱太阳翼㊁大机械臂在轨测试验证,为问天实验舱所携带的实验舱太阳翼㊁对日定向装置㊁小机械臂等复杂产品的研制提供了充足的在轨数据支持,为后续在轨操作提供了详实的测试方案㊁协同程序㊁飞控策略.新技术比重大也是天宫空间站充分利用后发优势实现新技术应用的具体体现.得益于近年来信息技术的飞速发展,天宫空间站充分利用先进信息网络技术来提升平台能力.基于我国第二代中继卫星的天地链路传输速率达到１ ２G b i t/s,为 国际空间站 的２倍.通过高速以太网为科学实验载荷直接提供服务系统,既能满足载荷数据传输的高性能要求,又为地面技术向在轨航天器移植提供了极大的便利.２)智能化水平天宫空间站从设备及系统层面均体现了较高的智能化程度.例如,通过设置无线W iＧF i网络及语音图像系统,航天员可使用智能手机㊁平板电脑对生活家居及在轨物资进行智能化管理.整站配置了压力泄漏检测系统,当密封舱失压时自动报警,根据失压等级提醒航天员采取堵漏㊁隔离等措施.当整站出现供电能力下降㊁推进剂泄漏㊁辐射器泄漏等紧急重大故障时,通过高性能计算机系统实现故障自主诊断,自动隔离危险源,进行安全性处置.３)数字化建设天宫空间站从方案设计阶段开展,全面应用数字化技术,实现了三维设计㊁三维出图㊁三维图纸下厂㊁数字化制造㊁无纸化总装和检验㊁数字化质量确认,实现了从产品设计到研制㊁验收的全面数字化,大幅度提高了工作效率.通过全面开展了数字仿真工作,研制人员针对天宫空间站的建模仿真技术取得了长足发展[１５Ｇ１６].突破地面试验条件限制,将数字仿真和物理试验相结合,完成了空间站机械臂㊁柔性太阳翼㊁出舱活动任务㊁舱段转位任务等地面验证,利用单机物理试验修正仿真模型,利用仿真模型实现系统级的任务仿真验证.基于M B S E技术建立了数字空间站,在飞行任务期间实时数据驱动伴飞,预测整站健康趋势,并利用数字空间站对出舱活动㊁舱段转位㊁组合体运行㊁机械臂操作等任务进行仿真验证和专业技术支持.在工程总体协调和支持下,数字空间站功能将集合载人船㊁货运飞船㊁空间应用系统的仿真模型,实现全功能数字空间站.３３㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望。
公示材料一、基本信息中文空间科学及其应用标准体系研究和重要标准制定项目名称英文Studies on Standard System and Important Standards of Space Scienceand Application成果申报等级☑一等奖□二等奖□三等奖同意调级主要完成人闫涛、刘雪涛、顾逸东、王明芳、李春来、康琦、张东和、宋黎明、庄逢源、张玉涵主要完成单位北京市标准化研究院、中国科学院空间应用工程与技术中心推荐单位(盖章)北京市市场监督管理局奖项的主要项目来源☑国家级□省部级□其他具体计划、基金的名称和编号：质检公益性行业科研专项“空间科学及其应用标准体系研究和重要标准制定”项目编号：200910251成果的主要项目起止时间起始： 2010-1完成：2014-1组织验收/鉴定单位原国家质量监督检验检疫总局成果登记号G2014-334成果登记时间2014年4月22日二、奖项简介（主要技术内容、技术指标、创新点、授权知识产权情况、应用推广及取得的经济、社会效益等；限1页）空间科学是世界范围内标志先进科技文化的新兴领域，不仅涉及重大科学基础前沿问题，也对国防、经济、社会、科技等有着重大的意义。
本项目研究主要面向我国重大空间项目包括载人航天、月球探测、科学卫星等任务急需，研究空间科学及其应用标准体系结构框架、层次及覆盖范围，制定空间科学及其应用标准体系表，同时开展重要顶层的基础通用标准研究。
本项目共取得了四个方面项目成果：（一）《空间科学及其应用标准体系研究报告》；（二）《空间科学地面应用系统标准体系研究报告》；（三）国家标准《空间科学及其应用术语（第1～7部分）》分别为：基础通用、空间物理、空间天文、月球与行星科学、空间生命科学和生物技术、航天医学、微重力科学；（四）国家标准《空间科学实验项目实施流程》。
本项目的创新点在于：首创我国空间科学及其应用两大标准体系，为本领域的标准化提供了总体框架和发展蓝图；准确界定了空间科学与原生领域、学科之间的交叉，把握领域十分广泛的空间科学学科分类以及相关科技内涵，保证了标准体系的科学性、完整性，结构与层次的合理性，提出了具有创新性实用性的顶层标准建议；研究制定的八项国家标准是我国空间科学及其应用领域的必要基础标准，是与国际接轨的重要突破。
第48卷㊀第3期2022年6月空间控制技术与应用Aerospace Control and ApplicationVol.48㊀No.3Jun.㊀2022http //㊀acabice@引用格式:王典军,武冠群,韩璐,等.美国GSSAP 卫星观测模式分析与研究[J ].空间控制技术与应用,2022,48(3):22-28.WANG DJ ,WU G Q ,HAN L ,et al.Analysis and research on GSSAP observation [J ].Aerospace Control and Application ,2022,48(3):22-28(in Chinese ).doi :10.3969/j.issn.1674-1579.2022.03.003美国GSSAP 卫星观测模式分析与研究王典军,武冠群,韩㊀璐,经姚翔,刘崇华,尚霄宇北京空间飞行器总体设计部,北京100094摘㊀要:本文针对美国太空部队部署在GEO 的态势感知卫星GSSAP 的设计和在轨运行模式进行了分析,包括近年来GSSAP 轨道数据统计以及GSSAP 典型观测场景分析,提炼出漂移巡视㊁机动巡视与抵近等在轨运行的策略.同时针对提炼的三种策略开展仿真,比较不同工况下的效能,并分析不同倾角目标对卫星机动能力的需求,为我国未来在轨服务㊁空间碎片监测任务技术发展提供借鉴.关键词:GSSAP 卫星;巡视观测;抵近观测;机动策略中图分类号:V11㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1674-1579(2022)03-0022-07收稿日期:2022-05-09;录用日期:2022-06-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(12102460)∗通信作者:E-mail:wdj.home@0㊀引㊀言地球同步轨道(GEO)是太空中的战略要地,其上运行着各国的高价值核心太空系统,因此对GEO 目标的观测尤为重要.美国曾于2006年秘密发射了2颗 微卫星技术试验 (MiTEx)卫星,演示验证了地球同步轨道巡视卫星技术.美空军在MiTEx 卫星基础上提出了 地球同步轨道空间态势感知计划 (geosynchronous space situational awareness program,GSSAP),与低轨SBSS 卫星构成综合天基空间目标监视体系,大幅提升高轨目标的探测精度和频度,获取目标的技术情报,分析目标用途,判断空间活动意图.GSSAP 项目一直被美军严格保密,直到2014年2月,美国空军航天司令部司令谢尔顿在一次讲话中高调宣布,美军将在2014年发射2颗GSSAP 卫星,外界才知晓其存在.但当问及公开的原因时,谢尔顿将军称, 希望表明我们实际上正在观察GEO 轨道上发生了什么 非常近地观察.它将有望产生威慑和劝阻影响 .美军并未公开卫星技术途径与载荷参数等核心信息,仍处于保密状态.GSSAP 卫星日常运行在近地球同步轨道,利用与地球同步轨道的相对漂移进行轨道巡视,对目标进行探测㊁编目和精确侦察,必要时还能通过轨道机动抵近地球同步轨道目标进行抵近详查,获取目标高清图像[1-3].世界安全基金会发布的‘全球太空对抗能力:开源评估“数据称,GSSAP 卫星自2014年以来已被监测到实施了数百次机动,并对数十颗GEO 卫星实施了抵近操作,采用方式为多次快速㊁小幅轨道机动.本文针对GSSAP 卫星设计进行了分析,并深入分析了GSSAP 卫星机动策略,相关研究可用于我国后续在轨服务㊁空间碎片监测与清除任务.1㊀GSSAP 卫星简介1.1㊀航天器概况GSSAP 是美国空军部署在地球同步轨道的最新一代空间态势感知卫星,主承包商轨道科学公司(orbital sciences corporation).星上搭载光电成像传第3期王典军等:美国GSSAP 卫星观测模式分析与研究感器,能够近距离对部署在同步轨道带上的航天器进行精确跟踪和特征识别.卫星具备GEO 巡视探测和抵近详查能力,可提供准确的太空目标轨道和特征数据,增强美国高轨态势感知能力[4-6].目前GSSAP 卫星六星在轨,两颗一组分别在2014年7月28日㊁2016年8月19日㊁2022年1月22日发射.截止2022年4月17日,根据公布数据,GSSAP-1目前轨道半长轴为43179km (GEO +1015km),倾角为1.44ʎ;GSSAP-2目前轨道半长轴为42490km (GEO +326km),倾角为0.75ʎ,推测GSSAP-1/2两颗星处于退役再利用状态.GSSAP-3和GSSAP-4目前轨道的半长轴大多数时间在GEO ʃ50km,倾角在0.3ʎ以内,地理经度大多数时间在东经10ʎ到180ʎ范围内,对亚太区域GEO 带航天器有一定威胁.GSSAP-5和GSSAP-6发射任务为美国天军任务-8(USSF-8),采用宇宙神-5(511)火箭,2022年1月22日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射场天军站一箭双星发射,其有效载荷为2颗GSSAP 卫星(GSSAP-5和GSSAP-6).火箭上面级3次点火直接将两颗卫星送入准地球同步轨道,到达轨道后,依次释放GSSAP-5和GSSAP-6卫星.图1㊀宇宙神-5(511)火箭飞行过程示意图Fig.1㊀Atlas V-511flight process diagram1.2㊀在轨应用概述2014年7月28日,GSSAP-1/2卫星发射后,进入地球静止轨道附近的运行轨道,轨道倾角0.5ʎ,并在地球静止带上方和下方漂移.入轨初期在轨测试阶段每天移动2.36ʎ,漂移周期大概154天,可观测位于GEO 轨道上的所有卫星.2016年8月,美空军调用一颗GSSAP 卫星进行机动变轨,抵近详查美海军发射时遇到故障的 移动用户目标系统-5 (MUOS-5)卫星以确定其故障原因,美军方也是在这次事件中首次公开承认GSSAP 具有交会对接能力.由俄罗斯科学院控制的ISON 太空空间监测网络公开的数据表明,自2014年以来,GSSAP 卫星进行了数百次机动,在地球同步轨道上以10~15km 的距离靠近了12颗正在运行中的卫星或为接近它们实施变轨机动.这些卫星包括俄罗斯民用航天器 Ekspress-AM8 (2017年7月)和 光线 (2017年9月)以及军用卫星 钟声 (俄罗斯代号 宇宙-2520 ,2017年10月), 彩虹-1M3 号(2017年11月), 彩虹-1M2 号(2018年5月).图2㊀俄罗斯发布的GSSAP 侦察图Fig.2㊀GSSAP investigation map released by Russia此外,GSSAP 卫星于2016年9月靠近中国通信技术试验卫星一号,并于2017年9月接近巴基斯坦Paksat-1R 和尼日利亚Nigcomsat-1R 卫星[7].1.3㊀GSSAP 卫星设计研判关于GSSAP 卫星设计细节尚未公布,但根据其运载㊁应用方式㊁少数公开图像等信息,可对GSSAP 卫星设计进行合理研判.GSSAP-1~GSSAP-4由Delta4-M +(4,2)火箭发射[1-7],该型火箭整流罩直径4m,长11.75m,考虑GSSAP 卫星以一箭双星的方式并排安装在整流罩内,如图2所示,则GSSAP 卫星本体的几何外形尺寸约为1m ˑ1m 左右.经调研,Delta4-M +(4,2)运载送入GEO 轨道的能力2208kg;ANGELS 卫星质量约为70-100kg;星箭对接环(PAF)的质量为240-418kg,次级载荷分配器(ESPA )的质量为181kg;可得单颗GSSAP 卫星的质量约为650-700kg [2].轨道科学公司在90年代末推出了GEOStar-1和GEOStar-2卫星平台,推测GSSAP 卫星采用了GEOStar-1平台.GEOStar-1平台是GEO 轨道(兼顾MEO)任务设计的紧凑型敏捷高性能平台,设计寿命5-8年;可承载有效载荷150kg [2],平台功率500-1500W,采用310s 比冲的双组元主发动机,位置保持可采用单组元推进模式,总速度增量不低㊃32㊃空间控制技术与应用第48卷于1000m /s [2];根据公开图像资料,GSSAP 卫星采用双翼太阳阵构型且在太阳阵展开三角架上粘贴电池片,估算帆板总面积约6m 2,整星峰值功耗预估不超过1200W.GEOStar-1平台资料显示,载荷数据下行链路采用X 频段(可选Ka 频段),最大下传速率100Mbps.外网公布的GSSAP 卫星图像资料显示安装有反射面天线,用于光学图像数据的下传.GSSAP 卫星在同步轨道巡视,经度位置不确定,为了满足对地数传的要求,数传天线指向范围至少需要半球指向范围.GSSAP 图像显示数传天线与本体相距较远,转动范围满足较大指向范围要求.GSSAP 卫星从外形观察为一体结构,推测光学相机未安装转台,对目标跟踪均采用平台机动.卫星姿态确定采用星敏加陀螺模式,姿态指向精度0.023ʎ;姿态控制采用反作用轮,姿态机动速度1.0(ʎ)/s;姿态抖动最大为1μrad.采用GPS 接收机实现测轨功能,位置精度小于50m.GSSAP-1~GSSAP-4为清晰观测空间目标,多次抵近目标25km 内[7-8],说明其光学载荷成像分辨率不高.成像相机视场通常较小(保证成像分辨率),为确保任务期间对目标的快速捕获,通过安装大视场捕获相机用于对目标的捕获跟踪.由于光学观测存在阳光规避角的问题,GSSAP 对目标观测通常为顺光,后期GSSAP 观测或测量可能考虑非光学设备或者采用规避角更小的观测设备.图3㊀GSSAP 一箭双星运载布局示意图Fig.3㊀GSSAP carriage layoutdiagram图4㊀GEOStar-1卫星平台Fig.4㊀GEOStar-1satellite platform2GSSAP 机动模式分析研究2.1㊀GSSAP 卫星运行轨道分析在轨长期运行期间,GSSAP 卫星运行于GEO 轨道,轨道高度在GEO ʃ50km 以内变化,形成相对GEO 轨道的向西漂移或向东漂移的巡视模式[9].GSSAP-5和GSSAP-6发射前,GSSAP 四星在轨分工明确:GSSAP-1早期执行全球巡视详察,目前已位于坟墓轨道;GSSAP-2早期执行东经120ʎ到西经0ʎ的区域巡视控守,目前全球区域漂移;GSSAP-3执行东经0ʎ到东经100ʎ的区域巡视控守;GSSAP-4执行东经50ʎ到东经180ʎ的区域巡视控守.根据公布的轨道数据,分析近3年GSSAP-3㊁GSSAP-4的轨道变化情况如图5所示.图5㊀近3年GSSAP-3和GSSAP-4轨道变化情况Fig.5㊀GSSAP-3和GSSAP-4orbit changes in recent 3years2.2㊀GSSAP 卫星机动策略分析结合GSSAP-4的轨道变化情况,分析GSSAP-4㊃42㊃第3期王典军等:美国GSSAP 卫星观测模式分析与研究对空间某一目标抵近观测过程.初始时刻GSSAP-4利用轨道高度差漂移接近目标;后期,GSSAP-4通过多次轨道机动抵近目标,并调整接近目标时光照条件.根据轨道数据分析,GSSAP-4轨道半长轴(42214km ң42197km ң42192km)逐渐减小,并调整轨道偏心率,逐渐接近目标.图6㊀GSSAP-4对空间某一目标抵近观测Fig.6㊀GSSAP-4approach observation for a space target在在轨服务㊁空间碎片监测与清除任务中,可借鉴GSSAP 对GEO 卫星的巡视观测方式,用于对GEO 带被服务卫星或空间碎片的巡视观测与外形检查.通过设置轨道高度,使任务卫星处于高于或低于GEO 的准同步轨道,整体上处于西漂或东漂状态,在漂移过程中对被服务卫星或空间碎片开展巡视监测.采用燃料最优方式实现GEO 轨道调整需要消耗速度增量如式(1)所示,其中,a 1与a 2分别为轨道调整前后的半长轴.ΔV =μa 1()㊃2a 2a 1+a 2-1+μa 2()㊃1-2a 1a 1+a 2(1)图7㊀漂移巡视示意图Fig.7㊀The drifting patrol为进一步加快观测效果与效率,可借鉴GSSAP 卫星小幅机动策略,提出机动巡视策略,即在任务卫星东漂或西漂过程中,在观测目标前后调整轨道高度,保证观测每个目标为顺光且距离合适.同时,通过该策略可调整任务时间,调整相对于目标的漂移速度,保证对多目标监测满足时间约束.机动巡视策略要点具体如下:1)通过调整轨道高度,调整相对于目标的漂移速度,进而调整到达目标附近需要的时间;2)为了节省推进剂,轨道调整尽量只调整半长轴,形成椭圆轨道;3)通过选择合适的轨道机动时机,使卫星与目标近距离交会时具有良好的光照角(目标ң太阳矢量与目标ң卫星矢量的夹角);4)当目标倾角较大时,以目标升降交点作为卫星与目标近距离交会点,同时考虑到目标升降交点地方时随季节变化,交会点应随之调整.图8㊀机动巡视示意图Fig.8㊀The orbit maneuver patrol在巡视的基础上,为进一步对目标进行长时间㊁明确方位的详细观测,需要对目标进行指定位置的近距离接近.在该策略中,需要设定抵近任务卫星时间,通过双脉冲机动实现对目标的近距离抵近伴飞或绕飞,为后续的在轨加注或维护奠定基础.抵近策略计算如下所示,该策略不仅可用于单个目标点抵近机动,也可将上一次目标点作为初始点,实现多个目标点的抵近机动.图9㊀抵近机动示意图Fig.9㊀The orbit maneuvering patrol设任务卫星位置和速度为ρo =[x ㊀y ㊀z ]T ,̇ρo =[̇x ㊀̇y ㊀̇z ]T ,加速度为a =[a x ㊀a y ㊀a z ]T ,并标记初始时刻位置和速度为ρo (0)和̇ρo (0).在t 时刻任务卫星的位置和速度矢量表达式为ρo (t )=Φ1(t )ρo (0)+Φ2(t )̇ρo (0)+Φ3(t )a (2)̇ρo (t )=Φ4(t )ρo (0)+Φ5(t )̇ρo (0)+Φ6(t )a (3)式中,Φi (i =1,2, ,6)均为3ˑ3矩阵.㊃52㊃空间控制技术与应用第48卷为了能够让任务卫星在t =T 时到达对应的位置ρo (T ),假设任务卫星在t =0时刻的ρo (0)处,具备初始运动速度̇ρ+o (0):̇ρ+o (0)=Φ-12(T )(ρo (T )-Φ1(T )ρo (0)-Φ3(T )a )(4)现设任务卫星初始位置ρo (0),速度̇ρo (0)为̇ρ-o (0).其在该位置须有转移速度̇ρ+o (0),则应施加的脉冲Δv 0为Δv 0=̇ρ+o (0)-̇ρ-o (0)(5)在速度̇ρ+o (0)作用下,可得任务卫星到达ρo (T )的速度̇ρo (T )为̇ρo (T )=̇ρ-o (T )=Φ4(t )ρo (0)+Φ5(t )̇ρ+o(0)+Φ6(t )a (6)若在位置ρo (T )处需要的速度为̇ρ+o (T ),则第二次施加的脉冲Δv T 为Δv T =̇ρ+o (T )-̇ρ-o (T )(7)由此,实现了在T 时间内任务卫星以双脉冲转移方式接近被服务卫星[10-12].3 仿真分析本节针对漂移巡视效能㊁机动巡视效能与抵近效能㊁姿态机动能力需求进行仿真,为策略分析与应用提供参考.针对机动巡视,假设任务卫星位于GEO-50km,倾角0ʎ,经度53.5ʎ,巡视任务时间不大于7天.设置如下3个被观测目标,具体如下所示:目标1:倾角5.86ʎ,定点经度54.56ʎ;目标2:倾角0.01ʎ,定点经度56.82ʎ;目标3:倾角1.14ʎ,定点经度57.85ʎ.若采用GEO-50km 漂移,完成3个目标遍历需要7天时间,但不能保证对每个目标顺光观测,且观测距离均不小于50km.采用机动巡视,对于上述约4.5ʎ经度差目标,任务卫星需要用约7天完成巡视,总速度增量消耗量约为0.4m /s,任务星抵近每个目标时的相对运动轨迹如图10所示,机动过程中任务星半长轴与目标相对距离曲线如图11所示.从图12~14中任务星机动巡视观测不同目标的相对距离曲线与光照角曲线可以看出,在与目标最近距离处,任务星均可顺光对目标进行观测.与GEO-50km 漂移巡视相比,机动巡视与目标观测距离更近,且光照角度更小,具有更好的观测效果.图10㊀机动巡视场景Fig.10㊀Orbit maneuvering patrolscene图11㊀机动巡视仿真卫星半长轴与目标相对距离曲线Fig.11㊀The semimajor axis and relative distance oforbit maneuvering patrolscene图12㊀机动巡视仿真观测目标1相对距离曲线与光照角曲线Fig.12㊀The relative distance and angle (sun-target-missionsatellite)of orbit maneuvering patrol for target1图13㊀机动巡视仿真观测目标2相对距离曲线与光照角曲线Fig.13㊀The relative distance and angle (sun-target-missionsatellite)of orbit maneuver patrol for target2图14㊀机动巡视仿真观测目标3相对距离曲线与光照角曲线Fig.14㊀The relative distance and angle (sun-target-missionsatellite)of orbit maneuvering patrol for target 3㊃62㊃第3期王典军等:美国GSSAP 卫星观测模式分析与研究表1㊀不同巡视方式成像效果对比分析Tab.1㊀Comparison of imaging effects ofdifferent patrol methods观测目标机动巡视GEO-50km 漂移巡视最近距离/km 最近距离对应光照角/(ʎ)最近距离/km 最近距离对应光照角/(ʎ)目标181468046目标255>90435目标3106344833针对抵近效能,通过设置多个抵近点与不同任务时间,使任务卫星快速接近目标伴飞,分析卫星速度增量消耗如图15-16所示.抵近任务工况100ң50km (1h)100ң50km(2h)100ң80(1h)ң50km(1h)100ң80(1h)ң60(0.5h)ң50km(0.5h)速度消耗28m /s 14.4m /s34m /s38.3m /s图15㊀100ң50km(2h)抵近场景Fig.15㊀Proximity scene (100ң50km(2h))图16㊀100ң80(1h)ң50km(1h)抵近场景Fig.16㊀Proximity scene (100ң80(1h)ң50km(1h))㊀㊀为进一步分析卫星姿态机动能力的需求,针对不同倾角的GEO 目标进行分析,给出如下的仿真结果,当目标相对距离越近㊁倾角越大,则需要卫星的机动能力越高.表2㊀不同倾角目标相对角速度分析Tab.2㊀Analysis of relative angular velocities oftargets with different orbital inclinatioins目标轨道倾角/(ʎ)最近相对距离/km最大相对角速度/((ʎ)/s)0.530.10.05230.10.20430.10.40630.10.61830.10.811030.7 1.01236.9 1.01545.7 1.04㊀结㊀论本文针对美国态势感知卫星GSSAP 的总体设计和对空间目标观测机动模式进行分析,并对漂移巡视㊁机动巡视与抵近等策略开展仿真研究.本文的分析可为我国后续在轨服务㊁空间碎片监测提供技术基础.参㊀考㊀文㊀献[1]㊀刘海印,曹秀云,林飞.2016年美军空间态势感知能力建设及发展动向分析[J].中国航天,2017(2):9-12.[2]㊀刁华飞,张雅声.美国高轨态势感知卫星能力分析[J].航天电子对抗,2019,35(4):48-51.DIAO H F,ZHANG Y S.Analysis of US geosynchronous situational awareness satellite capability [J].AerospaceElectronic Warfare,2019,35(4):48-51.[3]㊀蒙波,黄剑斌,李志,等.美国高轨抵近操作卫星Mi-TEx 飞行任务及启示[J].航天器工程,2014(3):112-118.MENG B,HUANG J B,LI Z,et al.Introduction to A-merican approaching operation satellite MiTEx in geosta-tionary orbit and its inspiration[J].Spacecraft Engineer-ing,2014(3):112-118.[4]㊀宋博.美国 一箭三星 发射同步轨道空间态势感知卫星[J].国际太空,2014(11):61-63.[5]㊀Los Angeles Air Force Base.Geosynchronous space situ-ational awareness program (GSSAP)satellite[EB /OL].(2016-08-03).[2019-11-21].https:ʊwww.losange- /About-Us /FactSheets /Article /901960/geo-synchronous-space-situational-awareness-programgssap-satellite /[6]㊀陆震.美国空间态势感知能力的过去和现状[J].兵器装备工程学报,2016,37(1):1-8.LU Z.History and status of US space situational aware-ness [J].Journal of Sichuan Ordnance,2016,37(1):1-8.[7]㊀范志涵,蔡亚星,李凤簪.针对GEO 目标的美国天基态势感知技术发展研究[J].航天器工程,2019,28(6):87-95.FAN Z H,CAI Y X,LI F Z.Study on development of A-merican space-based situational awareness technology for GEO objects[J].Spacecraft Engineering,2019,28(6):87-95.[8]㊀宫经刚,宁宇,吕楠.美国高轨天基态势感知技术发展与启示[J].空间控制技术与应用,2021,47(1):㊃72㊃空间控制技术与应用第48卷1-7.GONG J G,NING Y,LYU N.Development and enlight-enment of space based situational awareness technologyfor high orbit in the United States[J].Aerospace Con-trol and Application,2021,47(1):1-7.[9]㊀李青,刘爱芳,王永梅,等.美国空间攻防体系发展与能力研究[J].航天器工程,2018,27(3):95-103.LI Q,LIU A F,WANG Y M,et al.Research on devel-opment and ability of american space offensive and de-fensive system[J].Spacecraft Engineering,2018,27(3):95-103.[10]㊀郭碧波,强文义,梁斌,等.近圆轨道航天器伴随飞行控制方法研究[J].宇航学报,2008,29(6):1871-1877.GUO B B,QIANG W Y,LIANG B,et al.Control strate-gy study of spacecraft adjoint flying in near circular orbit[J].Journal of Astronautics,2008,29(6):1871-1877.㊀[11]㊀ZHANG R,HAN C,CHEN H.Flyaround trajectoryand control scheme design[C]ʊAIAA/AAS Astrody-namics Specialist Conference.Washingtong D.C.,AIAA,2016:5508:1-12.[12]㊀何康乐,和兴锁,宋明,等.基于椭圆形参考轨道的航天器泪滴形绕飞轨道设计[J].西北工业大学学报,2012,30(1):145-148.HE K L,HE X S,SONG M,et al.designing teardrop-shaped diversion orbit of spacecraft based on elliptic ref-erence orbit[J].Journal of Northwestern PolytechnicalUniversity,2012,30(1):145-148.作者简介:王典军(1968 ),研究员,研究方向为航天器总体设计;武冠群(1990 ),工程师,研究方向为航天器任务分析与规划;韩璐(1984 ),高级工程师,研究方向为航天器总体设计;经姚翔(1980 ),研究员,研究方向为航天器总体设计;刘崇华(1962 ),研究员,研究方向为航天器总体设计;尚霄宇(1991 ),工程师,研究方向为电子工程.Analysis and Research on GSSAP ObservationWANG Dianjun∗,WU Guanqun,HAN Lu,JING Yaoxiang,LIU Chonghua,SHANG XiaoyuBeijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing100094,ChinaAbstract:Geosynchronous Earth Orbit(GEO)is regarded as a strategic area in the space.Analysis is made based on the space situational satellites,GSSAP(geosynchronous space situational awareness program),which are de-ployed on GEO by the US space force.Strategies including drifting,maneuvering and conducting are extracted from GSSAP orbit elements history in recent years and analyzed based on GSSAP typical observation scenery.Simula-tions are conducted based on three provided maneuver strategies.Efficiency are compared under different conditions and the mobility requirement under different inclinations are analyzed.The analysis results can effectively support technical development in Chinese in orbit service and space debris detection.Keywords:GSSAP;drifty observation;proximity observation;maneuvering strategyReceived:2022-05-09;Accepted:2022-06-05Foundation item:Nabional Nature Science Foundation of China(12102460)∗Corresponding author.E-mail:wdj.home@㊃82㊃。
㊀第１７卷㊀第６期２０１９年１２月中㊀国㊀城㊀市㊀林㊀业ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＵｒｂａｎＦｏｒｅｓｔｒｙＶｏｌ １７㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０１９国内近十年城市绿地研究进展∗基于ＣｉｔｅＳｐａｃｅ的知识图谱分析戴㊀菲㊀杨㊀超㊀陈㊀明华中科技大学建筑与城市规划学院㊀武汉㊀４３００７４㊀收稿日期:２０１８－１２－２６∗基金项目:国家自然科学基金面上项目 消减颗粒物空气污染的城市绿色基础设施多尺度模拟与实测研究 (５１７７８２５４)㊀第一作者:戴菲(１９７４－)ꎬ女ꎬ博士ꎬ教授ꎬ研究方向为城市绿色基础设施㊁绿地系统规划ꎮＥ－ｍａｉｌ:５８８０１３６５＠ｑｑ ｃｏｍ㊀通信作者:陈明(１９９１－)ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为城市绿色基础设施ꎮＥ－ｍａｉｌ:１５５１６６２３４１＠ｑｑ ｃｏｍ摘要:为了全面把握国内城市绿地的研究进展ꎬ文章以中国知网的期刊数据作为来源ꎬ用可视化图谱分析工具Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ作为辅助ꎬ对４５２８篇期刊文献进行分析ꎬ并绘制关键词共现㊁聚类分析㊁热点动态变化等可视化的分析图ꎬ结合文献内容分析法ꎬ得出国内城市绿地研究的４个方面ꎬ讨论了未来发展的研究方向可以考虑对绿地空间格局的优化以及多种效益权衡的绿地构建模式ꎬ从而为国内绿地系统规划提供有力的借鉴ꎮ关键词:城市绿地ꎬＣｉｔｅｓｐａｃｅꎬ研究进展ꎬ知识图谱分析ＤＯＩ:１０.１２１６９/ｚｇｃｓｌｙ.２０１８.１２.２６.０００１ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＵｒｂａｎＧｒｅｅｎＳｐａｃｅｓｉｎｒｅｃｅｎｔ１０ｙｅａｒｓｉｎＣｈｉｎａＭａｐｐｉｎｇｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｏｍａｉｎｓａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＣｉｔｅＳｐａｃｅＤａｉＦｅｉ㊀ＹａｎｇＣｈａｏ㊀ＣｈｅｎＭｉｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＵｒｂａｎＰｌａｎｎｉｎｇꎬＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００７４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｇｒａｓｐｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｕｒｂａｎｇｒｅｅｎｓｐａｃｅｉｎＣｈｉｎａꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅＣＮＫＩｄａｔａａｓｔｈｅｓｏｕｒｃｅꎬａｎｄａｄｏｐｔｓＣｉｔｅｓｐａｃｅꎬａｖｉｓｕａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌꎬａｓａｎａｉｄｔｏａｎａｌｙｚｅ４５２８ｊｏｕｒｎａｌａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｍａｐｐｉｎｇｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｃｈａｒｔｉｎｔｅｒｍｓｏｆｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏ￣ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅꎬｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｈｏｔｓｐｏｔｓ ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄꎬｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｏｆｕｒｂａｎｇｒｅｅｎｓｐａｃｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎＣｈｉｎａａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄｔｈａｔｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒｅｅｎｓｐａｃｅｓｐａｔｉａｌｐａｔｔｅｒｎａｎｄｂａｌａｎｃｅｄｍｕｌｔｉ￣ｂｅｎｅｆｉｔｓｍｏｄｅｌｏｆｇｒｅｅｎｓｐａｃｅｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｗｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅａｐｏｗｅｒｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｏｍｅｓｔｉｃｇｒｅｅｎｓｐａｃｅｓｙｓｔｅｍｐｌａｎｎｉｎｇＫｅｙｗｏｒｄｓ:ＵｒｂａｎｇｒｅｅｎｓｐａｃｅꎬＣｉｔｅＳｐａｃｅꎬＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓꎬＭａｐｐｉｎｇｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｏｍａｉｎｓａｎａｌｙｓｉｓ㊀㊀城市绿地一直以来都是业界学者关注的重点内容ꎬ其理论㊁方法㊁实践在长期的研究中积累了大量的成果ꎮ随着城市建设速度的加快ꎬ绿地的关注度不断提高ꎬ刘滨谊[１]㊁田国行[２]㊁王俊帝[３]等对国内的绿地建设也做了一些总结与回顾ꎮ然而ꎬ随着城市更新以及新的«城市绿地分类标准»(ＣＪＪ/Ｔ８５－２０１７)的推出ꎬ城市绿地的研究呈现新的发展特点ꎮ因此了解国内近１０年(２００８ ２０１８年)城市绿地的研究动态对指导国内城市绿地建设㊁完善绿地布局模式具有重要的意义ꎮ本文运用Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ[４]软件ꎬ结合内容分析法ꎬ梳理国内近１０年研究城市绿地的相关文献ꎬ了解研究特征㊁热点与发展趋势ꎬ为国内绿地建设提供有益参考ꎮ１研究方法与数据采集本文使用Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ５ ２版ꎬ数据来源于中国知网的中国学术期刊网络出版总库ꎬ检索主题㊀㊀㊀㊀中㊀国㊀城㊀市㊀林㊀业㊀第１７卷词为 城市绿地 ꎬ时间跨度为１０年(２００８－２０１８年)ꎬ数据收集时间为２０１８年８月３１日ꎬ检索类别仅为期刊ꎬ共导出４５２８篇文献ꎮ图１表明国内城市绿地方面的研究呈现起伏状ꎬ整体保持着较高的关注度ꎬ总体处于比较成熟的阶段ꎮ图１㊀国内城市绿地研究年度研究文献数量的年度变化本文基于Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ工具ꎬ一方面从高被引文献研究内容和研究动态变化分析研究的整体特征ꎻ另一方面运用Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ的聚类功能ꎬ结合共现图谱和时区演化图(ｔｉｍｅｚｏｎｅ)ꎬ探索研究的热点方向与前沿进展ꎮ２城市绿地研究整体特征２ １高被引文献内容分析通过对表１的文献内容分析ꎬ发现相关研究内容主要涉及３方面ꎮ一是绿地的可达性评价:可达性评价是新兴的评价指标之一ꎬ刘常福[５]总结了绿地可达性评价主要有４种方法ꎬ包括统计指标法㊁旅行距离法㊁最小距离法和引力模型法ꎬ并基于ＧＩＳ平台ꎬ在居住区尺度上研究可达性ꎮ二是低影响技术:绿地建设在缓解城市排水压力中作用日渐重要ꎬ车生泉[６]在总结国内外海绵城市建设的基础上ꎬ提出了水生态功能与保护的措施和低影响技术开发的途径ꎮ三是生态绿廊建设:绿廊是城市绿地的重要部分ꎬ李开然[７]研究了环境廊道的作用与建设方法ꎬ并以英国游憩型绿道建设为例展开讨论ꎮ表１㊀国内城市绿地研究高被引文献信息统计第一作者发表年份㊀㊀㊀㊀文章标题被引量尹海伟２００８城市绿地可达性与公平性评价２５０车生泉２０１５海绵城市理论与技术发展沿革及构建途径２３８刘常富２０１０城市公园可达性研究 方法与关键问题１９７李开然２０１０绿道网络的生态廊道功能及其规划原则１８４李㊀博２００８城市公园绿地规划中的可达性指标评价方法１７３胡剑双２０１０中国绿道研究进展１７２孔繁花２００８济南城市绿地生态网络构建１６２苏义敬２０１４基于 海绵城市 理念的下沉式绿地优化设计１３５肖华斌２００９基于可达性和服务面积的公园绿地空间分布研究１５１苏泳娴２０１１城市绿地的生态环境效应研究进展１４３２ ２研究动态变化图２反映了不同时间区域绿地研究前沿ꎬ可以看出热点主要集中于２００８年ꎬ如景观评价㊁遥感技术等ꎮ２０１０年之后ꎬ城市公园的研究论文增多ꎬ热点转向相关专项研究如公园可达性以及绿色基础设施ꎮ２０１５年之后ꎬ热点逐渐集中到低影响技术开发㊁雨洪管理等水处理方法ꎬ这是以建设绿地的方式解决城市水涝问题的开端ꎮ３国内城市绿地研究热点笔者通过Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ绘制关键词共现图ꎬ图３中圆的半径越大代表出现频次越高ꎬ可以看出出现频次较高的关键词包括绿地系统㊁海绵城市㊁植物配置等ꎮ表２统计了主要关键词突变率ꎬ其中海绵城市突变率高达５７ ２４ꎬ是２０１５年城市绿地领域的研究焦点ꎬ同时也与国家的发展规划相吻合ꎮ运用Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ的聚类功能以及ＬＬＲ算法得到关键词聚类图谱ꎬ图４显示了城市绿地研究的景观格局㊁风景园林㊁居住区㊁绿地系统等１３个主要聚类ꎻ笔者通过这１３个核心聚类ꎬ并结合研究领域的热点方向与动态变化ꎬ定性地总结了国内近１０年城市绿地研究的４大内容ꎬ即城市绿地空间格局构建㊁城市绿地生态服务功能㊁城市绿地定量评价方法㊁城市绿地植物配置结构与土壤基质ꎮ８８㊀第６期㊀戴㊀菲㊀杨㊀超㊀陈㊀明:国内近十年城市绿地研究进展㊀㊀图２㊀城市绿地研究文献关键时区演化图图３㊀城市绿地研究文献关键词共现图图４㊀城市绿地研究文献关键词聚类图９８㊀㊀㊀㊀中㊀国㊀城㊀市㊀林㊀业㊀第１７卷表２㊀城市绿地研究领域关键词突变率㊀关键词突变率频次年份海绵城市５７ ２４１３５２０１５低影响开发１１ １１２８２０１５雨洪管理５ ６４１１２０１６防灾避险５ ２６３０２００９雨水花园４ ８９１１２０１５城市建设４ ３５２６２００８植物景观４ ３２３９２００９绿地建设４ ２７１５２００８山地城市４ １４１４２０１０城市森林３ ７９１４２００８３ １城市绿地空间格局构建关于绿地格局的研究文献数量有１３３４篇ꎬ可见其具有较高的研究价值ꎮ城市绿地空间格局的研究伴随着城镇化的起步发展由来已久ꎬ并逐渐成为城市生态学的主要组成内容[８]ꎮ学者通过遥感影像数据的解译以及景观制图工具ꎬ对所获遥感进行提取㊁分类㊁划分ꎬ筛选出最为相关的斑块尺度㊁类型尺度㊁景观尺度３方面的景观格局指数ꎬ利用Ｆｒａｇｓｔａｔｓ软件对其计算[９]ꎬ计算出不同年份研究区域的景观格局指数变化ꎬ从结果中归纳得出城市结构发展的驱动因子[１０]ꎻ根据城市化进程中的演变效应[１１]ꎬ提出绿地空间格局构建策略ꎻ结合景观生态学的知识ꎬ通过优化城市绿地类型在连接度㊁渗透度与密度３个维度上的布局模式[１２]ꎬ优化景观格局ꎬ改善城市生态环境ꎮ由于国内的研究尚处于发展阶段ꎬ虽然也有关于城市生态源－汇景观的研究ꎬ但数量较少ꎬ难以进一步研究景观格局对生态环境的具体作用机制[１３]ꎬ也缺乏从生态安全角度考虑的具体配置生态用地模式的研究[１４]ꎬ这需要获得长期的环境监测数据以及对演变模拟模型的优化ꎬ同时景观演变效应的研究也应扩大范围ꎬ如城市土壤㊁基础设施等ꎮ３ ２城市绿地生态服务功能绿地的生态服务功能是城市环境协调的主体ꎬ通过对３３６３篇相关文献研究得知ꎬ城市绿地具有多种生态功能:增加小范围绿化可以达到局部降温增湿的效用[１５]ꎬ优化景观格局能够缓解城市热岛[１６]ꎬ调节微气候减少空气污染[１７]ꎬ绿地的固氮释氧可以维持城市居民所必须的生命物质(Ｏ２ꎬＣＯ２)ꎬ植物向空气环境释放的负离子能够缓解人的精神压力ꎬ植物的色彩与形态还具有调节城市居民身心健康[１８]的康养作用等ꎮ城市绿地的海绵效应可以在一定程度上抵御与缓解自然灾害ꎬ低影响开发技术在缓解城市雨洪与降低城市污水方面的作用越来越重要ꎮ城市雨污水或经二次处理的中水通过植物根系的置换㊁土壤胶体的截留作用[１９]ꎬ能够得到水质净化ꎬ再经由人工汇水装置㊁自然下沉绿地等设施进行城市雨污水的循环利用ꎮ建设海绵城市是应对城市雨洪灾害的方法之一ꎬ雨洪模拟模型软件随之迅速发展ꎬ为海绵城市建设提供科学指导ꎬ但模拟尚存在缺乏除污等功能研究㊁灾害预报不完善以及模型参数不准确等问题ꎮ需要综合各种模型的优势ꎬ进行多种算法的结合应用是对模型的合理完善ꎬ并结合３Ｓ技术以及城市的面源污染不确定性的分析研究ꎬ定量化模拟水质㊁水量的耦合模型将是今后的研究重点[２０]ꎮ３ ３城市绿地定量评价方法城市绿地的服务功能评价一直是关注的热点ꎬ并已从早期的定性评价逐渐深入到定量的评价体系中ꎮ在１８９７篇研究城市绿地定量评价方法的文献中ꎬ总结类型涵盖大㊁中㊁小３个尺度ꎮ３ ３ １绿地分类方法研究大尺度城市规划的角度意在探索一种切实有效的绿地分类方法指导城市规划ꎮ利用地理信息技术ＧＩＳ和ＲＳ对空间数据如遥感影像数据的获取与分析ꎬ结合景观生态学的相关知识ꎬ检测城市绿地分布的合理性ꎬ其检测结果误差小㊁效率高ꎬ较之传统的人工实地核查更为科学客观ꎬ成为如今城市生态建设的重要手段ꎮ张永彬[２１]在对唐山市绿地类型提取的研究中ꎬ利用城市绿地在波段４ꎬ２ꎬ１组合上的光谱㊁纹理和空间特征的明显不同进行综合判断和提取ꎬ分类精度达到８５ １１％ꎬ较之以往单一使用光谱特征更为准确ꎮ但这种方法对数据的要求较高ꎬ需要高精度且合适的影像与波段图ꎬ由于外界环境如云层㊁天气等的影响ꎬ数据难以获取ꎬ具有一定的局限性[２２]ꎮ３ ３ ２绿地功能评价研究中尺度包含城市绿地的功能性评价ꎮ１)绿地生态效益评价ꎮ绿地生态效益评价包０９㊀第６期㊀戴㊀菲㊀杨㊀超㊀陈㊀明:国内近十年城市绿地研究进展㊀㊀括从绿地规划初始阶段的用地适宜性评价到规划建成后的绿地功能效益评估ꎬ是一个连续的过程ꎮ通过ＧＩＳ重分类场地因子数据得出用地适宜性评价图[２３]ꎬ后期通过生态效益评价模型如ＣｉｔｙＧｒｅｅｎ等[２４]定量分析绿地的生态功能具有科学意义与前瞻性ꎬ但目前国内研究较为基础ꎬ研究实践结果很少ꎬ缺乏针对我国实际情况的运行参数与数据库ꎬ针对能源㊁生物多样性的应用研究也较少ꎬ这将成为未来探索的方向[２５]ꎮ２)绿地可达性评价ꎮ可达性评价模型应用最广泛的有缓冲区模型㊁费用阻力模型与引力势能模型[２６]ꎮ结合空间句法知识ꎬ从空间关系出发对空间结构进行精确量化ꎬ计算结果稳定且可靠性高ꎬ但运算基础不能消除环境因素如交通㊁噪音等状况ꎬ因此评价指标的筛选将成为进一步的研究对象[２７]ꎮ３)生态服务评价ꎮ生态服务评价即是对绿色基础设施进行生态服务价值的评价ꎬ结合生态服务评价模型(ＧＥＥＭ－(ＧＩＳ－ｂａｓｅｄＥｃｏ－ｓｅｒｖｉｃｅｓＥ￣ｖａｌｕａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ)ꎬ对各类生态因子如斑块㊁廊道等参数量化分析ꎬ数据化展示生物多样性的支持能力和碳调节能力ꎬ但研究对象多局限于植被ꎬ与城市灰色基础设施结合较少ꎬ各类生态因子的权重也有待验证[２８]ꎮ３ ３ ３植物个体定量研究小尺度多是从植物配置的定量化研究着手ꎬ统计植物基本状况如个体生长量㊁出现鸟类频率等近２０种相关因子ꎬ采用主成分分析法对指标因子进行标准化分析ꎬ客观评价植物配置的优劣ꎬ具有创新性与可行性ꎬ但其局限在于诸多指标值的获得如美感度调查存在主观性ꎬ各因子的权重比也有待商榷[２９]ꎮ目前有关植物释氧㊁固氮等的定量研究较多ꎬ但相对于植物生态功能的综合化定量化研究却很少ꎬ笔者仅检索到３篇ꎬ主要是通过测定植物的固碳㊁释氧㊁吸热㊁滞尘４项生态效益的经济价值来衡量ꎬ评估对象较少ꎬ缺乏对植物绿量等因素的研究ꎬ指标体系不够完善ꎬ单一的转化为经济价值是否合理也有待讨论ꎮ３ ４城市绿地植物配置结构与土壤基质学者们对植物的配置模式也有一定的关注度(９６６篇)ꎮ传统植物景观设计只关注视觉效果ꎬ而忽略对内的生态需要和对外的生态功能ꎬ植物生态位概念的引入成为植物配置的根本原则[３０]ꎮ地被植物在城市绿地中面积最大ꎬ作用效果最明显ꎬ是植物景观的主要组成部分ꎬ地被植物依据其生长习性可以分为基础型地被㊁骨干型地被以及点缀型地被[３１]ꎮ不同的地被类型有不同的配置原则ꎬ规划设计时应采用自然多层次的植物类型ꎬ应充分考虑植物习性ꎬ统筹多要素进行种植ꎮ植物与土壤相互依存ꎬ一方面ꎬ植物可以通过分解土壤微生物以及对土壤表层污染物的降解ꎬ对城市土壤进行更新ꎬ以缓解土壤ＰＨ值偏高㊁容重增加㊁重金属污染严重等问题ꎬ另一方面ꎬ土壤也为植物的生长提供了适宜的环境ꎮ我国的土壤环境日趋严峻ꎬ已成为影响国内绿地建设的关键限制因素ꎮ目前ꎬ国内学者开始针对土壤的物理㊁生物㊁化学特性进行研究ꎬ通过降低土壤板结增加孔隙㊁提高含水率㊁降低土壤容重[３２]㊁增加土壤微生物数量㊁提高土壤酶活性[３３]㊁增加土壤有机质等方式改善土壤质量ꎮ在目前研究的基础上ꎬ可以加强对土壤污染源的研究力度ꎬ利用ＲＳ数据集与ＧＩＳ技术建立土壤质量监测模型[３４]ꎬ结合使用高分辨率传感器以及遥感数据的不断更新对城市环境进行反演与数值模拟ꎬ共同达到监测城市环境的作用ꎬ以改善城市整体的空间质量ꎮ４总结与展望４ １总结国内研究城市绿地的文献涉及学科广泛ꎬ热点主要集中在２００８年ꎬ研究方法逐渐科学与深入ꎮ一是绿地功能研究的深入:从宏观尺度上的绿地生态格局研究逐渐深入到单个绿地斑块㊁单个乔灌木的生态功能ꎬ内容深入ꎬ方法科学ꎬ对城市绿地建设的指导意义非常重要ꎮ二是绿地评价方法的优化:城市绿地的评价方法从早期的定性评价转向更加科学直观的定量评价ꎬ使民众以及城市决策者更加直观地看到城市绿地带来的价值ꎮ需要说明的是ꎬ随着研究的深入ꎬ国内学者发表外文期刊的比例提高ꎬ只关注国内知网文献具有一定的局限ꎬ因此ꎬ在之后的研究过程中应扩大文献平台ꎬ以避免结论的片面性ꎮ１９㊀㊀㊀㊀中㊀国㊀城㊀市㊀林㊀业㊀第１７卷４ ２展望１)绿地空间格局的优化ꎮ在城市规划过程中ꎬ虽然划定了绿地的空间ꎬ但是数量分散㊁规模不大ꎬ因此如何集约化利用土地成为当前的挑战ꎮ在尺度研究上ꎬ目前多是针对城市范围的格局研究ꎬ缺乏多尺度综合研究ꎬ未来可增加市域范围(城市与城市之间)与邻里尺度方面的研究ꎮ２)多种效益权衡的绿地构建方法ꎮ现有的研究注重绿地的输出效应ꎬ将人的健康需求与行为心理作用割裂开来ꎬ在近１０年的绿地研究文献中鲜有环境心理方面的文献ꎬ但是通过康复花园设计的成功案例ꎬ说明了人的心理与绿地环境有着密不可分的关系ꎮ在今后的绿地研究领域ꎬ可以结合人的环境行为心理ꎬ多维度多角度规划城市绿地ꎮ参考文献[１]刘滨谊ꎬ张国忠.近十年中国城市绿地系统研究进展[Ｊ].中国园林ꎬ２００５ꎬ２１(６):２５－２８.[２]田国行ꎬ邢俊敏ꎬ朱红梅ꎬ等.城市绿地系统规划研究的回顾与展望[Ｊ].西北林学院学报ꎬ２００９ꎬ２４(３):１９９－２０４. 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