案例研究 ⎮ 星际科技公司与思博伦共同测试其ZERO卫星运载火箭的PNT能力

学术   科技   2024-07-25 08:00   北京  
面临的挑战

定位、导航和授时(PNT)对星际科技公司将承担的发射任务的成功和安全至关重要。为了实现这些能力,ZERO运载火箭将使用集成了GNSS和惯性导航(INS)的系统。通过结合星际科技公司自行设计的GNSS原型接收机,这种多传感器系统将确定运载火箭的位置和速度,并利用这些数据,飞行控制单元将计算必要的控制措施,以引导运载火箭及其有效载荷到达目标轨道。

然而,航天器上的GNSS信号和GNSS接收机性能会受到许多因素的影响,包括电离层扰动、GNSS天线位置造成的信号遮挡以及发射前及发射后即刻产生的多径效应。因此,星际科技公司需要一种方法来验证ZERO导航系统的完整性和性能,并验证其原型GNSS接收器的设计。

地面测试和飞机飞行测试无法复制发射和轨道空间飞行的独特特征,包括速度、加速度、轨迹和多普勒频移,所以星际科技公司需要一种方法在实验室中模拟可能无限范围的条件。仿真将允许星际技术模拟发射和轨道的动力学特征,并可确保完全控制和测试参数的可重复性。

模拟器不仅需要模拟载具动力学、GNSS卫星信号和任何影响其性能的外部射频(RF)条件,还需要模拟ZERO的GNSS接收器和惯性测量单元(IMUs)的时间同步输出。因此,需要一个具有惯性仿真能力的多通道RF信号模拟器来进行测试。

思博伦的PNT解决方案是我们开发过程的关键部分,以确保我们目前正在开发的小型卫星运载火箭ZERO的质量,可靠性和安全性。
Kazumi Sakai, 星际航空电子集团负责人。

解决方案

星际科技公司在思博伦强大而灵活的模拟系统中找到了PNT测试需求的解决方案,该系统具有SimGEN控制软件和SimINERTIAL工具。
思博伦模拟系统设计用于对安全攸关、任务攸关和责任攸关的PNT组件进行彻底和严格的测试,包括用于航天器的导航系统。凭借业界领先的高达2kHz的硬件更新速率,它们可以真实地模拟高速载具轨迹,如ZERO发射器在发射期间和轨道上使用的轨迹。
传感器融合算法,如ZERO所使用的,来自于结合了GNSS接收机和INS的数据,可以使用思博伦SimINERTIAL软件进行严格测试,该软件模拟INS的输出并将其与GNSS接收器输出同步。
除了提供仿真硬件和软件外,思博伦的专业服务团队还与星际科技公司合作,确保试验台满足星际科技公司的所有具体要求,包括纳入ZERO惯性导航系统的协议和误差模型。

结果

通过使用思博伦模拟器进行可重复测试和对测试条件的精细控制,星际科技公司能够确保其GNSS接收器设计满足相关性能、完整性和可靠性标准。

GNSS接收器的原型机现已制造完成,这使得星际科技公司能够推进接收器的硬件在环测试,同时继续开展更加精细的验证测试,及利用SimINERTIAL对多传感器导航系统进行整体验证。

一旦导航系统得到充分验证,星际科技公司将着手制造飞行硬件,并将GNSS/INS导航系统集成到运载火箭系统中。在思博伦设备和专业知识的帮助下,星际科技公司 正在持续为其第一次试飞发射而努力,并为实现让所有人都能进入太空的愿景而迈步向前。

关于星际科技公司

星际科技公司是一家日本初创公司,服务于快速增长的近地轨道(LEO)卫星发射服务市场。作为第一家将飞行器送入太空的日本私营公司,它有一个大胆的愿景,即通过低成本、便捷 的交通服务,让所有人都能进入太空。

星际科技公司的卫星运载火箭ZERO是实现这一愿景的关键。该公司探索了新的设计和制造技术,以优化ZERO的生产成本,使这些较低的成本反映在发射服务中。一旦开展服务,ZERO将提供小卫星开发人员可以负担得起,按需运输卫星到所需轨道和高度的能力,这比在大型发射器上共享运输空间有很大的优势。

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