航天器集群的激光通信与协同控制

与大型单体航天器相比，小型航天器集群在地球观测、全球定位与通信方面提供了全新的能力。这些小型航天器可提供更大的孔径，从而提高通信天线增益、增加分布式相机的面积覆盖或有效分辨率，并实现对地面或空间目标的持续观测。然而，同时操控大量航天器仍存在重要挑战。现有方法需要大量地面操作员监视并主动控制这些航天器，这在协同与控制方面带来困难，阻碍了该技术以经济高效的方式规模化。亟需使一名地面操作员能够管理数十乃至上百个航天器的技术。我们提出利用从地面或指挥控制航天器发射的激光束来组织与管理大型集群。集群中每颗卫星将配备定制的“智能蒙皮”，包含太阳能电池板、电源与控制电路以及嵌入式二级推进单元。二级推进单元可包括电喷雾推进、基于太阳辐压的系统、光子激光推进器与洛伦兹力推进器。太阳能电池板通常占据地球轨道卫星最大的表面积。来自其他航天器或地面的激光束将与航天器集群的太阳能电池板相互作用。该激光束将用于在一组航天器中选择“领导者”，设定编队飞行的参数，包括间距、局部if-then规则以及姿态与位置的协同变化。