一种基于实时启发式方法的再入立方体卫星调度与电源管理算法的设计 Máté Keller, Daniel Aleksandrov, Jurgen Vanhamel, Valentijn De Smedt

《Aerospace》：Design of a Real-Time, Heuristic-Based Scheduling and Power Management Algorithm for a Re-Entry CubeSat Máté Keller, Daniel Aleksandrov, Jurgen Vanhamel and Valentijn De Smedt

　　

摘要

由于立方体卫星（CubeSats）具有标准化的尺寸、较低的开发成本以及较短的发射周期，它们被现代太空任务广泛作为平台使用。这些卫星被应用于地球观测、空间天气监测甚至再入大气层的相关任务中。尽管立方体卫星具有诸多优势，但其搭载的资源仍受到限制，尤其是电力供应成为最为关键的瓶颈之一。本研究提出了一种动态的、结合离线/在线任务的调度与电力管理算法，适用于再入大气层的立方体卫星。该算法结合了预先计算好的任务计划与对飞行条件变化的实时调整机制。它采用基于启发式的排序方法，根据任务的关键参数（如优先级、执行延迟、持续时间及功耗）对任务进行排序，并能适应不同的飞行状况与系统故障。在电池电量（SoC）处于危险状态的情况下，仅会执行优先级较高且超过预设阈值的任务，从而实现电力节约。研究者开发了一套仿真测试工具来评估该算法在真实任务场景下的性能，包括在高负载和多重任务条件下的表现。评估指标包括任务的平均延迟和最大延迟值以及平均功耗。测试结果表明，通过合理选择启发式权重，可显著提升系统的可靠性和效率。所提出的算法为立方体卫星的电力管理提供了一种灵活且可扩展的解决方案，能够在动态环境下保持系统的可靠运行。