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全力打造结实耐用的控制系统

时间:2018年06月04日 信息来源:中国空间技术研究院官方微信 点击: 字体:

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高分一号卫星于2013426日发射入轨,目前已圆满完成5年考核寿命,中国空间技术研究院下属北京控制工程研究所研制的控制系统在轨表现完美。高分六号和高分一号同属我国成熟的CAST2000小卫星平台,设计寿命再上新台阶,达8年,就是说,到2026年,高分六号将成为一位8龄老寿星,说它“老寿星”是因为高分六号是我国第一颗设计寿命达8年的低轨遥感小卫星。为了满足其8年寿命的高要求,研究院对控制系统进行了部件级和系统级的多重保障。

“民以食为天”,卫星也一样,能源是关键,而太阳帆板驱动机构(简称SADA)就是这个关键的关键。如果把太阳帆板比作两个长长的手臂,则SADA就是连接身体和手臂的肩关节,太阳帆板所发的电就是通过这个“关节”传送进卫星身体里的,所不同的是这个传输不能单纯通过导线,因为这个“关节”还要带动太阳帆板始终“紧跟”太阳,要在8年寿命期间完成将近45000圈的转动,这是目前寿命最长的15年寿命高轨道卫星SADA寿命圈数的近8倍,也就是说,高分六号SADA产品的耐磨损能力要比该院现有各系列SADA产品的技术要求都要高上一大截。

航天是讲求可靠的,在可能的情况下改动当然越小越好,遵循这一原则,研究院科研人员确定在目前小卫星平台上广泛使用的某型SADA基础上进行少量改动,这是兼顾可靠性和研制进度等多方面的最佳选择。得益于研究院此前开展过的两次分别满足3年和5年寿命需求的寿命试验,以及寿命试验后全面、详细的拆解检查记录,研制人员直接将目标锁定在电机内部轴承润滑和齿轮副润滑上。过程当然不是一帆风顺的,经历过挫折、经历过摸索,但“使命必达”是研究院人的一贯追求,最终用最小的代价解决了寿命提升问题。据悉,高分六号SADA在等效在轨16年的地面寿命试验后,改进位置的磨损情况非常轻微,达到了满意的效果。

SADA从最根本的能源角度解决了寿命的问题,但发射卫星的目的不是到地球外面的世界转转就可以了,是要工作的。作为一颗高分辨率对地观测光学小卫星,卫星平台是要为相机拍照提供基础条件的,比如对某个方向的指向要快、要准,拍照的时候要稳,等等。为了满足这些要求,研究院从系统级冗余设计角度对该卫星控制系统进行了重新设计,重点对动量轮的配备数量和其在卫星上的相对安装位置,即构型,进行了更改。数量上动量轮由4个升级为6个,构型上也在小卫星中首次采用了一种新的动量轮安装方式。动量轮是通过调整转速,利用其反作用力实现对卫星姿态的调整,其作用的发挥通常需要多个动量轮的配合。所以直观的看,数量的增加必然增加动量轮工作时的组合方式,事实也的确如此,新的构型可以大大提高动量轮的冗余组合能力——“在轨设计有近20种组合方式”,且6个动量轮在岗位职责上有些是互为备份的,就是说即使有某动量轮不得不中途退出战斗,通过新的职能划分,其余动量轮兄弟也能很好地消化掉他所承担的工作,高分六号控制系统最多可以应对2个动量轮同时故障情况下的正常工作。卫星副总设计师张屹峰说,“这种新的构型在提升应对故障能力的同时,还将大大提升卫星的机动性能,大大改善动量轮产品的工作条件,可以实现变相的产品寿命的提升”。

“一朵花开不是春”,为了研制出一个更优化的高分六号控制分系统,除了SADA和动量轮,研究院还做了很多方面的努力。比如优化了星敏感器的遮光罩和安装方式,进一步提升了该产品的光机电一体化热稳定性;比如进一步优化了星敏感器的星点误差算法,提升了产品的精度。





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