作者:潘晨 杨艳 薛英民 甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2015/12/30 8:21:03
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最高“天眼”高分四号:“高”在何处

航天五院研制人员完成“高分四号”卫星研制任务。航天五院供图 

■通讯员 潘晨 杨艳 薛英民 本报记者 甘晓

由航天科技集团五院抓总研制的高分四号卫星运行在距地球36000公里的太空,被誉为当今观测地球的最高“太空眼”。

这意味着,我国已有望突破地球同步轨道遥感卫星总体设计、控制技术、长时间在轨运行、高稳定一体化结构以及高轨高分辨率相机等多项关键技术。

遥感卫星总体设计技术首攀高轨之峰

总体设计是卫星研制工程的“龙头”。进行高轨道高分辨率光学遥感卫星设计,在世界上尚没有工程实施的先例。

与低轨道相比,高轨道光学遥感卫星设计技术面临着诸多新难题。例如,如何应对空间辐照、百度温差等温度交变的轨道环境考验,如何在距地球几十倍远的太空保持“好视力”等等。和通信、导航卫星领域的“高轨兄弟”相比,高轨道遥感卫星设计又面临着高稳定度的要求,确保拍照都不能“发抖”。这为高分四号的系统设计带来了难度和挑战性。

在高分四号卫星总指挥兼总设计师李果的带领下,来自五院总体部的总体设计人员在没有在轨飞行先例、没有成熟的技术体制可供借鉴的情况下,应对了成像质量保障、卫星构型设计、工作模式设计、微振动等带来的一系列挑战,突破了总体设计关键技术,设计出高水准的卫星总体方案,形成了我国首个高轨道遥感卫星平台。

至此,我国遥感卫星总体技术首次登上高轨道的山峰,为“站得高、看得广、拍得棒”提供了坚实的系统保障。

长寿命、高精度的快速机动

与地球静止轨道通信卫星处于相对静止状态不同,高轨道遥感卫星在瞄准观测目标时既要迅速对准,又要瞬间稳定拍照。姿态快速机动与高稳定控制是该卫星的关键技术之一。

为此,五院502所的技术人员突破了“小角度快速机动技术”,为高分四号安装了四个大力矩动量轮。研制人员还从卫星平台的两大活动部件飞轮和太阳帆板驱动机构着手,把振动减到了最小。同时,“微步细分”太阳帆板驱动机构以小步快跑避免了大跨步前进引起的振动干扰,使转动更加平滑。他们新研制了具有输出力矩大、控制精度高、寿命长、重量轻、使用便捷等特点的“大力矩飞轮”,实现了调整姿态时的快速机动。

同时,为满足高分四号卫星需在轨8年的使用要求,研制人员潜心钻研,全方位助其“延年益寿”。他们深入分析了对卫星平台、有效载荷寿命和可靠性有影响的因素,并对地球同步轨道卫星的空间环境进行了深入研究,全面增强高分四号的“抵抗力”。

例如,为应对午夜时分太阳暴晒,设计人员提出了“阳光规避”模式,由控制系统自动躲避太阳;为应对辐照,研制人员对原来应用于低轨卫星上的电子学单机以及光学膜系进行了抗辐照设计,提升了空间环境适应能力。

拍照更稳、成像更清晰

高分四号卫星携带的相机口径很大,而“大炮筒”一般的相机如果不能安装在合适的“三脚架”上,会导致成像模糊。

五院总体部研制人员首次采用了一体化结构,创新设计了一个在太空中“零变形”的“三脚架”。五院529厂设计出一套新型组合式工装,不仅可以一次成型复杂的结构,而且能够同时保证异型结构每一个平面的精度。此外,他们首次采用冷热交变的方式,释放复合材料结构内部的应力,使“三脚架”更加稳固。

在成像质量上,为更好地适应高轨恶劣的空间环境,负责高分四号卫星相机研制的508所在高分相机家族中创造了多个“第一”,如第一次采用亿级像元数的可见光器件以及百万级像元的中波红外器件,第一次采用大面阵凝视成像体制,第一次采用中波红外与可见光共口径的光学设计等。研制人员还开展了卫星成像参数优化、高轨道图像辅助数据设计等一系列技术攻关,突破了复杂成像条件下高轨遥感卫星的成像质量保障技术。

此外,一系列高轨道红外探测器的关键技术攻关,确保红外探测器即将在高轨道上首次成功应用。

《中国科学报》 (2015-12-30 第1版 要闻)
 
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