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全力打造結(jié)實(shí)耐用的控制系統(tǒng)

時(shí)間:2018年06月04日 信息來(lái)源:中國(guó)空間技術(shù)研究院官方微信 點(diǎn)擊:2578 字體:

全力打造結(jié)實(shí)耐用的控制系統(tǒng).jpg

高分一號(hào)衛(wèi)星于2013426日發(fā)射入軌,目前已圓滿完成5年考核壽命,中國(guó)空間技術(shù)研究院下屬北京控制工程研究所研制的控制系統(tǒng)在軌表現(xiàn)完美。高分六號(hào)和高分一號(hào)同屬我國(guó)成熟的CAST2000小衛(wèi)星平臺(tái),設(shè)計(jì)壽命再上新臺(tái)階,達(dá)8年,就是說(shuō),到2026年,高分六號(hào)將成為一位8齡老壽星,說(shuō)它“老壽星”是因?yàn)楦叻至?hào)是我國(guó)第一顆設(shè)計(jì)壽命達(dá)8年的低軌遙感小衛(wèi)星。為了滿足其8年壽命的高要求,研究院對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的多重保障。

“民以食為天”,衛(wèi)星也一樣,能源是關(guān)鍵,而太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱SADA)就是這個(gè)關(guān)鍵的關(guān)鍵。如果把太陽(yáng)帆板比作兩個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的手臂,則SADA就是連接身體和手臂的肩關(guān)節(jié),太陽(yáng)帆板所發(fā)的電就是通過(guò)這個(gè)“關(guān)節(jié)”傳送進(jìn)衛(wèi)星身體里的,所不同的是這個(gè)傳輸不能單純通過(guò)導(dǎo)線,因?yàn)檫@個(gè)“關(guān)節(jié)”還要帶動(dòng)太陽(yáng)帆板始終“緊跟”太陽(yáng),要在8年壽命期間完成將近45000圈的轉(zhuǎn)動(dòng),這是目前壽命最長(zhǎng)的15年壽命高軌道衛(wèi)星SADA壽命圈數(shù)的近8倍,也就是說(shuō),高分六號(hào)SADA產(chǎn)品的耐磨損能力要比該院現(xiàn)有各系列SADA產(chǎn)品的技術(shù)要求都要高上一大截。

航天是講求可靠的,在可能的情況下改動(dòng)當(dāng)然越小越好,遵循這一原則,研究院科研人員確定在目前小衛(wèi)星平臺(tái)上廣泛使用的某型SADA基礎(chǔ)上進(jìn)行少量改動(dòng),這是兼顧可靠性和研制進(jìn)度等多方面的最佳選擇。得益于研究院此前開(kāi)展過(guò)的兩次分別滿足3年和5年壽命需求的壽命試驗(yàn),以及壽命試驗(yàn)后全面、詳細(xì)的拆解檢查記錄,研制人員直接將目標(biāo)鎖定在電機(jī)內(nèi)部軸承潤(rùn)滑和齒輪副潤(rùn)滑上。過(guò)程當(dāng)然不是一帆風(fēng)順的,經(jīng)歷過(guò)挫折、經(jīng)歷過(guò)摸索,但“使命必達(dá)”是研究院人的一貫追求,最終用最小的代價(jià)解決了壽命提升問(wèn)題。據(jù)悉,高分六號(hào)SADA在等效在軌16年的地面壽命試驗(yàn)后,改進(jìn)位置的磨損情況非常輕微,達(dá)到了滿意的效果。

SADA從最根本的能源角度解決了壽命的問(wèn)題,但發(fā)射衛(wèi)星的目的不是到地球外面的世界轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)就可以了,是要工作的。作為一顆高分辨率對(duì)地觀測(cè)光學(xué)小衛(wèi)星,衛(wèi)星平臺(tái)是要為相機(jī)拍照提供基礎(chǔ)條件的,比如對(duì)某個(gè)方向的指向要快、要準(zhǔn),拍照的時(shí)候要穩(wěn),等等。為了滿足這些要求,研究院從系統(tǒng)級(jí)冗余設(shè)計(jì)角度對(duì)該衛(wèi)星控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),重點(diǎn)對(duì)動(dòng)量輪的配備數(shù)量和其在衛(wèi)星上的相對(duì)安裝位置,即構(gòu)型,進(jìn)行了更改。數(shù)量上動(dòng)量輪由4個(gè)升級(jí)為6個(gè),構(gòu)型上也在小衛(wèi)星中首次采用了一種新的動(dòng)量輪安裝方式。動(dòng)量輪是通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速,利用其反作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的調(diào)整,其作用的發(fā)揮通常需要多個(gè)動(dòng)量輪的配合。所以直觀的看,數(shù)量的增加必然增加動(dòng)量輪工作時(shí)的組合方式,事實(shí)也的確如此,新的構(gòu)型可以大大提高動(dòng)量輪的冗余組合能力——“在軌設(shè)計(jì)有近20種組合方式”,且6個(gè)動(dòng)量輪在崗位職責(zé)上有些是互為備份的,就是說(shuō)即使有某動(dòng)量輪不得不中途退出戰(zhàn)斗,通過(guò)新的職能劃分,其余動(dòng)量輪兄弟也能很好地消化掉他所承擔(dān)的工作,高分六號(hào)控制系統(tǒng)最多可以應(yīng)對(duì)2個(gè)動(dòng)量輪同時(shí)故障情況下的正常工作。衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師張屹峰說(shuō),“這種新的構(gòu)型在提升應(yīng)對(duì)故障能力的同時(shí),還將大大提升衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)性能,大大改善動(dòng)量輪產(chǎn)品的工作條件,可以實(shí)現(xiàn)變相的產(chǎn)品壽命的提升”。

“一朵花開(kāi)不是春”,為了研制出一個(gè)更優(yōu)化的高分六號(hào)控制分系統(tǒng),除了SADA和動(dòng)量輪,研究院還做了很多方面的努力。比如優(yōu)化了星敏感器的遮光罩和安裝方式,進(jìn)一步提升了該產(chǎn)品的光機(jī)電一體化熱穩(wěn)定性;比如進(jìn)一步優(yōu)化了星敏感器的星點(diǎn)誤差算法,提升了產(chǎn)品的精度。




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