“陆探一号”能否看得准,这根“管道”很关键

2022年1月26日,陆地探测一号01组A星成功发射升空,星上搭载了国内首个基于空间观测的高精度地表微变形监测雷达系统。这是一位极为挑剔的“乘客”,对卫星在轨运行的“精确、自主”性提出了相当高的要求。中国航天科技集团八院控制所姿轨控分系统研制团队秉持“顾客至上”的宗旨,赋予卫星出色的“驾驶”技术,为太空专车上的“乘客”圆满完成使命任务保驾护航。

最智能的驾驶系统满足最挑剔的乘客需求

“如果把卫星比作太空专车,姿轨控分系统就是他的驾驶系统。驾驶系统如何设计完全取决于‘乘客’的个性化需求。”卫星副总设计师王文妍打了个比方,“有的‘乘客’需要拍摄地球某一部分的远景图像,这就需要姿轨控分系统对得准、足够稳;有的‘乘客’喜欢拍特写,这就需要姿轨控分系统足够灵活,始终跟不丢。对于陆地探测一号01组A星而言,‘乘客’最大的要求是能够对拍摄目标点进行高精度的时空重访。”

所谓高精度时空重访是指卫星经过一个回归周期后,能够严格的回到初始目标点上空。“这里的严格包括了时间、空间的双重约束,这是陆地探测一号01组A星能够完成地表形变监测,从而支撑地质灾害预测的重要前提。”王文妍补充道。

为了满足任务需求,这辆太空专车预装了一条回归精度达到米级的目标参考轨道,也就是“导航路线”,能够指引卫星准时准确到达预定地点。“而姿轨控分系统的任务就是通过轨道保持控制技术保证卫星在真实复杂的空间环境影响下,能够始终严格按照‘导航路线’驾驶,不会偏航。”姿轨控主任设计师杜耀柯说道。

从千米到百米的跨越

对于常规近地卫星而言,轨道保持控制精度通常在几千米到几十千米之间,而陆地探测一号01组A星的控制精度由千米级提升至百米级,且约束条件由1维升级为3维。为此,八院姿轨控分系统团队精心打造了以高精度管道导航与控制为核心的“自动驾驶系统”,让陆地探测一号01组A星能够自主稳定行驶。

“这里的‘管道’是指我们以目标参考轨道为中轴,以轨道控制精度要求为半径而拉伸成的一个三维空间,外形就像一根管道,要将卫星牢牢地控制在这个管道空间里。”杜耀柯解释道。管道导航技术可以准确计算出卫星‘偏航’的时间与空间偏差,然后驱动管道控制这个‘方向盘’保证卫星始终运行在预定的空间里。

据系统设计师介绍,姿轨控研制团队充分借鉴了以往双星编队控制的工程研制经验,创新性地提出了基于虚拟编队飞行理论的轨道控制方案,也就是将目标参考轨道当做假想的主星,让陆地探测一号01组A星自主跟随,赋予卫星“自动驾驶”能力,而且能够“精打细算”地制定控制策略,以尽量降低星载推进剂的消耗,这也是未来长寿命应用卫星领域的一个重要发展趋势。(陈葆娟)

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