“羲和”探日!细数我国首颗探日卫星“黑科技”

“羲和”探日!10月14日,搭载着我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”的长征二号丁火箭,在太原卫星发射中心成功发射,我国正式步入“探日”时代。“羲和号”由中国航天科技集团八院抓总研制。14日,在沪召开的第九届航天技术创新国际会议上,中国航天科技集团八院科技委常务副主任陈杰详细介绍了卫

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  “羲和”探日!10 月 14 日,搭载着我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”的长征二号丁火箭,在太原卫星发射中心成功发射,我国正式步入“探日”时代。

  “羲和号”由中国航天科技集团八院抓总研制。14 日,在沪召开的第九届航天技术创新国际会议上,中国航天科技集团八院科技委常务副主任陈杰详细介绍了卫星上的“黑科技”。

  “双超”卫星平台

  据陈杰介绍,“羲和号”整星重量 510 千克,运行于轨道高度为 517 公里的晨昏太阳同步轨道。卫星主要科学载荷为太阳空间望远镜,将在国际首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测。通过对该谱线的数据分析,可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化,研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。

  为确保太阳空间望远镜在太空平稳、精确观测,“羲和号”采用了全新构型。太阳空间望远镜被安装在专门的载荷舱中,载荷舱与平台舱间采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法,完全进行物理隔离,以阻断平台舱微振动传递路径。

  “羲和号”首次在轨应用磁浮控制,采用高精度、大带宽、自身无干扰的“磁浮作动器”,作为载荷舱的执行机构,从而使载荷舱超高指向精度、超高稳定度控制的性能得以实现。通过“载荷舱主动控制、平台舱从动控制”新方法,使卫星实现姿态指向精度、姿态稳定度,比国内现有能力提升1-2 个数量级。

  由于太阳空间望远镜设计了很多观测方式,有时需要对太阳进行平场定标,即需要控制卫星姿态依次指向太阳圆盘的九个不同区域;有时需要控制卫星姿态对太阳进行连续的摆扫观测;有时需要对卫星进行暗场定标,即控制卫星姿态指向空间特定区域;而在两舱解锁时,还需要平台舱跟随载荷舱实现相对姿态控制。针对这些不同需求,平台舱也设计了 5 种不同的指向模式,可及时响应和切换。

  陈杰表示,作为我国新一代卫星平台,超高指向精度、超高稳定性的“双超”卫星平台,可大幅提升我国卫星平台的指向精度与稳定度,达到国际先进水平。未来,“双超”卫星平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中进行广泛推广应用。

  无线能源传输

  作为我国首位太阳专属“摄像师”,“羲和号”载荷舱和平台舱完全物理隔离,确保了载荷舱不受卫星平台扰动的影响,具备了完美的“防抖”功能,但问题也随之而来。

  载荷舱和平台舱处于非接触状态,传统的供电方式无法满足能源传输需求。卫星在轨运行过程中,如何解决载荷舱的能源获取问题?又该怎样实现整星的能源分配呢?

  八院 811 所研制团队深入研究国内外相关先进技术,提出“磁感应耦合式”无线能量传输技术,首次在卫星上实现大功率、高可靠、高效无线能源传输技术的应用;首次将能源采集、能源储存、能源控制管理及二次配电实现了智能化和一体化设计。从能量输入到输出,整个链路的综合转换效率达到 80% 以上;在磁场耦合部分,磁传输效率更是达到了 95% 以上,实现了高效低热耗的能量传输。

  空间激光通信

  由于“羲和号”的载荷舱和平台舱之间完全隔离,也无法通过电缆传输能源和信息。为此,卫星采用激光通信和微波通信两种“互为备份”的无线通信方式,在两舱之间架起了 5G 高速通信通道。

  “羲和号”上还有一位“新面孔”——舱间高速激光通信单机。该设备由八院 802 所激光中心团队研制,负责舱间数据传输任务,这也是国内首个接入卫星平台的舱间无缆化激光数传设备,按计划将在轨工作三年。

  “羲和号”将对太阳进行高分辨率的光谱成像,届时会产生巨大的科学数据。激光通信子系统具备高速的激光传输接口,可以提高科学载荷数据传输速率,将星内数传带宽大大提高,为载荷的高清成像数据积累提供了有效保障。

  此外,八院电子所负责的综合电子分系统平台舱管理单元和载荷舱 14 台产品,为整星提供对地测控、数传及星务管理等功能,也是“羲和号”上不可或缺的“黑科技”。(记者张建松)

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