衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為何突然關(guān)機(jī)

閔士權(quán)

最近發(fā)生的轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)故障

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器關(guān)機(jī)通常分正常關(guān)機(jī)和應(yīng)急關(guān)機(jī)兩種。正常關(guān)機(jī)是指操作人員按衛(wèi)星在軌運(yùn)行管理計(jì)劃中預(yù)定的時(shí)間對預(yù)定的轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。進(jìn)行此種關(guān)機(jī)對用戶造成影響必須事先作好預(yù)案。應(yīng)急關(guān)機(jī)是在軌運(yùn)行中衛(wèi)星突然出現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象，而引起自動(dòng)或人工關(guān)機(jī)操作。本文所講的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)就是上述的應(yīng)急關(guān)機(jī)。

今年2月我國衛(wèi)星公司經(jīng)營的衛(wèi)星中一些衛(wèi)星發(fā)生了轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)故障，其中中星-6B和鑫諾-1衛(wèi)星各自發(fā)生了一次全部工作轉(zhuǎn)發(fā)器自動(dòng)關(guān)閉現(xiàn)象。這些衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)引起的信號中斷，影響了用戶的電視收看和通信。

中星-6B衛(wèi)星關(guān)機(jī)：據(jù)報(bào)道今年2月9日10時(shí)59分56秒，由于中星-6B衛(wèi)星發(fā)生故障，導(dǎo)致在該衛(wèi)星上傳輸?shù)闹醒腚娨暸_(tái)、中國教育電視臺(tái)和23個(gè)省的衛(wèi)視等共150套電視節(jié)目全部中斷。又據(jù)報(bào)導(dǎo)當(dāng)時(shí)該衛(wèi)星控制中心的工作人員發(fā)現(xiàn)中星-6B衛(wèi)星遙測信號出現(xiàn)報(bào)警，衛(wèi)星自動(dòng)進(jìn)入安全模式，并自動(dòng)關(guān)閉了衛(wèi)星上所有的轉(zhuǎn)發(fā)器，過了5分鐘30秒，中星-6B又開始進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。

鑫諾-1衛(wèi)星關(guān)機(jī)：據(jù)報(bào)道今年2月25日7時(shí)許，由于鑫諾-1衛(wèi)星發(fā)生故障，信號中斷數(shù)小時(shí)，導(dǎo)致全國多家媒體和通訊公司受到影響。又據(jù)報(bào)導(dǎo)該衛(wèi)星公司的一名工作人員證實(shí)此衛(wèi)星發(fā)生故障，衛(wèi)星自動(dòng)進(jìn)入安全模式，并自動(dòng)關(guān)閉了衛(wèi)星上所有的轉(zhuǎn)發(fā)器。

引起轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)的幾種原因

一般地說，在排除人為操作失誤情況下，造成轉(zhuǎn)發(fā)器突然關(guān)機(jī)的幾種起因如下：

自動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器：轉(zhuǎn)發(fā)器上行輸入信號過大或轉(zhuǎn)發(fā)器自身失常引起電流過大導(dǎo)致自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)；轉(zhuǎn)發(fā)器開關(guān)機(jī)電路誤動(dòng)作導(dǎo)致自動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器；衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)失常，自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式并關(guān)閉全部轉(zhuǎn)發(fā)器。

人工關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器：人為惡意干擾信號入侵，為避免轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號，衛(wèi)星操作人員主動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器；轉(zhuǎn)發(fā)器自身故障，不能工作或轉(zhuǎn)發(fā)信號低劣，衛(wèi)星操作人員主動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器；衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器以外其它部件故障造成轉(zhuǎn)發(fā)器不能工作，衛(wèi)星操作人員主動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)發(fā)器。

以下對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)失常，自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式并關(guān)閉全部轉(zhuǎn)發(fā)器的原理和目的作一些說明。

衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制系統(tǒng)概念

衛(wèi)星的姿態(tài)控制就是控制衛(wèi)星的飛行姿態(tài)，保持姿態(tài)軸的穩(wěn)定，并根據(jù)需要改變姿態(tài)軸的方向。由于各種干擾，衛(wèi)星在空間的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，這時(shí)就要進(jìn)行控制和調(diào)整。我國現(xiàn)用的通信和廣播衛(wèi)星的控制方式是對其相互垂直的X、Y、Z三個(gè)軸進(jìn)行控制的三軸姿態(tài)穩(wěn)定方式。實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制的系統(tǒng)一般包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)控制器和姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分。

姿態(tài)敏感器的作用是感受和測量衛(wèi)星的姿態(tài)變化：衛(wèi)星沿各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度量值和是否超出規(guī)定的范圍。姿態(tài)敏感器有陀螺、地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等。

姿態(tài)控制器的作用是把姿態(tài)敏感器送來的衛(wèi)星姿態(tài)角變化值信號，經(jīng)過一系列的比較、處理，然后把產(chǎn)生的控制信號輸送到姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)姿態(tài)控制器送來的控制信號產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星姿態(tài)恢復(fù)到正確的位置。通常使用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩種。一種是氣體噴管，即在衛(wèi)星三個(gè)軸的方向安置若干個(gè)小的氣體噴管。一旦衛(wèi)星偏離所要求的姿態(tài)，相應(yīng)方向的噴管就會(huì)噴出氣體，產(chǎn)生推力，使衛(wèi)星回到所要求的姿態(tài)位置。另一種是反作用飛輪（一種具有一定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的輪子）。當(dāng)衛(wèi)星的姿態(tài)處于所要求的姿態(tài)時(shí)，飛輪保持勻速旋轉(zhuǎn)，如果衛(wèi)星偏離了某一位置，則通過姿態(tài)敏感器和控制線路使飛輪加速或減速，產(chǎn)生一個(gè)相反方向的力矩，使衛(wèi)星回復(fù)到所要求的姿態(tài)位置。衛(wèi)星三個(gè)軸向各設(shè)置一個(gè)這樣的飛輪，就能控制衛(wèi)星三個(gè)軸方向的姿態(tài)。

衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制系統(tǒng)安全模式概念

為了執(zhí)行各種控制任務(wù)，須將控制系統(tǒng)各部件組成不同工作模式。其中一種模式就是安全模式。當(dāng)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，最致命的結(jié)果有衛(wèi)星轉(zhuǎn)速太快使結(jié)構(gòu)散架；太陽電池翼長時(shí)間不面向太陽使能源耗盡；推力器長時(shí)間亂噴氣使燃料噴完等。為了確保衛(wèi)星的安全，防止上述致命故障產(chǎn)生及進(jìn)行故障處理，控制系統(tǒng)的姿態(tài)控制器中設(shè)置了星上自主的安全模式，使地面有時(shí)間通過遙測、遙控判斷故障部位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，恢復(fù)正常工作。

安全模式的主要功能是在控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)部件的重新配置，使衛(wèi)星跟蹤太陽，并使衛(wèi)星太陽電池翼面向太陽，確保衛(wèi)星的能源供應(yīng)以維持衛(wèi)星的“生命”，并保持在這種安全狀態(tài)下，等待地面分析和處理。

由于整個(gè)衛(wèi)星上耗功最大的系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)耗功最大的工作狀態(tài)是全部轉(zhuǎn)發(fā)器處于開機(jī)狀態(tài)。進(jìn)入安全模式后，控制器的安全電路會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令關(guān)閉星上全部轉(zhuǎn)發(fā)器，大幅度降低衛(wèi)星耗功，保證衛(wèi)星的能源用于故障處理急需。

還須說明，在安全模式情況下，因衛(wèi)星姿態(tài)已偏離原定的正常運(yùn)行模式姿態(tài)，將導(dǎo)致衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器用的通信天線收發(fā)波束指向嚴(yán)重偏離原定服務(wù)區(qū)，從而導(dǎo)致衛(wèi)星收不到原定服務(wù)區(qū)內(nèi)上行站信號，相應(yīng)地地面廣大用戶也就收不到轉(zhuǎn)發(fā)信號，此時(shí)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器開機(jī)提供服務(wù)已無意義。

引起衛(wèi)星自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式幾種原因

現(xiàn)討論一下衛(wèi)星在軌運(yùn)行中自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式幾種起因。自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式各種起因最簡單的劃分可有三種：一是衛(wèi)星自身發(fā)生某種故障，符合進(jìn)入安全模式判別準(zhǔn)則，導(dǎo)致控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式，這是正常的，正是我們設(shè)計(jì)安全模式的目的。當(dāng)然，我們還是希望衛(wèi)星的可靠性盡量高，少出故障，特別是嚴(yán)重故障，要減少這類事件發(fā)生。二是外部空間高能粒子等強(qiáng)干擾，引起控制系統(tǒng)相關(guān)姿態(tài)敏感器或控制器輸出數(shù)據(jù)失常，錯(cuò)誤導(dǎo)致控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入安全模式，這是難免的小概率事件，但是我們還是要加強(qiáng)防范功能，盡量減少這類事件發(fā)生；三是測控衛(wèi)星人員操作失誤，測控衛(wèi)星是一項(xiàng)高度緊張和復(fù)雜的工作，在衛(wèi)星某種惡劣運(yùn)行環(huán)境或特定工作狀態(tài)下偶爾發(fā)生操作失誤是難免的，當(dāng)然我們還是希望盡量避免這種現(xiàn)象發(fā)生。

我們相信有關(guān)單位對于今年2月中星-6B衛(wèi)星和鑫諾-1衛(wèi)星各自發(fā)生的自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全模式并關(guān)閉全部轉(zhuǎn)發(fā)器的故障事件會(huì)得出正確的分析結(jié)果，并采取相應(yīng)防范措施。