“羲和”探日！細(xì)數(shù)我國(guó)首顆探日衛(wèi)星“黑科技”

張建松

“羲和”探日！10月14日，搭載著我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”的長(zhǎng)征二號(hào)丁火箭，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，我國(guó)正式步入“探日”時(shí)代。

“羲和號(hào)”由中國(guó)航天科技集團(tuán)八院抓總研制。14日，在滬召開(kāi)的第九屆航天技術(shù)創(chuàng)新國(guó)際會(huì)議上，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院科技委常務(wù)副主任陳杰詳細(xì)介紹了衛(wèi)星上的“黑科技”。

“雙超”衛(wèi)星平臺(tái)

據(jù)陳杰介紹，“羲和號(hào)”整星重量510千克，運(yùn)行于軌道高度為517公里的晨昏太陽(yáng)同步軌道。衛(wèi)星主要科學(xué)載荷為太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡，將在國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)Hα波段的光譜成像探測(cè)。通過(guò)對(duì)該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽(yáng)爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物理機(jī)制。

為確保太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡在太空平穩(wěn)、精確觀測(cè)，“羲和號(hào)”采用了全新構(gòu)型。太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡被安裝在專門的載荷艙中，載荷艙與平臺(tái)艙間采用了“動(dòng)靜隔離非接觸”總體設(shè)計(jì)新方法，完全進(jìn)行物理隔離，以阻斷平臺(tái)艙微振動(dòng)傳遞路徑。

“羲和號(hào)”首次在軌應(yīng)用磁浮控制，采用高精度、大帶寬、自身無(wú)干擾的“磁浮作動(dòng)器”，作為載荷艙的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而使載荷艙超高指向精度、超高穩(wěn)定度控制的性能得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)“載荷艙主動(dòng)控制、平臺(tái)艙從動(dòng)控制”新方法，使衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)姿態(tài)指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度，比國(guó)內(nèi)現(xiàn)有能力提升1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

由于太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)了很多觀測(cè)方式，有時(shí)需要對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行平場(chǎng)定標(biāo)，即需要控制衛(wèi)星姿態(tài)依次指向太陽(yáng)圓盤的九個(gè)不同區(qū)域;有時(shí)需要控制衛(wèi)星姿態(tài)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行連續(xù)的擺掃觀測(cè);有時(shí)需要對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行暗場(chǎng)定標(biāo)，即控制衛(wèi)星姿態(tài)指向空間特定區(qū)域;而在兩艙解鎖時(shí)，還需要平臺(tái)艙跟隨載荷艙實(shí)現(xiàn)相對(duì)姿態(tài)控制。針對(duì)這些不同需求，平臺(tái)艙也設(shè)計(jì)了5種不同的指向模式，可及時(shí)響應(yīng)和切換。

陳杰表示，作為我國(guó)新一代衛(wèi)星平臺(tái)，超高指向精度、超高穩(wěn)定性的“雙超”衛(wèi)星平臺(tái)，可大幅提升我國(guó)衛(wèi)星平臺(tái)的指向精度與穩(wěn)定度，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。未來(lái)，“雙超”衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)還將在高分辨率對(duì)地詳查、大比例尺立體測(cè)繪、太陽(yáng)立體探測(cè)、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。

無(wú)線能源傳輸

作為我國(guó)首位太陽(yáng)專屬“攝像師”，“羲和號(hào)”載荷艙和平臺(tái)艙完全物理隔離，確保了載荷艙不受衛(wèi)星平臺(tái)擾動(dòng)的影響，具備了完美的“防抖”功能，但問(wèn)題也隨之而來(lái)。

載荷艙和平臺(tái)艙處于非接觸狀態(tài)，傳統(tǒng)的供電方式無(wú)法滿足能源傳輸需求。衛(wèi)星在軌運(yùn)行過(guò)程中，如何解決載荷艙的能源獲取問(wèn)題？又該怎樣實(shí)現(xiàn)整星的能源分配呢？

八院811所研制團(tuán)隊(duì)深入研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，提出“磁感應(yīng)耦合式”無(wú)線能量傳輸技術(shù)，首次在衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)大功率、高可靠、高效無(wú)線能源傳輸技術(shù)的應(yīng)用;首次將能源采集、能源儲(chǔ)存、能源控制管理及二次配電實(shí)現(xiàn)了智能化和一體化設(shè)計(jì)。從能量輸入到輸出，整個(gè)鏈路的綜合轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80%以上;在磁場(chǎng)耦合部分，磁傳輸效率更是達(dá)到了95%以上，實(shí)現(xiàn)了高效低熱耗的能量傳輸。

空間激光通信

由于“羲和號(hào)”的載荷艙和平臺(tái)艙之間完全隔離，也無(wú)法通過(guò)電纜傳輸能源和信息。為此，衛(wèi)星采用激光通信和微波通信兩種“互為備份”的無(wú)線通信方式，在兩艙之間架起了5G高速通信通道。

“羲和號(hào)”上還有一位“新面孔”——艙間高速激光通信單機(jī)。該設(shè)備由八院802所激光中心團(tuán)隊(duì)研制，負(fù)責(zé)艙間數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，這也是國(guó)內(nèi)首個(gè)接入衛(wèi)星平臺(tái)的艙間無(wú)纜化激光數(shù)傳設(shè)備，按計(jì)劃將在軌工作三年。

“羲和號(hào)”將對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行高分辨率的光譜成像，屆時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的科學(xué)數(shù)據(jù)。激光通信子系統(tǒng)具備高速的激光傳輸接口，可以提高科學(xué)載荷數(shù)據(jù)傳輸速率，將星內(nèi)數(shù)傳帶寬大大提高，為載荷的高清成像數(shù)據(jù)積累提供了有效保障。

此外，八院電子所負(fù)責(zé)的綜合電子分系統(tǒng)平臺(tái)艙管理單元和載荷艙14臺(tái)產(chǎn)品，為整星提供對(duì)地測(cè)控、數(shù)傳及星務(wù)管理等功能，也是“羲和號(hào)”上不可或缺的“黑科技”。