中国新射的北斗1D星可能出问题了!

一、北斗1D应该是什么样的卫星。

官方的发射消息出来后,我们根据长三甲火箭、西昌发射和要做四次转轨等信息,可以确定这是一颗和前三枚北斗一样的静止卫星。我们很快跟踪到的轨道信息也证明它被打到了同步转移轨道。

我们现在打的静止卫星不是用东三平台,就是用东四。东四平台太大,长三甲带不动,而且首星鑫诺二号刚挂了。东三平台还有种稍加改进的东三甲,主要是升级了电源系统,其它基本一样,所以北斗1D用东三还是东三甲对我们议题影响不大。

二、北斗1D的作用

这颗北斗本来是要发挥承前启后的作用的。前两颗北斗明年就到阳寿了,必须打上这颗静止星,与北斗三号一起继续维护北斗导航系统的正常工作。而北斗二代的星座中本来就是要有四颗静止星的,这颗星届时可以继续发挥作用。因此它目前算是北斗一代组成部分,未来可以纳入二代系统。

北斗1D比1A和1B晚射6年多,比1C晚射近4年,肯定会实验某些新的系统,特别是应该到北斗2代的关键技术。很可能这次已换用国产的原子钟。此前三星用的是进口货,受禁运限制,精度较差。根据以前披露的情况,北斗二代已选用北大研制的铷钟,稳定度达到2-3×10-14/日,这不仅比一代高出数个指数级,而且也略强于现役GPS和GLONASS的星钟,而与其改进型及伽利略系统相当,其重量估计不会超过20公斤,可以说一举解决卡脖子问题,而达到国际先进水平。使用这种高性能国产星钟的北斗二代,应能达到GPS二代的技术和性能水平.

另外,1D很可能使用有源和无源双信号,在保留一代短信功能的同时测试无源定位技术。

据范本尧在发射1C后的预告,这颗北斗1D的寿命将是10年,原本是打算服役到1017年的.

三、北斗1D的发射及定位程序应该是什么样的:

第一步:长三甲先将卫星打入同步转移轨道,这是一个近地点200公里左右,远地点大约360000至40000多公里的大椭圆轨道,卫星在近地点时跑得最快,远地点时最慢,这个原理大家在中学都学过。值得一提的是,此时的轨道倾角通常是25度到28度左右,原因是西昌不在赤道上,从较高纬度打上去必然带一定倾角。以后从海南打,倾角应该会小些。

第二步:星箭分离后,要完成各种率阻尼(把火箭的扰动消除掉),然后用星上设备进行太阳捕获,再根据得到的太阳位置将星体的Z轴对准太阳,整个星体绕Z轴以每秒0.5度的角速度慢速旋转。以上姿态调整叫做建立巡航姿态。

第三步:卫星接近远地点时将巡航姿态改为远地点点火姿态,490N推力的远点地发动机点火开始转轨,卫星重新建立巡航姿态。卫星由同步转移轨道进入第一中间轨道,此时轨道近地点高度大幅提升,倾角也开始缩小。

第四步:在第二个远地点重复上述动作,卫星在远地点发动机推动下由第一中间轨道转入第二中间轨道,轨道变得更圆,倾角更小。

第五步:卫星第三次启动远地点发动机,从第二中间轨道进入准同步轨道。此时卫星已经不会飞离我们的地面测控区了,远望船队可以班师回朝了。

第六步:用卫星上的调姿用的10N推力器调整卫星准确进入预定位置。

其它静止卫星发射与此大同小异,都要经过同步转移轨道,因为这样最节省燃料。只是转轨策略有所不同,有的从同步转移轨道直接上准同步轨道,有的只经过一次中间轨道,这次就是我前面提的四次转轨。另外,有的在同步转移轨道就一次性打开太阳帆,有的大型静止卫星则用二次打开技术,以免转轨时损伤。

三、北斗1D出了什么问题

上次鑫诺二号是在最后一步精确定位时出的问题,据说是太阳能帆板二次打开出了故障。这次更惨,竟然在同步转移轨道上就挂了! 静止卫星从发射到定点成功的总时间有长有短,8天10天不算什么。但作为需要四次转轨的北斗二号,这么多天还在同步转移轨道上转悠,那就已经没戏了。网友们从第四天开始担心,从第五天开始骂娘,还是有一定道理的。官方没有任何消息。小道消息说是电源系统故障,但太阳能帆板已经打开。我们不知是否真实,只能说没看出这消息与观察到的情况有什么矛盾之处。

以前我们出过姿态失控问题,但只要有电有燃料,卫星总是有救的。正常情况下是地面发指令而卫星自主动作,如果不行可以切换为星地大回路的控制方式,把它给稳下来。但现在这么多天过去,应该能想的招都想了,居然没解决问题,恐怕不是简单的姿态控制问题。以前我们也出过燃料泄露问题。这种东三平台的燃料是装在两个内径一米的球罐中的,远地点发动机和姿态发动机都从这里面统一调配。出现两罐一起迅速泄光的可能性实在很小。那么如果只是慢泄,1300多公斤的燃料足以支撑一段时间,不会影响调姿和至少第一次变轨。看来这种可能性也不大。能在第一时间就杀死一颗卫星的就是掉电。东三平台的电源,是两只共22.7平米的太阳能帆板加两组28节45Ah的镉镍电池。箭星分离后的动作要靠电池供电,但它持续不了多少天,所以要在同步转移轨道上一次性打开太阳帆板,以后卫星飞到日照区用太阳能供电并给蓄电池充电,飞进星蚀区就蓄电池了。该平台的供电用的是双母线。如果太阳能帆板没打开,那这么多天下来肯定早没电了,卫星也就彻底完了。还好据说是打开了。本来太阳能帆板最容易出问题是在转轨时,远地点发动机点火后的巨大过载容易损伤脆弱的帆板,但这次还没转轨过,太阳能帆板不应该出问题的。

如果是蓄电池出问题了,要看问题多严重。如果只一部分完了还好,在日照区可以供电并给幸存的电池充电,进入星蚀区后仅维持起码的最低量供电,给卫星留口气,这样虽然卫星即使定位成功也是残废了,但至少可以暂时不影响调姿和启动远地点发动机转轨。但遗憾的是,我们没看到转轨,因此可以排除只有部分电池损坏的情况。如果是供电母线烧了,那就彻底踏实了。这种可能性最大。

我相信,如果前一步出了问题,只要能进行下一步,哪怕终将成为废星,我们一定会让它尽可能多走一步的。现在一上去就挂了,只能说明在第一时间受了致命伤,已经回天乏术了。这种情况掉电的可能性较大,而电源系统中烧掉母线或蓄电池彻底完蛋的可能性较大。考虑到蓄电池和母线都是双系统而且上天前反复测试过的,很可能是某种因素造成系统短路。

四、事件的影响

客观的说,这次损失从经济上和技术上都没有鑫诺一号那样大。北斗1D是个中型静止卫星,卫星和火箭的造价不能与鑫诺一号相提并论,也无经济上的连带损失。而且这是个成熟平台,出问题的不是要验证的新技术。因此它的负面影响可望随着下颗卫星发射的成功得到消除。会给众望所归的北斗二代造成延迟,但估计不会拖多久,今年可能接着打北斗。虽然从单独看问题不很严重,但与鑫诺二号失手结合在一起看,其造成的心理阴影就很大了。让人怀疑中国航天是否又走入一个事故高发期了。只不过上次主要是火箭系统,这回是卫星。五院确实应该认真总结教训了。但我总觉得,连续出问题,似乎不只是个质量或管理问题,不能排除有些技术上风险估计不足。设计上双保险而且上天前反复检测的卫星,居然不断出问题,令人难以理解。是否是火箭的冲击和振颤超过卫星所能承受范围,或者星箭分离时火工件动作伤及星体等等,恐怕不是没有可能。一院也别高奏凯歌马放南山,应该从这个体系角度彻查一下原因,然后五院有针对性地采取加固措施提高卫星的安全冗余度。希望大家反应不要过激。今年要打的星星还多着呢,殷切期待航天系统的兄弟们早日走出阴影,给大家带来新的好消息


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