伴飞卫星担当“神七”守护神

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导读: 北京时间27日傍晚7时24分,“神舟七号”飞船运行第31圈,飞船搭载的伴随卫星被成功释放。这颗小卫星伴随围绕飞船飞行,进行各项空间科学实验,主要职责是充当“神七”的“守门员”和“摄影师”。 伴随卫星被释放后,以缓慢速度逐渐离开飞船,并在距飞船1公里范围内对飞船进行摄像和照相,之后,存储图片将通过测控网传到北京飞行控制中心。航天员返回地面后,北京中心通过对卫星的下传数据进行分析运算,生成变轨参数后注入伴随卫星,控制其逐步接近轨道舱,并最终实现围绕轨道舱飞行。从卫星释放到实现伴飞,预计将在10天内完成


北京时间27日傍晚7时24分,“神舟七号”飞船运行第31圈,飞船搭载的伴随卫星被成功释放。这颗小卫星伴随围绕飞船飞行,进行各项空间科学实验,主要职责是充当“神七”的“守门员”和“摄影师”。

伴随卫星被释放后,以缓慢速度逐渐离开飞船,并在距飞船1公里范围内对飞船进行摄像和照相,之后,存储图片将通过测控网传到北京飞行控制中心。航天员返回地面后,北京中心通过对卫星的下传数据进行分析运算,生成变轨参数后注入伴随卫星,控制其逐步接近轨道舱,并最终实现围绕轨道舱飞行。从卫星释放到实现伴飞,预计将在10天内完成。


方头方脑就像保险柜


据微小卫星工程中心主任沈学民介绍,这颗伴飞卫星重约40公斤,呈立方体,边长45厘米左右。从模型样品上看,伴星方头方脑,四面都贴有太阳能电池板,貌似一个亮闪闪的保险柜。就飞船整体而言,它被安置在飞船的最前端。


太空十分美丽,但又充满风险。作为飞船的最佳伙伴,伴星既可看护,又可跟拍。在“神七”运行的300多公里轨道高度上,存在较多自然界形成的空间碎片,一旦飞船在高速运行状态下遭遇这些小杂质,就像小鸟撞飞机那样。“神七”伴星有如一位守门员,通过实时探测,向飞船和地面报告,让飞船及时调整规避。即使飞船形成表面划伤,伴星也能“旁观者清”,告知舱内和地面人员创伤到底在哪儿,以便修复。


既能拍照也能拍视频


伴星拥有自己的慧眼——中科院上海技术物理研究所研制的CCD立体相机。说是相机,其实也具备摄像功能。


事实上,该星释放后最先做的是从远距离为飞船拍摄一段视频画面,然后飞至更近距离拍摄宽视场照片,最终再从近距离拍摄窄视场照片,角度多样。这些照片和视频是我国首批外太空航天器运行实况画面。


航天员返回后伴星留轨


当航天员乘坐返回舱飞落大气层后,伴飞卫星依然跟随留轨舱在空间开展实验。为了不影响飞船返回舱与留轨舱分离等工作,伴星在此阶段远离飞船,退到其后一两百公里左右,但与之保持在同一个轨道面上。


返回任务完成后,伴星再逐步接近飞船,飞行轨道复杂多变,既有跟飞,也有绕飞,既有公转,也有自转。


专家认为,飞船放飞卫星,对将来两个航天器的空中定位、变轨、调姿、对接等技术动作都具有深远的实践意义。


运行过程


“神七”回家后


小卫星留守太空


我们不妨来看一看伴飞小卫星的整个运行过程:


第一步航天员回到舱内后,地面遥控发出释放指令,伴星由“神七”释放,进入既定轨道,开始第一阶段定向观测任务。


第二步利用太阳方向和地磁信息,伴星实时解算目标方位,并控制相机对飞船定向,获取飞船图像。


第三步20分钟观测任务完成后,伴星从对飞船定向转为对地定向,在测控站上空将存储图像下传地面。


第四步返回舱返回后,轨道舱仍然在轨飞行。此时,伴星飞行在其后方100多公里的共面轨道上。


第五步地面测控网通过测距测速确定伴星运行轨道,轨道舱与伴星的轨道数据统一汇集到北京航天飞行控制中心,经过运算分析,生成变轨参数,上传到伴星。


第六步根据收到的参数,伴星自主调整变轨姿态,达到对轨道舱的伴随飞行目标。


第七步最终通过对轨道参数的精确调整,形成并保持对轨道舱的同轨道面椭圆绕飞。

测控一旦不准小卫星会闹“背叛”


据新华社北京9月27日电(记者田兆运、李宣良)在围绕地球高速运行的“神舟七号”飞船上释放一颗伴飞小卫星,使之围绕飞船轨道舱建立绕飞状态,这是“神舟七号”飞船要在太空中完成的一项重要任务。那么,围绕这颗伴飞小卫星的测量与控制将面临哪些难题呢?


轨道测控难度前所未有


中国载人航天工程测控通信系统上升段分系统主任设计师卢立常说,伴飞小卫星释放后,如果不进行及时测控,伴星与飞船的距离将会越拉越远。要想使小卫星能够围绕轨道舱运行起来,必须对轨道舱和伴飞小卫星进行测控。


虽然有过一箭多星的测控历史,但对飞船上释放的小卫星进行测控,这在中国航天测控史上还是第一次。卢立常说,这是一种不同于以往的测控任务,首先要对绕飞目标即轨道舱进行准确测量,然后再对伴星进行测量,只有在成功掌握两个目标的准确测量数据基础上,才能实施绕飞控制。


“对于绕飞轨道的各项控制参数,需要地面指控中心进行精确的计算和设计。”卢立常说,“这在以前的任务中没有遇到过,难度相当大。”伴飞小卫星在近地轨道飞行,受大气影响比较大,这给测定目标轨道带来一定难度,而轨道预报的精度高低,成为绕飞控制成功与否的关键性因素。


谨防状态失灵控制偏差


卢立常介绍说,伴飞小卫星在太空可能主要会出现两种意外情况,一种是伴星飞行状态失灵,失去工作能力;另一种是控制出现偏差,没能实现绕飞。他说:“对于这些意外情况,我们准备了很多抢救措施、备份指令和故障处理预案。”


据悉,在小卫星3个月留轨寿命期内,由我国航天测控网国内陆上站和北京中心对伴星进行测轨跟踪、遥测、遥控、数据注入等工作,并根据轨道衰减和伴星剩余推进剂的情况合理考虑进行轨道维持。


据介绍,这次试验任务的成功将为大型航天器的在轨故障诊断和安全保障奠定基础,同时对延伸和拓展航天器的功能和应用将起到积极作用。


伴飞小卫星


五个大突破


据介绍,“神七”伴飞卫星是在“创新一号”小卫星成熟技术基础上研制的中国第一颗空间伴随微小卫星,该伴星突破多项关键技术,主要有以下5个方面:


一是彩色视频和高效信息存储。“神七”伴星上装有一台双镜头可见光照相机,可以灵活利用两个不同焦距的镜头分别对飞船进行高分辨率彩色照相观测或高帧频视频观测,星上大容量存储器最多可以存储3000多张图片。


二是高效电源模块。“神七”伴星首次采用大容量锂离子电池作为在轨航天器电源,并通过优化设计,实现对锂离子电池组的安全控制和智能保护,保证伴星在轨电源供给。


三是多任务指向模式的微型化姿控模块。“神七”伴星具有自主定轨能力和三轴稳定姿态控制能力,除常规对地姿态定向外,还具备对飞船定向、变轨姿态机动和指向、对伴飞目标定向等多种指向功能。


四是微型液化气推进。伴星装有一套微型液化气推进系统,实现轨道机动、空间目标接近、轨道绕飞形成和保持。该系统具有体积小、重量轻、功耗低等优点,并通过天地大回路控制,开展对非合作目标的接近及近距离高精度绕飞,此项技术对中国未来的空间交会对接和轨道安全性技术均具有重要应用价值。


五是小型化测控与数传。“神七”伴星采用统一S波段测控体制,安装USB测控应答机,实现中国国内测控网对在轨伴星的统一测控管理。伴星还安装有一台高速数传机,可将星载相机在轨拍摄的图像数据快速下传地面。





随着“神七”飞船发射的圆满成功,中国航天下一步进展备受关注。记者今天从上海航天局了解到,上海航天局目前已经着手“神舟”八号飞船的研制工作。这意味着中国航天“三步走”计划已迈出最后一步。


作为“神八”核心试验任务的空间交会对接技术,在地面试验中已获得成功。


上海航天局介绍说,与“神七”一样,上海航天局将继续承担“神八”推进舱、推进系统、电源系统和通信、语音系统的研制工作,目前这些系统已经进入了调试阶段。“神八”发射前,将首先发射试验性质的小型空间站“天宫一号”,然后才发射“神八”飞船,两个航天器将在太空试验交会对接。两者在地面模拟环境中进行的交会对接试验已经成功。


据悉,目前正在研制的“神八”乃至于“神九”的核心任务是试验“空间对接技术”。空间交会对接是建立空间站的基础性技术。交会对接指两个航天器在太空轨道会合并连接成一个整体,它是实现太空装配、补给、维修、航天员交换等过程的先决条件,更是建立大型空间站的基础。


中国航天计划分为三步来实行,第一步是“神五”完成的从无人到载人飞行,第二步则是“神七”完成的航天员出舱太空行走试验。而“三步走”的最后一步则是,首先建立短期小型空间实验室,最终目标建立长期的大型空间站,以及建立航天员可以往返于地球与空间站的“空间往返系统”,进而进行规模比较大的空间科学试验。因此可以说,“神八”的研制,标志着中国航天工程已迈出至关重要的最后一步。


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