中国首次发射携带离轨帆卫星,验证不产生太空垃圾技术

    国资小新 2019-09-13 10:47

    9月12日11点26分,长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心点火升空,成功实施一箭三星发射,将5米光学卫星(资源一号02D星)和京师一号卫星、金牛座纳星送入太阳同步轨道。

    长征四号乙火箭直冲云霄

    5米光学卫星(资源一号02D星)由中国航天科技集团有限公司五院抓总研制,属于空基规划的中等分辨率遥感业务卫星。卫星工作在太阳同步轨道上,回归周期为55天,设计寿命5年。卫星配置可见近红外相机和高光谱相机,发射重量1840千克,采用三轴稳定对地定向的控制模式。

    5米光学卫星(资源一号02D星)是资源一号02C星的接续星,主推光谱分辨率,定位于中等分辨率、大幅宽观测和定量化遥感任务,可提供丰富的地物光谱信息。卫星上的有效载荷重点针对短波红外谱段进行了谱段细分,光谱遥感特性突出,可实现地物的精细化光谱信息调查,满足新时期自然资源监测与调查需求。

    值得一提的是,作为搭载星入轨的金牛座纳星由八院805所研制,主要任务是验证卫星离轨帆装置,该装置随金牛座纳星一同入轨,在卫星寿命结束后启动,展开大面积薄膜帆面,同时利用低轨稀薄的大气阻力,大幅加速卫星轨道衰减,助力清除太空垃圾。

    离轨帆装置工作动画示意视频

    再送“天眼”入苍穹

    1999年10月,我国资源卫星系列首星——资源一号01星在太原卫星发射中心升空。今年9月,5米光学卫星(资源一号02D星)也在太原卫星发射中心成功发射。从第一星到最新一颗星,整整相隔20年,卫星的技术水平也有了大幅提升。

    一.有双闪亮大眼睛

    5米光学卫星是资源一号02C星的接续星,目标是满足新时期自然资源监测需求。资源一号02C星于2011年12月发射升空,设计寿命3年,如今已经到了“换岗”的时候。

    5米光学卫星由航天科技集团五院抓总研制,整星由11个分系统组成,其中两个关键载荷是可见近红外相机和高光谱相机,分别由五院508所和中科院上海技物所承担研制。

    可见近红外相机采用多谱合一探测器,实现了9谱段成像,分辨率优于5米,幅宽115千米。高光谱相机采用光栅分光方式,实现了可见到短波红外波段的166个光谱成像,分辨率为30米,幅宽60千米。两大相机的加持,无疑提升了卫星的观测水平。

    在设计师眼中,这两台相机就是卫星的一双闪亮的大眼睛,它们从天上俯瞰辽阔大地,洞若观火。在试验队里,队员们对这双眼睛关怀备至,悉心呵护。

    二.一眼看尽京城主城区

    508所研制的可见近红外相机作为该卫星的主载荷,将在未来的5年里执行“天眼”使命,在国土资源监测与调查、地矿勘探、地质环境监测预警以及大范围自然灾害监测方面发挥重要作用。

    “相机为一步正样产品,是508所研制的首个双通道9谱段成像可见光相机,也是508所首个采用国产多光谱探测器的载荷。”相机技术负责人于生全介绍。

    双通道多谱段焦面能够获取更多的地面景物元素,一台相机便可获取以往两台相机才能获取的景物信息,提高了单台相机的利用率,节省了载荷成本。

    508所研制的可见近红外相机,结合资源一号02C卫星的在轨飞行经验,在设计上充分考虑了用户对相机图像幅宽、光谱、几何精度、辐射方面的业务化需求,性能指标大幅提升。

    三.自然资源调查的新工具

    在功能方面,依据《国家民用空间基础设施中长期发展规划》和《陆海观测卫星业务发展规划》,这颗卫星属于“为满足自然资源调查监测的紧迫需求、开展陆地资源调査监测业务卫星建设”的重要内容。

    总体主任设计师张宏宇介绍,5米光学卫星定位于中等分辨率宽幅光学卫星,可提供丰富的地物光谱信息,可单轨覆盖大中型城市,满足城市高精度监测业务的新需求。

    围绕载荷配置变化,整星在资源一号02C星基础上,采取了一系列技术改进措施。

    例如,整星采用高精度星敏和载荷星敏一体化设计,提升了控制精度;采用了新一代电源控制器、锂离子蓄电池和高能效太阳翼,提升了供电能力;采取双频GPS和整星秒脉冲高精度时统,提升了定位和定轨精度;采用了第三代高速数据传输产品和两套点波束天线,提升了数据下行能力。

    5米光学卫星增加了海岸蓝波段、黄波段、红边波段和近红外波段,在水体监测、地表类型识别、植被参数计算、作物养分含量、植被病害和环境监测等方面表现优异。

    卫星光谱获取能力突出,高光谱载荷可实现166个谱段的数据同时获取和下传,可应用于地矿勘探、土地监管过程中地物信息定量化提取和识别,满足自然资源遥感对山、水、林、田、湖、草等综合要素监测及更多应用领域需求。

    首个卫星离轨帆将验证太空垃圾清理技术

    9月12日,在太原卫星发射中心,长征四号乙火箭成功实施了一箭三星发射,其中一颗搭载星为“金牛座纳星”,该星主载荷是卫星离轨帆装置,旨在验证薄膜帆高效收拢和在轨展开技术,并实测离轨效果。

    卫星由航天科技集团八院805所所属上海埃依斯航天科技有限公司研制,离轨帆装置由集团公司空间结构与机构技术实验室(依托805所)研制,是我国首个标配式卫星离轨帆装置。

    一.小身躯大效用,大大加速废弃航天器离轨

    本次采用的2.5平方米的薄膜帆收拢成一个高尔夫球大小的模块,布置在小卫星发射筒内空隙部位。从外形看来,这个装置并不起眼,但这正是它的亮点之一。

    805所设计师介绍,该装置采用了先进的微米级薄膜折叠收拢技术,展收比达到了国际一流水平,不占用小卫星的自身包络,可加装至各类成熟的小卫星平台,实现了真正的标配化设计理念。

    离轨帆的主要功能是避免废弃航天器成为太空垃圾。据统计,目前地球轨道上因人类航天活动产生的空间碎片总数量达上亿个,总质量高达数千吨,对航天器的安全构成威胁。

    国际上开展了多种旨在减缓空间碎片的研究,包括薄膜帆、电动力绳索、激光和太阳能等空间碎片清除技术。设计师介绍,在各类技术中,薄膜离轨帆技术成本低、成熟度高,并且可以在不同轨道和规格的各类航天器中适用,最有希望产业化应用。

    设计师介绍,离轨帆装置随卫星一同入轨,在卫星寿命结束后启动帆面解锁指令,展开大面积薄膜帆面,利用增大的气动阻力,对卫星进行减速降轨,加速卫星轨道衰减,从而进入稠密大气层烧毁,达到太空垃圾清除目的。

    二.低成本高水准,脱胎于深空探测太阳帆技术

    薄膜帆作为一种轻质大面积薄膜结构,在相同的离轨效率下,其成本优势明显。相比于配置推力器等主动离轨装置,薄膜帆以不到航天器研制成本5%的代价,提供了有效的离轨手段。

    设计师介绍,目前星座计划层出不穷,未来在近地轨道会发射越来越多的小卫星,25平方米的薄膜帆可以满足绝大部分低轨小卫星的快速离轨需求。并且,对于一些轨道更低、质量更小的卫星,该装置可以进一步小型化以降低成本。此外,设计团队正在针对不同轨道高度、不同质量卫星的离轨需求,开发标准型的系列化产品,成本有望进一步降低。

    在开展此次验证试验之前,805所已做了十余年的相关技术储备。“十二五”期间,该所承担了国家民用航天预研项目“深空探测太阳帆技术”研究项目,提出了太阳极区探测的太阳帆方案,并突破了高性能复合材料支撑杆、柔性大变形结构动力学分析和大挠性结构展收控制等关键技术。在此基础上,针对市场上逐渐增多的小卫星和微纳卫星,并基于空间碎片减缓需求,该团队研制了标配式离轨薄膜帆产品。

    国资小新微信公众号(ID:guozixiaoxin


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