北斗衛星為何能“自律”？ 秘密就在控制系統
據科技日(ri)報11月(yue)8日(ri)報道，我國北(bei)斗三(san)號首批(pi)兩顆衛(wei)星于11月(yue)5日(ri)飛上(shang)了天(tian)。明(ming)年這個時(shi)候，它們將迎(ying)來十幾位(wei)同伴，到2020年，北(bei)斗衛(wei)星的隊伍將達到30多顆。
這支(zhi)龐大(da)的(de)(de)隊伍一(yi)起工作(zuo)，會不會有哪(na)顆衛星“濫竽充數”或“擅離職(zhi)守”？科(ke)技日報記(ji)者(zhe)從中國航天科(ke)技集團五院(yuan)了解到，“北斗”是(shi)一(yi)群“自律(lv)”的(de)(de)衛星，知道自己應(ying)該待在什(shen)么(me)地方、做(zuo)什(shen)么(me)事情。這種(zhong)自律(lv)，來自五院(yuan)為它們研制的(de)(de)控制系(xi)統。
控(kong)制系統是衛星在天上(shang)保持正(zheng)確(que)(que)軌道、正(zheng)確(que)(que)姿態的(de)總指(zhi)揮(hui)。它(ta)能實時(shi)搜(sou)集(ji)衛星的(de)軌道和姿態信(xin)息，一旦發現異常(chang)，就指(zhi)揮(hui)衛星回到正(zheng)常(chang)狀態。
北斗三號的(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)，能通過綜合電子分系(xi)統(tong)與衛(wei)(wei)(wei)星(xing)敏感器執(zhi)行機構交(jiao)換信息并控(kong)(kong)(kong)制(zhi)執(zhi)行機構動作，完成(cheng)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)從星(xing)箭分離、在軌運(yun)行直至壽命末期各(ge)階(jie)段(duan)的(de)姿態控(kong)(kong)(kong)制(zhi)和軌道控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。同時該系(xi)統(tong)還賦予了衛(wei)(wei)(wei)星(xing)一定的(de)完全自主運(yun)行能力，即使地(di)面(mian)測(ce)控(kong)(kong)(kong)站(zhan)出現故障，它們也(ye)能在軌正常工作至少60天。這大(da)大(da)減少了衛(wei)(wei)(wei)星(xing)對(dui)地(di)面(mian)站(zhan)的(de)依賴，實現了“可(ke)視”范圍外的(de)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)，也(ye)降低了系(xi)統(tong)的(de)運(yun)行管理成(cheng)本。
此(ci)前衛星(xing)的遙測、遙控(kong)、姿軌控(kong)、電(dian)源、熱控(kong)、載荷和星(xing)務等管(guan)理，研(yan)華通常分(fen)散在不同(tong)的處理單元分(fen)別(bie)完成。北斗三號控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)采用“綜合電(dian)子”體系(xi)架構，以中心(xin)(xin)管(guan)理單元為(wei)核心(xin)(xin)，構建了(le)集散型分(fen)布式系(xi)統(tong)。其中，中心(xin)(xin)管(guan)理單元由(you)五院自主研(yan)制(zhi)，其管(guan)理職能幾乎涵(han)蓋了(le)衛星(xing)各個方面。如此(ci)架構帶來了(le)更復雜的管(guan)理，但也能減輕衛星(xing)重(zhong)量、延長(chang)其壽(shou)命。
無論是(shi)姿態與(yu)軌道(dao)信息的(de)計算(suan)，還是(shi)衛星的(de)智(zhi)能自(zi)主(zhu)運(yun)行，都(dou)對控制系統的(de)計算(suan)性能提出了(le)(le)極高要求。北斗三號控制系統采用(yong)了(le)(le)基于星敏感(gan)器+紅外地球敏感(gan)器的(de)自(zi)主(zhu)導航算(suan)法(fa)，定時更(geng)新星上軌道(dao)數據，讓(rang)衛星具備了(le)(le)自(zi)主(zhu)獲取(qu)軌道(dao)數據的(de)能力。
普通(tong)衛(wei)星在進行位置保持時，可以進行噴氣(qi)(qi)卸載(zai)(zai)(zai)，導航衛(wei)星工作(zuo)時卻不允許(xu)推進器(qi)(qi)噴氣(qi)(qi)。為(wei)了保證北斗(dou)三號(hao)衛(wei)星在60天自主運行期間(jian)不會噴氣(qi)(qi)卸載(zai)(zai)(zai)，五院研制(zhi)團隊完(wan)善和改(gai)進了控制(zhi)系統(tong)的角動量管(guan)理和磁力矩器(qi)(qi)卸載(zai)(zai)(zai)功能，達到了任務(wu)要求。
此外，該控制系統(tong)還具備(bei)單機級和(he)系統(tong)級故(gu)障(zhang)安全設計，在星(xing)上資源有限的(de)情(qing)況下，提高(gao)了(le)北斗三(san)號衛星(xing)的(de)自主故(gu)障(zhang)實時診斷和(he)處理(li)能(neng)力。
來源：科技日報
