將進(jìn)一步加快多顆衛(wèi)星的工程化進(jìn)程

經(jīng)過(guò)為期兩年科研攻關(guān)，近日，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院502所電推進(jìn)平臺(tái)控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)方案新鮮出爐。這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)初步掌握電推進(jìn)衛(wèi)星GNC（制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，我國(guó)在電推進(jìn)衛(wèi)星理論研究與工程設(shè)計(jì)工作中取得重要進(jìn)展。

如何在“衛(wèi)星大腦”GNC系統(tǒng)的操控下幫助電推進(jìn)航天器進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移、精確入軌以及在軌控制是世界性難題?！芭c傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)航天器相比，全電推給航天器的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)帶來(lái)顛覆性改變?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)公司五院502所研發(fā)中心副主任湯亮說(shuō)。

以通信衛(wèi)星變軌為例。在發(fā)射成功之后，通信衛(wèi)星要從近地點(diǎn)200公里轉(zhuǎn)移到距離地球3.6萬(wàn)公里的地球靜止軌道。在化學(xué)推進(jìn)器的作用下，這一過(guò)程衛(wèi)星只需要5次運(yùn)行軌跡修正、歷時(shí)7天左右時(shí)間就可以完成。而在電推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用之后，衛(wèi)星在變軌過(guò)程中姿態(tài)、運(yùn)行軌跡需要進(jìn)行不間斷修正，直至變軌完成，在推力作用下，這一過(guò)程需要?dú)v時(shí)180天。

“電推進(jìn)衛(wèi)星對(duì)GNC系統(tǒng)要求非常高。軌道控制不同方向的耦合、姿態(tài)與軌道控制耦合、大量誤差源的耦合等問(wèn)題研究起來(lái)要比傳統(tǒng)控制方案復(fù)雜得多。”湯亮說(shuō)。

同時(shí)，傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)衛(wèi)星的變軌方式是階段性變軌，這意味著科研人員只需向衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行階段性數(shù)據(jù)注入就能保證實(shí)現(xiàn)變軌。而采用電推進(jìn)技術(shù)后，科研人員需對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和不間斷調(diào)整。

“一顆衛(wèi)星電推進(jìn)持續(xù)工作時(shí)間如此之長(zhǎng)，飛行測(cè)控資源又如此有限，要求科研人員對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)確實(shí)非常困難?！?02所某電推進(jìn)型號(hào)副主任設(shè)計(jì)師石恒表示，這種實(shí)際狀況也對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)具有更強(qiáng)的自主導(dǎo)航、自主控制甚至一定程度的任務(wù)自主規(guī)劃能力形成了挑戰(zhàn)。

“在充分繼承我國(guó)高軌衛(wèi)星控制方法的同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一批針對(duì)電推進(jìn)衛(wèi)星控制的基礎(chǔ)方法，其中包括軌道轉(zhuǎn)移控制、自主導(dǎo)航方法等?！?02所電推進(jìn)控制技術(shù)攻關(guān)小組成員馬雪說(shuō)。

而這樣的方案形成了電推進(jìn)衛(wèi)星GNC系統(tǒng)完整的問(wèn)題分析和設(shè)計(jì)框架，整體提升了電推進(jìn)衛(wèi)星自主運(yùn)行能力，同時(shí)方案性能經(jīng)過(guò)數(shù)值驗(yàn)證，滿足目前我國(guó)新型電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)指標(biāo)要求。

“全面突破電推進(jìn)平臺(tái)制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制的關(guān)鍵技術(shù)和在軌實(shí)施，將進(jìn)一步加快我國(guó)多顆衛(wèi)星的工程化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)、多任務(wù)的適用目標(biāo)。”502所研發(fā)中心主任何英姿表示，在這一設(shè)計(jì)方案的作用下，在不久的將來(lái)，我國(guó)可全面具備全電推通信衛(wèi)星平臺(tái)的控制能力。