把衛星新技術拿到太空中去檢驗——實踐九號A/B衛星開展關鍵新技術試驗探究

□ 本刊特約記者 江雪瑩

10月14日11點25分，我國在太原衛星發射中心用長征二號丙運載火箭，采用一箭雙星的方式，成功發射實踐九號A/B衛星，并將衛星準確送入預定軌道。

實踐九號A/B衛星是我國民用新技術試驗衛星系列的首發星，主要用于長壽命高可靠、衛星高精度高性能、國產核心元器件和衛星編隊及星間測量與鏈路等試驗，以此提升我國航天產品國產化能力。

航天發展的又一個里程碑

我國成功發射第一顆民用新技術試驗衛星，在此次任務的工程總師郭寶柱看來，是航天發展的又一個里程碑：“在這之前，我們民用航天從來沒有過新技術試驗衛星，但要求任務一次成功，這樣的風險是很大的，因此發射這樣的衛星符合航天技術發展的科學規律。”

在每項新技術應用到衛星上的時候，試驗人員都會在地面做大量的環境試驗，但是人類對太空的認識畢竟有限，并不能完全模擬太空環境，一項新技術在還不夠成熟的時候，如果直接應用在任務中，其風險可想而知。因此，實踐九號試驗衛星正是把預期應用在衛星上的關鍵新技術集合在一起，在太空環境中驗證技術指標和產品可靠性，并從中發現問題、改進缺陷。

其實在國際上，發射新技術試驗衛星是一種慣有的模式，很多國家都有試驗衛星。現在，隨著社會的飛速發展，各種新技術不斷涌現，技術風險越來越大，也對衛星提出了更高指標的要求，發射試驗衛星已經成為了一種必然的選擇。

特別是我國衛星的發展還面臨著一些技術瓶頸，衛星“長壽命、高可靠”的命題有待破解，問題總結起來可能涉及器件、技術、設備等多個方面。正鑒于此，實踐九號衛星由國家國防科工局立項，在全國范圍內遴選相對成熟、具備上天開展試驗條件的技術，納入到試驗衛星的試驗項目中，并由中國航天科技集團公司五院航天東方紅衛星公司負責研制。

試驗衛星與一般的應用衛星不同，不用在入軌和交付后立即投入實際應用。但是，新技術經過驗證后將應用在后續的衛星型號上，這就為未來的衛星發展鋪平了技術道路，同時也為開展技術創新提供了很好的平臺，其長遠價值是不可估量的。

火箭上面級的“芭蕾舞”

從外觀上看，執行此次任務的長征二號丙運載火箭和普通兩級狀態的火箭并沒有什么不同，然而在整流罩里除了兩顆衛星之外，還多了一個非常特殊的組成部分——上面級。

所謂上面級，是一個和一二級火箭完全獨立的子級，它有著自己的動力系統、測量系統和控制系統。一二級火箭在工作完畢之后，就把運送衛星入軌任務的接力棒交到了上面級手中。而上面級要完成的任務，在火箭系統設計師看來，就像是在“跳芭蕾舞”。

長征二號丙運載火箭第一級（荊鷹攝）

吊裝長征二號丙運載火箭第二級（荊鷹攝）

實踐九號A/B衛星采用串聯式結構排布，和上面級在一起就像是一串“糖葫蘆”。上面級點火進入軌道后會先調整到一個姿態釋放上面的A星，然后拋掉A星的支架，再調整到另一個方向釋放B星。

由于A、B兩顆衛星要進行編隊飛行試驗，這對上面級釋放兩顆衛星的角度和姿態提出了很高的要求，既不能太近發生碰撞，又不能太遠失去聯系。同時，高軌物體的飛行速度大約在每秒7千米以上，拋掉的支架如果離衛星太近就會帶來碰撞的風險，因此上面級在拋掉衛星支架時也特意換了一個角度。如果不是上面級靈活多變的特點，恐怕很難同時滿足這么多的要求。

此發火箭從點火到星箭分離，火箭的工作時間大約有3300秒，這是目前我國長征系列運載火箭里工作時間最長的。而在點火后600秒左右二級火箭即與上面級分離，也就是說上面級獨立工作的時間長達2700多秒，其復雜性可想而知。它在太空中能夠減速、增速、調姿，這些功能甚至類似于衛星。

正是因為上面級的加入，此發火箭研制的協作單位也比一般的型號要多。上面級變軌時所用的穩定姿態用的姿控發動機由中國航天科技集團公司六院801所研制，固體火箭發動機由中國航天科工集團公司六院研制，慣組系統由中國航天科技集團公司九院13所研制……各個單位的工作人員在這里協同合作、忙而不亂，共同保證了發射的圓滿成功。

整裝待發的長征二號丙運載火箭（荊鷹攝）

整流罩內的實踐九號衛星和長征二號丙運載火箭上面級（荊鷹攝）

25項試驗驗證關鍵新技術

據實踐九號A/B衛星的總指揮、總設計師趙志明介紹，此次要進行的25項試驗是從當時申報的200多項試驗項目中經過層層審查篩選出來的，每一項技術對于衛星未來的發展都非常關鍵。

概括來講，這25項試驗項目共分為4大類，分別是長壽命高可靠技術試驗、高精度高性能技術試驗、國產元器件技術試驗和在軌編隊飛行關鍵技術試驗。

舉例來說，目前我國每次發射的地球同步軌道衛星中，用于南北位置保持的推進劑重量大約占衛星系統總重量的一半以上，這嚴重制約了衛星的有效載荷比和壽命。此次進行試驗驗證的電推進系統，可以將南北位置保持的推進劑總重量降低到原來的十分之一，這能夠顯著改善衛星系統的綜合性能，大大提高衛星的有效載荷比，增加衛星系統的壽命。現在，我國有多個地球同步軌道衛星型號通過論證，都計劃采用電推進系統，因此，對實踐九號的技術驗證結果需求迫切。

將實踐九號衛星安裝在長征二號丙運載火箭上面級上（蔡文攝）

衛星吊裝（蔡文攝）

整流罩內的實踐九號衛星（荊鷹攝）

同時，實踐九號之所以設計有A、B兩顆衛星，一方面是因為兩顆衛星各自承擔著一部分試驗項目，另一方面是因為兩顆衛星要聯合起來，共同驗證在軌編隊飛行的關鍵技術。簡單來說，就是兩顆衛星在太空分別向對方傳送自己的位置信息，然后按照嚴格的幾何關系飛行。這項技術將主要應用于立體觀測等對星座構型有嚴格要求的應用領域，通過兩顆衛星的協同工作，起到“1+1>2”的效果。這樣一來，一方面會提高觀測精度，另一方面也可以把地表目標的高程等信息同時測量出來，獲得更豐富的應用效果。

此外，目前我國衛星上的一些關鍵元器件還依賴進口，此次任務將考核驗證一批急需的國產元器件的在軌工作情況，從而加速推進國產元器件的空間應用，解決核心元器件依靠引進、受制于人的瓶頸。

這一批試驗驗證項目，將有利于加速科研成果向工程應用的轉化步伐，提高關鍵部組件、關鍵元器件的自主保障能力，解決衛星長壽命關鍵技術瓶頸，推動我國衛星“自主可控”化發展。

測試實踐九號衛星太陽能電池帆板（蔡文攝）

檢測實踐九號衛星（蔡文攝）

客觀的評價結果為成功標準

一般應用衛星的壽命期和獲得的收益是成正比的，也就是說衛星工作的時間越長，獲得的收益就越高，衛星的整個壽命期都是使用期。但新技術試驗衛星完成任務的標志并不是壽命末期，而是完成試驗任務、獲得客觀的評價結果。

因此，衛星在入軌之后，還需要完成好每一個試驗驗證項目的評價任務。客觀上講，新試驗要驗證的技術本來就是不成熟的，面臨的風險自然也相對較大。“我們針對這顆衛星的質量進行統一要求、重點關注，也就是說對試驗衛星的平臺和試驗項目提出相同的質量可靠性要求，但對于那些風險較大的試驗項目給予重點關注。”郭寶柱介紹說。

按照計劃，25項試驗大概會在發射成功之后的半年到一年時間里完成，每一個試驗項目都要做到流程清晰、能力完備、責任落實、界面暢通、評價客觀準確。在衛星余下的壽命期里，除了對某些項目進行長期觀察，還可以再有選擇性地開展一些新的試驗。

實踐九號衛星只是我國系列民用新技術試驗衛星的開端，在不久的將來，如果類似的試驗衛星能夠形成一種系列化的發展模式，將對我國航天技術的發展大有裨益。

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實踐九號在美國中部開機成像

2012年10月18日，實踐九號衛星A星高分辨率多光譜相機首次在美國中部開機成像，下傳第一軌數據。9點41分中科院對地觀測中心密云接收站準時捕獲并開始接收，9點48分成功接收全部數據，地面接收系統工作正常。

地面接收系統于10點30分將數據傳送至中國資源衛星應用中心，10點34分地面處理系統開始錄入，11點20分錄入完成，發布高分辨率多光譜相機圖像快視圖，經過姿軌處理、存儲歸檔和標準化生產，11點26分處理完成全部2級標準產品，實踐九號衛星地面處理系統工作正常。

實踐九號衛星A星拍攝的美國德克薩斯州影像

實踐九號衛星A星搭載的光學成像有效載荷技術試驗項目為高分辨率多光譜相機，分辨率為全色2.5米/多光譜10米；B星搭載的光學成像有效載荷技術試驗項目為分辨率73米長波紅外焦平面組件試驗裝置。圖像數據可廣泛應用于國土資源調查與監測、農業、林業、水利、城鄉建設、環境保護、防災減災等領域，滿足用戶對高分辨率數據的迫切需求。

實踐九號衛星A星拍攝的中國廣西柳州影像