“羲和”探日！細數(shù)我國首顆探日衛(wèi)星“黑科技”

張建松

“羲和”探日！10月14日，搭載著我國首顆太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星“羲和號”的長征二號丁火箭，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，我國正式步入“探日”時代。

“羲和號”由中國航天科技集團八院抓總研制。14日，在滬召開的第九屆航天技術創(chuàng)新國際會議上，中國航天科技集團八院科技委常務副主任陳杰詳細介紹了衛(wèi)星上的“黑科技”。

“雙超”衛(wèi)星平臺

據(jù)陳杰介紹，“羲和號”整星重量510千克，運行于軌道高度為517公里的晨昏太陽同步軌道。衛(wèi)星主要科學載荷為太陽空間望遠鏡，將在國際首次實現(xiàn)空間太陽Hα波段的光譜成像探測。通過對該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽爆發(fā)時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發(fā)的動力學過程和物理機制。

為確保太陽空間望遠鏡在太空平穩(wěn)、精確觀測，“羲和號”采用了全新構型。太陽空間望遠鏡被安裝在專門的載荷艙中，載荷艙與平臺艙間采用了“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，完全進行物理隔離，以阻斷平臺艙微振動傳遞路徑。

“羲和號”首次在軌應用磁浮控制，采用高精度、大帶寬、自身無干擾的“磁浮作動器”，作為載荷艙的執(zhí)行機構，從而使載荷艙超高指向精度、超高穩(wěn)定度控制的性能得以實現(xiàn)。通過“載荷艙主動控制、平臺艙從動控制”新方法，使衛(wèi)星實現(xiàn)姿態(tài)指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度，比國內現(xiàn)有能力提升1～2個數(shù)量級。

由于太陽空間望遠鏡設計了很多觀測方式，有時需要對太陽進行平場定標，即需要控制衛(wèi)星姿態(tài)依次指向太陽圓盤的九個不同區(qū)域;有時需要控制衛(wèi)星姿態(tài)對太陽進行連續(xù)的擺掃觀測;有時需要對衛(wèi)星進行暗場定標，即控制衛(wèi)星姿態(tài)指向空間特定區(qū)域;而在兩艙解鎖時，還需要平臺艙跟隨載荷艙實現(xiàn)相對姿態(tài)控制。針對這些不同需求，平臺艙也設計了5種不同的指向模式，可及時響應和切換。

陳杰表示，作為我國新一代衛(wèi)星平臺，超高指向精度、超高穩(wěn)定性的“雙超”衛(wèi)星平臺，可大幅提升我國衛(wèi)星平臺的指向精度與穩(wěn)定度，達到國際先進水平。未來，“雙超”衛(wèi)星平臺技術還將在高分辨率對地詳查、大比例尺立體測繪、太陽立體探測、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務中進行廣泛推廣應用。

無線能源傳輸

作為我國首位太陽專屬“攝像師”，“羲和號”載荷艙和平臺艙完全物理隔離，確保了載荷艙不受衛(wèi)星平臺擾動的影響，具備了完美的“防抖”功能，但問題也隨之而來。

載荷艙和平臺艙處于非接觸狀態(tài)，傳統(tǒng)的供電方式無法滿足能源傳輸需求。衛(wèi)星在軌運行過程中，如何解決載荷艙的能源獲取問題？又該怎樣實現(xiàn)整星的能源分配呢？

八院811所研制團隊深入研究國內外相關先進技術，提出“磁感應耦合式”無線能量傳輸技術，首次在衛(wèi)星上實現(xiàn)大功率、高可靠、高效無線能源傳輸技術的應用;首次將能源采集、能源儲存、能源控制管理及二次配電實現(xiàn)了智能化和一體化設計。從能量輸入到輸出，整個鏈路的綜合轉換效率達到80%以上;在磁場耦合部分，磁傳輸效率更是達到了95%以上，實現(xiàn)了高效低熱耗的能量傳輸。

空間激光通信

由于“羲和號”的載荷艙和平臺艙之間完全隔離，也無法通過電纜傳輸能源和信息。為此，衛(wèi)星采用激光通信和微波通信兩種“互為備份”的無線通信方式，在兩艙之間架起了5G高速通信通道。

“羲和號”上還有一位“新面孔”——艙間高速激光通信單機。該設備由八院802所激光中心團隊研制，負責艙間數(shù)據(jù)傳輸任務，這也是國內首個接入衛(wèi)星平臺的艙間無纜化激光數(shù)傳設備，按計劃將在軌工作三年。

“羲和號”將對太陽進行高分辨率的光譜成像，屆時會產生巨大的科學數(shù)據(jù)。激光通信子系統(tǒng)具備高速的激光傳輸接口，可以提高科學載荷數(shù)據(jù)傳輸速率，將星內數(shù)傳帶寬大大提高，為載荷的高清成像數(shù)據(jù)積累提供了有效保障。

此外，八院電子所負責的綜合電子分系統(tǒng)平臺艙管理單元和載荷艙14臺產品，為整星提供對地測控、數(shù)傳及星務管理等功能，也是“羲和號”上不可或缺的“黑科技”。