揭祕“陸探一號A星”太空自動駕駛:“時空重訪”以預測地質災害

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1月26日,中國用長征四號丙運載火箭,成功發射陸地探測一號01組A星。圖為衛星研製資料圖。張陽攝

中新網上海1月26日電 題:揭祕“陸探一號A星”太空自動駕駛:“時空重訪”以預測地質災害

作者 鄭瑩瑩 馬帥莎 陳葆娟

北京時間1月26日,中國成功發射“陸地探測一號01組A星”(簡稱:陸探一號A星),星上搭載了中國首個基於空間觀測的高精度地表微變形監測雷達系統,這是一位極為挑剔的“乘客”,為此,中國航天科技集團八院姿態軌道控制分系統研製團隊賦予衛星出色的“駕駛”技術。

“時空重訪”:地質災害預測的前提

“陸地探測一號01組A星”衛星副總設計師王文妍打了個比方:“姿態軌道控制分系統就是衛星的駕駛系統,其如何設計完全取決於‘乘客’的個性化需求,有的‘乘客’需要拍攝地球某一部分的遠景影象,這就需要姿態軌道控制分系統對得準、足夠穩;有的‘乘客’喜歡拍特寫,這就需要姿態軌道控制分系統足夠靈活,始終不跟丟。對於陸地探測一號01組A星而言,‘乘客’最大的要求是能夠對拍攝目標點進行高精度的‘時空重訪’。”

“衛星在地球軌道上進行不斷繞飛運動,所謂高精度‘時空重訪’是指衛星經過一個迴歸週期後,能夠嚴格地回到初始目標點上空。”王文妍說。她進一步解釋,這裡的嚴格包括了時間、空間的雙重約束,這是“陸地探測一號01組A星”能夠完成地表形變監測,從而支撐地質災害預測的重要前提。

“太空車道”:從千米級到百米級的精度跨越

對於常規近地衛星而言,軌道保持控制精度通常在幾千米到幾十千米之間,而“陸地探測一號01組A星”的控制精度由千米級提升至百米級,且約束條件由一維升級為三維。

衛星在太空飛行,實際上也有一根“車道”,受到各種因素影響,“陸地探測一號01組A星”飛行軌跡會有上下左右的變化,形成的“車道”像是一個立體“管道”。

為了確保衛星在飛行中儘量運行於規定的“管道”內而不偏航,中國航天科技集團八院姿態軌道控制分系統團隊打造了以高精度管道導航與控制為核心的“自動駕駛系統”,讓“陸地探測一號01組A星”自主穩定行駛。

“我們以目標參考軌道為中軸,以軌道控制精度要求為半徑而拉伸成的一個三維空間,外形就像一根管道,我們要將衛星牢牢地控制在這個管道空間裡。”該衛星姿態軌道控制分系統主任設計師杜耀珂說。他表示,管道導航技術可以準確計算出衛星“偏航”的時間與空間偏差,然後驅動“方向盤”(指:管道控制)以保證衛星始終執行在預定的空間裡。

據介紹,重複觀測時,陸地探測一號01組A星的衛星軌道管道控制半徑可精確控制在350米以內,達到國際先進水平。

“自動駕駛”:設定導航路線不偏航

研製團隊創新性地提出了基於“虛擬編隊飛行理論”的軌道控制方案,也就是將目標參考軌道當作“假想的主星”,讓陸地探測一號01組A星自主跟隨,賦予衛星“自動駕駛”能力,而且“精打細算”地制定控制策略,儘量降低星載推進劑的消耗。據介紹,這樣的做法也是未來長壽命應用衛星領域的一個重要發展趨勢。

主任設計師杜耀珂說,為了滿足任務需求,該衛星預裝了一條迴歸精度達到米級的目標參考軌道,也就是“導航路線”,指引衛星準時、準確地到達預定地點。姿態軌道控制分系統的任務就是通過軌道保持控制技術,以保證衛星在真實複雜的空間環境影響下,能夠始終嚴格按照“導航路線”駕駛,不偏航。(完)