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深度 | 七次变轨,二次二维展开,我国最重卫星定点细节曝光!

2020-1-7 09:30| 编辑: 潜艇4809| 阅读数: 2337| 评论: 0|来自: 中国航天报

摘要:   1月5日实践二十号卫星成功定点, 这意味着东方红五号卫星平台首飞获得成功。
实践二十号卫星成功定点!
1月5日,这则喜讯从西安卫星测控中心迅速传遍大江南北。
这意味着东方红五号卫星平台首飞获得成功。
这也是继长征五号火箭发射成功之后,又一个足以令无数人沸腾的大消息。
9天的飞行中,这个长五的“乘客”足足历经了7次变轨,完成了几个重大部件展开等高难度“动作”,捕获定点位置,最终成功抵达工作轨道,从此开始开展各项在轨测试。
化学推进+电推进,7次变轨
2019年12月27日20时45分,中国文昌航天发射场的轰鸣声震天动地。
东方红五号卫星公用平台首飞试验星——实践二十号,在我国运载能力最大的火箭——长征五号的托举下,飞向太空。
这是一个结束,更是一个全新的开始。
作为我国研制的发射重量最重、技术含量最高的高轨卫星,实践二十被“胖五”的巨大推力从地面运送到太空,进入预定轨道,但这个椭圆形轨道并非该“乘客”的目的地。
作为地球同步轨道卫星,实践二十最终的落脚点是圆轨道,倾角也要调整为零度。
因此,这就需要实践二十在轨期间自主改变运行轨道,这个过程就被称为“变轨”。
轨道机动的主角是化学推进系统,它最重要的任务就是接替运载火箭,使用高性能化学推进系统将卫星送到36000公里高度的地球同步轨道。
轨道机动是对化学推进系统主要性能的全面考核,在这7次轨道机动中,化学推进系统表现优异。
据悉,后续实践二十号卫星的电推进系统将接过化学推进的接力棒,推动卫星精确“飘浮”在我们头顶上空36000公里高度的定点位置。
事实上,变轨并非实践二十的专属动作,而是卫星的常态化操作,然而这个基于东五平台研制的“大个头”的变轨也显得与众不同。
“以往通信卫星一般远地点高度是42000公里左右,相比之下,实践二十轨道更高,足足达到68000公里。”东五平台主任设计师吕红剑介绍说。
“基于东四平台研制的卫星一般需要经历4-5次变轨,而实践二十作为东五平台上的大卫星,需要变轨的次数更多。”
从起飞到定点的九天时间里,实践二十总共进行了7次变轨,大概是一天一变的频率,每次变轨持续三至五个小时不等。
据实践二十号卫星飞控队长经姚翔介绍,因为实践二十转移轨道与以往不同,对于变轨设计带来难度,此外还导致变轨时间都基本在晚上,有4次以上都是后半夜。
试验队要提前2个小时上岗,点火持续一个半小时,再加上两三个小时的判读,基本上就是一个通宵。
时间回溯到跨年夜。
实践二十号卫星飞控试验队员们全员集结在任务大厅内,他们或在电脑前噼里啪啦地敲打,或三三两两指着屏幕小声讨论,抑或紧盯着遥测数据飞快地在纸上记录……
“第4次变轨指令已发出,发动机点火,卫星状态正常”,随着一条条指令的发出,飞控试验队队员们严谨跟踪判读卫星状态,确保不遗漏任何细节。
当时针从11点59分进入到12点整时,时间跨越到新的一年,实践二十号卫星各项遥测数据正常。
试验队员聚集在一起,共同学习了习总书记的新年贺词,进一步激发了保成功的斗志,信心满满地为接下来的又一次变轨做准备。
太阳翼二次二维展开 比波音737翼展宽10米
除了变轨,浑身都是“黑科技”的实践二十还在短短九天内完成了一系列新技术在轨验证。
包括我国面积最大、展开方式最复杂太阳翼完成“一次展开和二次二维展开”,双轴矢量调节机构首次在轨操作、激光终端在轨解锁成功等,取得了重要试验成功。
其中,实践二十太阳翼成功实现二次二维展开具有重大意义,它标志着我国卫星太阳翼水平实现跨越式升级。
这不仅是我国卫星史上的首次,而且一次性让我们的卫星太阳翼技术从传统的一次展开飞跃至世界领先的“二次二维”展开,让中国卫星再次掌握了一门新绝活。
从外观上看,太阳翼相当于卫星的两只翅膀,它的作用主要是为卫星提供能源,相当于食物和水,一旦出现问题,后果不堪设想。
据航天科技集团五院总体部太阳翼设计师介绍,实践二十号卫星太阳翼的一个翅膀的长度相当于两辆普通公交车的长度,而双翅展开则比波音737飞机的翼展还要宽上10米,单翼展开面积、翼展和功率则是国内以往成功飞行最大太阳翼的2倍多和3倍。
什么叫二维展开呢?就是太阳翼展开时,先是纵向呈 “一”字型展开,然后再横向呈“十字架”型展开有效提高了太阳翼刚度,提升了卫星稳定性。
实践二十进入初始转移轨道后,为了满足基础的能源供应要求,两面各展开一块太阳能板,称之为一次展开。
然后进入同步轨道后,再各将剩余的5片帆板展开,卫星总长度超过40米,这一过程称之为二次二维展开。
太阳翼全部展开后面积大大增加,就能带来源源不断的超强电流供给,让实践二十号卫星始终拥有充沛体力,为更多的小伙伴提供广播、电视、移动通信等服务。
据了解,2010年后,随着东五平台的到来,对于二次二维展开的太阳翼的需求也随之而来。
为了最终啃下这块硬骨头,设计师们采用了更可靠的试验设备。
比如,为确保试验验证最接近太空真实环境,首次采用“超长全气浮导轨”展开架,使摩擦力下降了10倍以上,确保实战演习效果。
实践二十在太空飞行7天后,最终,太阳翼在地球同步轨道进行实现了二次展开,白鹤亮翅,旋舞太空。
见面道辛苦,必定是东五
“见面道辛苦,必定是东五。”这已经成为东五团队相互之间的一种默契。
实践二十号卫星成功定点标志着东方红五号平台验证取得重大突破,更预示我国正跻身国际一流通信卫星“俱乐部”。
卫星平台水平决定了卫星的整体效能和应用性能。
东五平台起飞重量可达8000-9000公斤,载荷承载能力可达1500-1800公斤,整星功率28千瓦以上,提供载荷功率达18千瓦,载荷舱的散热能力达9千瓦,具备120路以上转发器和14副天线的布局能力,设计寿命长达16年。
更为重要的是,东五平台可以满足不同功能卫星研制需求,可广泛应用于高轨通信、微波遥感、光学遥感、空间科学探测、科学试验、在轨服务等多个领域,是世界航天领域少有的多适应性平台。
2010年,五院通信卫星事业部以“新型卫星平台研究室”为依托,正式启动对新一代通信卫星平台的研制工作,并自筹经费进行先期技术攻关。
东方红五号卫星平台的研制之路,走了整整10年。
作为我国下一代地球同步轨道大型卫星公用平台,东五平台注定要成为中国卫星研制历史上的又一座里程碑。
长期以来,我国形成了以东方红三号、东方红四号等为代表的东方红系列卫星公用平台及型谱化产品。
东五平台的出现将填补该系列大型卫星平台型谱的空白,可满足中国近20年内对大通量通信卫星的需求。
在参与和领导了多个新平台研制的通信卫星专家周志成看来,东方红五号平台、东方红四号增强型平台、东方红三号B平台、全电推平台这四款主打产品一旦推向市场,将意味着我国的通信卫星在国际市场上从“跟随者”变身为“领跑者”。
据介绍,实践二十号卫星定点成功后还将开展实用化的在轨测试工作,进一步验证东五平台各项关键技术。
“继往开来,开创大局面!”实践二十定点成功、东五平台首飞成功之际,吕红剑在朋友圈写道。

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