北斗衛(wèi)星為何能“自律”？ 秘密就在控制系統(tǒng)

　　據(jù)科技日?qǐng)?bào)11月8日?qǐng)?bào)道，我國(guó)北斗三號(hào)首批兩顆衛(wèi)星于11月5日飛上了天。明年這個(gè)時(shí)候，它們將迎來(lái)十幾位同伴，到2020年，北斗衛(wèi)星的隊(duì)伍將達(dá)到30多顆。

　　這支龐大的隊(duì)伍一起工作，會(huì)不會(huì)有哪顆衛(wèi)星“濫竽充數(shù)”或“擅離職守”?科技日?qǐng)?bào)記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)五院了解到，“北斗”是一群“自律”的衛(wèi)星，知道自己應(yīng)該待在什么地方、做什么事情。這種自律，來(lái)自五院為它們研制的控制系統(tǒng)。

　　控制系統(tǒng)是衛(wèi)星在天上保持正確軌道、正確姿態(tài)的總指揮。它能實(shí)時(shí)搜集衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)信息，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就指揮衛(wèi)星回到正常狀態(tài)。

　　北斗三號(hào)的控制系統(tǒng)，能通過(guò)綜合電子分系統(tǒng)與衛(wèi)星敏感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)交換信息并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成衛(wèi)星從星箭分離、在軌運(yùn)行直至壽命末期各階段的姿態(tài)控制和軌道控制。同時(shí)該系統(tǒng)還賦予了衛(wèi)星一定的完全自主運(yùn)行能力，即使地面測(cè)控站出現(xiàn)故障，它們也能在軌正常工作至少60天。這大大減少了衛(wèi)星對(duì)地面站的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)了“可視”范圍外的衛(wèi)星控制，也降低了系統(tǒng)的運(yùn)行管理成本。

　　此前衛(wèi)星的遙測(cè)、遙控、姿軌控、電源、熱控、載荷和星務(wù)等管理，通常分散在不同的處理單元分別完成。北斗三號(hào)控制系統(tǒng)采用“綜合電子”體系架構(gòu)，以中心管理單元為核心，構(gòu)建了集散型分布式系統(tǒng)。其中，中心管理單元由五院自主研制，其管理職能幾乎涵蓋了衛(wèi)星各個(gè)方面。如此架構(gòu)帶來(lái)了更復(fù)雜的管理，但也能減輕衛(wèi)星重量、延長(zhǎng)其壽命。

　　無(wú)論是姿態(tài)與軌道信息的計(jì)算，還是衛(wèi)星的智能自主運(yùn)行，都對(duì)控制系統(tǒng)的計(jì)算性能提出了極高要求。北斗三號(hào)控制系統(tǒng)采用了基于星敏感器+紅外地球敏感器的自主導(dǎo)航算法，定時(shí)更新星上軌道數(shù)據(jù)，讓衛(wèi)星具備了自主獲取軌道數(shù)據(jù)的能力。

　　普通衛(wèi)星在進(jìn)行位置保持時(shí)，可以進(jìn)行噴氣卸載，導(dǎo)航衛(wèi)星工作時(shí)卻不允許推進(jìn)器噴氣。為了保證北斗三號(hào)衛(wèi)星在60天自主運(yùn)行期間不會(huì)噴氣卸載，五院研制團(tuán)隊(duì)完善和改進(jìn)了控制系統(tǒng)的角動(dòng)量管理和磁力矩器卸載功能，達(dá)到了任務(wù)要求。

　　此外，該控制系統(tǒng)還具備單機(jī)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)故障安全設(shè)計(jì)，在星上資源有限的情況下，提高了北斗三號(hào)衛(wèi)星的自主故障實(shí)時(shí)診斷和處理能力。