高分一號衛星于2013年4月26日發射入軌,目前已圓滿完成5年考核壽命,中國空間技術研究院下屬北京控制工程研究所研制的控制系統在軌表現完美。高分六號和高分一號同屬我國成熟的CAST2000小衛星平臺,設計壽命再上新臺階,達8年,就是說,到2026年,高分六號將成為一位8齡老壽星,說它“老壽星”是因為高分六號是我國第一顆設計壽命達8年的低軌遙感小衛星。為了滿足其8年壽命的高要求,研究院對控制系統進行了部件級和系統級的多重保障。
“民以食為天”,衛星也一樣,能源是關鍵,而太陽帆板驅動機構(簡稱SADA)就是這個關鍵的關鍵。如果把太陽帆板比作兩個長長的手臂,則SADA就是連接身體和手臂的肩關節,太陽帆板所發的電就是通過這個“關節”傳送進衛星身體里的,所不同的是這個傳輸不能單純通過導線,因為這個“關節”還要帶動太陽帆板始終“緊跟”太陽,要在8年壽命期間完成將近45000圈的轉動,這是目前壽命最長的15年壽命高軌道衛星SADA壽命圈數的近8倍,也就是說,高分六號SADA產品的耐磨損能力要比該院現有各系列SADA產品的技術要求都要高上一大截。
航天是講求可靠的,在可能的情況下改動當然越小越好,遵循這一原則,研究院科研人員確定在目前小衛星平臺上廣泛使用的某型SADA基礎上進行少量改動,這是兼顧可靠性和研制進度等多方面的最佳選擇。得益于研究院此前開展過的兩次分別滿足3年和5年壽命需求的壽命試驗,以及壽命試驗后全面、詳細的拆解檢查記錄,研制人員直接將目標鎖定在電機內部軸承潤滑和齒輪副潤滑上。過程當然不是一帆風順的,經歷過挫折、經歷過摸索,但“使命必達”是研究院人的一貫追求,最終用最小的代價解決了壽命提升問題。據悉,高分六號SADA在等效在軌16年的地面壽命試驗后,改進位置的磨損情況非常輕微,達到了滿意的效果。
SADA從最根本的能源角度解決了壽命的問題,但發射衛星的目的不是到地球外面的世界轉轉就可以了,是要工作的。作為一顆高分辨率對地觀測光學小衛星,衛星平臺是要為相機拍照提供基礎條件的,比如對某個方向的指向要快、要準,拍照的時候要穩,等等。為了滿足這些要求,研究院從系統級冗余設計角度對該衛星控制系統進行了重新設計,重點對動量輪的配備數量和其在衛星上的相對安裝位置,即構型,進行了更改。數量上動量輪由4個升級為6個,構型上也在小衛星中首次采用了一種新的動量輪安裝方式。動量輪是通過調整轉速,利用其反作用力實現對衛星姿態的調整,其作用的發揮通常需要多個動量輪的配合。所以直觀的看,數量的增加必然增加動量輪工作時的組合方式,事實也的確如此,新的構型可以大大提高動量輪的冗余組合能力——“在軌設計有近20種組合方式”,且6個動量輪在崗位職責上有些是互為備份的,就是說即使有某動量輪不得不中途退出戰斗,通過新的職能劃分,其余動量輪兄弟也能很好地消化掉他所承擔的工作,高分六號控制系統最多可以應對2個動量輪同時故障情況下的正常工作。衛星副總設計師張屹峰說,“這種新的構型在提升應對故障能力的同時,還將大大提升衛星的機動性能,大大改善動量輪產品的工作條件,可以實現變相的產品壽命的提升”。
“一朵花開不是春”,為了研制出一個更優化的高分六號控制分系統,除了SADA和動量輪,研究院還做了很多方面的努力。比如優化了星敏感器的遮光罩和安裝方式,進一步提升了該產品的光機電一體化熱穩定性;比如進一步優化了星敏感器的星點誤差算法,提升了產品的精度。