北斗衛星為何能“自律”？ 秘密就在控制系統
2017-11-08 07:07
作者：付毅飛
科技日報
責任編輯：周冬
摘要：無論是姿態與軌道信息的計算，還是衛星的智能自主運行，都對控制系統的計算性能提出了極高要求。該控制系統還具備單機級和系統級故障安全設計，在星上資源有限的情況下，提高了北斗三號衛星的自主故障實時診斷和處理能力。
控制系統讓北斗衛星很“自律”
11月5日，我國北斗三號首批兩顆衛星飛上了天。明年這個時候，它們將迎來十幾位同伴，到2020年，北斗衛星的隊伍將達到30多顆。
這支龐大的隊伍一起工作，會不會有哪顆衛星“濫竽充數”或“擅離職守”？科技日報記者從中國航天科技集團五院了解到，“北斗”是一群“自律”的衛星，知道自己應該待在什么地方、做什么事情。這種自律，來自五院為它們研制的控制系統。
控制系統是衛星在天上保持正確軌道、正確姿態的總指揮。它能實時搜集衛星的軌道和姿態信息，一旦發現異常，就指揮衛星回到正常狀態。
北斗三號的控制系統，能通過綜合電子分系統與衛星敏感器執行機構交換信息并控制執行機構動作，完成衛星從星箭分離、在軌運行直至壽命末期各階段的姿態控制和軌道控制。同時該系統還賦予了衛星一定的完全自主運行能力，即使地面測控站出現故障，它們也能在軌正常工作至少60天。這大大減少了衛星對地面站的依賴，實現了“可視”范圍外的衛星控制，也降低了系統的運行管理成本。
此前衛星的遙測、遙控、姿軌控、電源、熱控、載荷和星務等管理，通常分散在不同的處理單元分別完成。北斗三號控制系統采用“綜合電子”體系架構，以中心管理單元為核心，構建了集散型分布式系統。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星各個方面。如此架構帶來了更復雜的管理，但也能減輕衛星重量、延長其壽命。
無論是姿態與軌道信息的計算，還是衛星的智能自主運行，都對控制系統的計算性能提出了極高要求。北斗三號控制系統采用了基于星敏感器紅外地球敏感器的自主導航算法，定時更新星上軌道數據，讓衛星具備了自主獲取軌道數據的能力。
普通衛星在進行位置保持時，可以進行噴氣卸載，導航衛星工作時卻不允許推進器噴氣。為了保證北斗三號衛星在60天自主運行期間不會噴氣卸載，五院研制團隊完善和改進了控制系統的角動量管理和磁力矩器卸載功能，達到了任務要求。
此外，該控制系統還具備單機級和系統級故障安全設計，在星上資源有限的情況下，提高了北斗三號衛星的自主故障實時診斷和處理能力。
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關鍵詞：北斗 控制系統
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