我國正式進入“探日時代”！細數四大關鍵突破

隨著我國航天產業的不斷發展，對地觀測、空間科學等各類航天任務對高性能衛星平台的需求越來越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩定度指標的衛星平台，是製約航天事業後續發展的關鍵“卡脖子”技術之一。2021年10月14日成功發射的我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星——太陽Hα光譜探測與雙超平台科學技術試驗衛星首次在軌應用磁浮技術，實現衛星超高指向精度、超高穩定度，對我國空間科學探測及衛星技術發展具有重要意義，標誌著我國正式進入“探日時代”。

“十二五”期間，中國航天科技集團八院啟動了超高指向精度、超高穩定度衛星平台預先研究，顛覆性地提出“動靜隔離非接觸”設計理念，有效解決了超精超穩平台瓶頸問題。“十三五”期間，在國家航天局的大力支持下，研製團隊啟動太陽探測科學技術試驗衛星研製，突破了“動靜隔離非接觸”式衛星總體設計、“主從協同全解耦”超精超穩控制、新型大帶寬超高精度磁浮作動器、兩艙無線能源與信息傳輸等關鍵技術，驗證了超精超穩控制指標，確保了太陽Hα波段光譜成像探測任務的順利進行。

動靜隔離徹底阻斷振動傳遞

傳統衛星採用平台艙和載荷艙固連的設計方法，因此平台艙活動部件振動會不可避免地傳遞至載荷，造成觀測質量下降。針對當前平台微振動直接影響載荷的瓶頸難題，太陽探測科學技術試驗衛星在國際上首次採用了“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，將平台艙與載荷艙物理隔離，並將飛輪、太陽帆板等微振動源集中於平台艙、太陽Hα光譜儀放置於載荷艙，採用磁浮控制技術和執行機構實現兩者物理非接觸隔離，不僅阻斷了平台艙微振動的傳遞路徑，同時解決了平台艙熱變形對載荷艙影響，使載荷控制精度和穩定度提升兩個數量級以上。

協同控制實現超精超穩

傳統衛星中，有效載荷均直接安裝於衛星平台，衛星平台與有效載荷作為整體採用“平台主控、載荷隨動”方式控制。採用“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，太陽探測科學技術試驗衛星將載荷艙和平台艙分成了互不連接的兩部分，因此，如何實現兩艙協同控制亟待解決。太陽雙超衛星在國際上首次提出了“載荷艙主動控制、平台艙從動控制”的主從協同控制解耦新方法，解決兩艙姿態和位置動力學耦合問題，實時、動態地將姿控力和位置控制力分配至對應的大帶寬超高精度磁浮作動器，實現了兩艙的穩定控制，使載荷艙的指向精度、穩定度均達到“雙超”水準。

新方式！大帶寬超高精度磁浮作動器

通過在磁場中置入通電線圈產生安培力，太陽探測科學技術試驗衛星採用磁浮作動器實現對載荷艙的姿態控制，這就要求磁浮作動器具有高精度、大帶寬、自身無干擾等特點。為此，團隊開展了新型大帶寬超高精度磁浮作動器關鍵技術突破。採用閉合磁路優化設計，團隊成功實現了磁場高均勻性，達到了大帶寬隔離平台艙撓性與微振動干擾的效果；通過低噪聲、低紋波、高精度功放驅動電流精密控制，實現了超高精度驅動電流輸出，控制精度較傳統方式高出兩個數量級，使載荷艙超高指向精度、超高穩定度控制性能得以實現。

無線充電、高速通信——無線能源與信息傳輸技術

因兩艙之間完全隔離，太陽探測科學技術試驗衛星的載荷艙和平台艙無法通過電纜傳輸能源和信息。為此，衛星採用無線能源傳輸系統，把平台艙的能量源源不斷地傳輸至載荷艙，滿足載荷艙在整個壽命期間、各種工作模式下的能源需求。此外，衛星採用雷射通信和微波通信兩種“互為備份”的無線通信方式，在兩艙之間架起5G高速通信通道，進一步提升了艙間通信的效率和可靠性。

太陽探測科學技術試驗衛星首次在軌飛行獲得的第一手飛行試驗數據將大大降低雙超控制技術後續應用風險，為雙超平台系列化發展奠定堅實的技術基礎。未來，雙超平台技術還將在高分辨率對地詳查、大比例尺立體測繪、太陽立體探測、系外行星發現等新一代航天任務中進行廣泛推廣應用，大幅加快我國邁入航天強國的步伐，推動我國空間科學領域、航天技術領域跨越式發展。

來源北京日報客戶端 | 記者張航通訊員黃帆

編輯李拓

流程編輯劉偉利