双基地|双星共舞,观天测地有绝招

双基地|双星共舞,观天测地有绝招
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陆地探测一号01组双星组网的效果图 。国家航天局供图
2月27日7时44分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号丙遥三十运载火箭,成功发射陆地探测一号01组B星 。陆地探测一号01组卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》中首个立项的科研卫星工程,由A、B星组成 。A星已于1月26日在酒泉卫星发射中心成功实施发射,目前正按计划开展在轨测试,卫星相关功能性能正常 。B星入轨后,将单独开展在轨测试,再与A星进行编队测试 。
陆地探测一号01组A、B双星技术状态基本相同,均配置L波段合成孔径雷达(SAR)载荷,在轨应用干涉测高和差分形变测量技术,可实现重轨干涉形变测量、双星编队干涉测高及单星成像等功能,完成地表形变测量、数字高程模型获取等主要观测任务,具有全天候、全天时、多模式、多极化等特点,支持和服务国土资源、地震、防灾减灾、基础地理信息获取、林业等应用需求,可形成重大灾害快速反应能力 。
在太空“花滑”的双星,有哪些观天测地的绝招?
双星绕飞模式的控制是难点
陆地探测一号01组卫星作为编队卫星,最大难度在于双星绕飞模式的控制 。“就像冬奥会中的双人花样滑冰项目一样,两个运动员在冰面上同步高速滑行的过程中,手牵手跳跃、旋转,完成高难度舞蹈动作 。”中国航天科技集团八院控制所卫星副总设计师王文妍解释,“绕飞中的A、B双星也有一双无形的手牵在一起,我们称之为‘基线’ 。”
要精确地看出一段时间内高山、植被的高度变化情况,需要两颗卫星每经历一个回归周期后,必须回到同一目标点,并且保持同样的相对位置关系进行观测 。这根无形的“基线”也是一把标尺,规定了双星在每次到达预定观测地点的相对位置关系 。“绕飞时,两颗卫星距离相近,同时观测,就像人的两只眼睛,一只眼睛只能看到平面,两只眼睛就可以看出高度和深度,可用于险峻高地、森林植被的测绘等 。”
据王文妍介绍,A、B双星还会根据所测绘地区纬度的不同进行编队构形的变化,实现“主角”“配角”的切换 。“比如说,低纬度测绘的时候,是B星以一定的距离和角度相对A星运转;到中纬度的时候,会变成A星以另一种状态相对B星运转,这样可以最大限度发挥两颗卫星的工作能力,达到使用最优观测基线实现全国陆地观测的效果 。”
让卫星在太空展现完美“舞姿”
由于陆地探测一号01组卫星的双星“体重”都超过了3吨,无法用“一箭双星”的方式同时将两颗卫星发射升空 。据介绍,B星发射后,姿轨控分系统的首要任务是让B星努力“接近”A星,使两星从入轨初期相距上万公里,逐渐形成相距几公里级的编队飞行状态 。
为了减少B星发射后轨道调整的工作量和燃料消耗,姿轨控分系统研制团队从提高两次发射的重复入轨精度入手,对发射窗口进行了细致计算,在发射中心“零窗口”发射技术支持之下,将火箭点火时间精准“拿捏”,使B星最大限度地“重走”A星的入轨之路 。
“卫星在轨飞行控制策略的正确性和长期稳定运行能力的验证,需要充分的地面仿真试验的支撑 。”测试工程师崔佳介绍,陆地探测一号01组卫星姿轨控任务执行周期长,地面半物理仿真试验采用了实时仿真运行方式,如何在有效的研制周期内,确保关键控制过程的测试全覆盖与正确性,是最大的难点之一 。“只有地面功夫做得足,才能让卫星在太空展现最完美的舞姿 。”

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