朱貴偉（北京空間科技信息研究所）

□□近年來，航天器交會(huì)和編隊(duì)飛行技術(shù)成為各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)。其中，瑞典實(shí)施了“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”（PRISMA）項(xiàng)目，期望通過試驗(yàn)衛(wèi)星演示驗(yàn)證一批先進(jìn)有效載荷和交會(huì)、編隊(duì)飛行技術(shù)。

自2004年年底起，瑞典空間公司（SSC）廣邀歐洲的衛(wèi)星研制單位加入“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”項(xiàng)目，并先后得到了德國(guó)航空航天中心（DLR）、法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）、丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）等單位的支持。“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”衛(wèi)星將在2010年6月由俄羅斯“第聶伯”火箭發(fā)射，它驗(yàn)證的多項(xiàng)技術(shù)將應(yīng)用于許多科學(xué)觀測(cè)任務(wù)。

1 任務(wù)系統(tǒng)

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”項(xiàng)目包括2顆衛(wèi)星，即稱為主星（Mango）的高級(jí)、高度機(jī)動(dòng)衛(wèi)星和稱為目標(biāo)星（Tango）的較小、無(wú)機(jī)動(dòng)能力衛(wèi)星。發(fā)射時(shí)，2顆衛(wèi)星連在一起，進(jìn)入高約700 k m的太陽(yáng)同步圓軌道，升交點(diǎn)地方時(shí)為06：00或18：00；入軌后2顆衛(wèi)星暫不分離，期間主星展開太陽(yáng)電池翼，獲取太陽(yáng)位置數(shù)據(jù)，與地面通信并進(jìn)行關(guān)鍵系統(tǒng)檢查；在2顆衛(wèi)星分離后，主星將進(jìn)行編隊(duì)飛行和自主交會(huì)等一系列試驗(yàn)。該任務(wù)將持續(xù)8個(gè)月，通過位于瑞典北部的Esrange地面控制站進(jìn)行控制。

2 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”主星的主結(jié)構(gòu)為鋁制蜂窩板，內(nèi)部還有一塊垂直面板，用于安裝推進(jìn)系統(tǒng)。星體外側(cè)裝有2副可展開太陽(yáng)電池翼，總面積為2 m2；頂部主要安裝了視頻攝像頭，遠(yuǎn)距離和近距離圖像傳感器（VBS），以及3副編隊(duì)飛行射頻（FFRF）天線；內(nèi)部安裝了肼推進(jìn)系統(tǒng)、高性能綠色推進(jìn)（HPGP）系統(tǒng)和微推進(jìn)系統(tǒng)。

目標(biāo)星的主結(jié)構(gòu)也為鋁制蜂窩板，星體一側(cè)裝有太陽(yáng)電池板。它配備了紅外發(fā)光二極管（LED）識(shí)別設(shè)備，在圖像傳感器技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)中用于與主星協(xié)同配合。

主星結(jié)構(gòu)圖

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”衛(wèi)星封裝圖

目標(biāo)星結(jié)構(gòu)圖

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”主星和目標(biāo)星性能

3 試驗(yàn)內(nèi)容

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”任務(wù)開展的技術(shù)驗(yàn)證主要包括：制導(dǎo)導(dǎo)航控制（GNC）機(jī)動(dòng)試驗(yàn)，基于GPS的導(dǎo)航和天基自主編隊(duì)飛行試驗(yàn)（SAFE），圖像傳感器技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，編隊(duì)飛行射頻技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。另外，還包括先進(jìn)平臺(tái)技術(shù)驗(yàn)證，如高性能綠色推進(jìn)系統(tǒng)和微推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。

制導(dǎo)導(dǎo)航控制機(jī)動(dòng)試驗(yàn)

此試驗(yàn)主要由瑞典空間公司負(fù)責(zé)，包括下列操作。

自主編隊(duì)飛行 可分為3個(gè)部分，分別由瑞典空間公司、德國(guó)航空航天中心，以及法國(guó)國(guó)家空間研究中心和西班牙工業(yè)技術(shù)中心（CDTI）負(fù)責(zé)。試驗(yàn)中兩星相距20～5000 m，主要使用GPS傳感器。

歸航與交會(huì) 驗(yàn)證在GP S系統(tǒng)不可用的情況下遠(yuǎn)距離跟蹤與交會(huì)的能力。試驗(yàn)中兩星相距10～100 k m，主要使用圖像傳感器。

接近操作 由瑞典空間公司負(fù)責(zé)，驗(yàn)證主星繞目標(biāo)星飛行的能力。該試驗(yàn)使用GP S或圖像傳感器分2次進(jìn)行，試驗(yàn)中兩星相距5～100 m。

最終逼近和后退機(jī)動(dòng) 由瑞典空間公司負(fù)責(zé)，驗(yàn)證利用圖像傳感器進(jìn)行最終逼近和后退機(jī)動(dòng)的能力。試驗(yàn)中兩星相距0～5 m。

基于GPS的導(dǎo)航和天基自主編隊(duì)飛行試驗(yàn)

此試驗(yàn)由德國(guó)航空航天中心負(fù)責(zé)。主星和目標(biāo)星都安裝了GPS接收機(jī)，在基于GPS的導(dǎo)航試驗(yàn)中，目標(biāo)星GPS接收機(jī)中的位置和原始數(shù)據(jù)通過星間鏈路發(fā)送給主星，與主星GPS數(shù)據(jù)一起在主星計(jì)算機(jī)中處理。處理中使用動(dòng)態(tài)濾波器和星載軌道模型，相對(duì)位置的實(shí)時(shí)精度可達(dá)分米級(jí)?；贕P S的天基自主編隊(duì)飛行試驗(yàn)用于驗(yàn)證衛(wèi)星完全自主、精確的編隊(duì)飛行。兩星之間的典型距離為100 m。

圖像傳感器技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

在“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”主星上，除了2臺(tái)普通的恒星相機(jī)外，還安裝了專用的圖像傳感器。該圖像傳感器由丹麥技術(shù)大學(xué)開發(fā)，具備非恒星物體跟蹤能力，并可測(cè)定物體的方位。其中：遠(yuǎn)距離圖像傳感器用于幫助主星在數(shù)百千米以外尋找目標(biāo)星，并提供精確確定目標(biāo)星軌道所需的數(shù)據(jù)，協(xié)助執(zhí)行逼近機(jī)動(dòng)。近距離圖像傳感器的圖像信息用于執(zhí)行接近操作，以及線性逼近和后退機(jī)動(dòng)。

主星編隊(duì)飛行射頻傳感器（黃色）

恒星相機(jī)和圖像傳感器都連接到由丹麥技術(shù)大學(xué)開發(fā)的微型先進(jìn)恒星羅盤（ASC）系統(tǒng)上。此系統(tǒng)為完全備份，可同時(shí)處理上述4個(gè)儀器的數(shù)據(jù)，其控制算法由瑞典空間公司開發(fā)。

編隊(duì)飛行射頻技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

編隊(duì)飛行射頻傳感器是由阿爾卡特-阿萊尼亞航天公司在法國(guó)國(guó)家空間研究中心授予的合同下開發(fā)的，該傳感器原計(jì)劃用于“達(dá)爾文”編隊(duì)飛行任務(wù)（已取消）。主星和目標(biāo)星各自配備了一套編隊(duì)飛行射頻傳感器（包括射頻終端和天線），它們之間通過S頻段進(jìn)行通信，并利用時(shí)間和相位測(cè)量來確定對(duì)方的位置、距離和角度。法國(guó)國(guó)家空間研究中心希望利用這次試驗(yàn)測(cè)試編隊(duì)飛行射頻傳感器設(shè)備在實(shí)際空間飛行條件下的性能，特別是多徑、射頻獲取的穩(wěn)定性、精度等方面的性能。此外，該中心和西班牙工業(yè)技術(shù)中心將負(fù)責(zé)一系列基于編隊(duì)飛行射頻傳感器的制導(dǎo)導(dǎo)航控制試驗(yàn)，旨在驗(yàn)證粗略編隊(duì)飛行和碰撞避免算法。

主星推進(jìn)系統(tǒng)

高性能綠色推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

“研究?jī)x器樣機(jī)與空間先進(jìn)技術(shù)”主星將驗(yàn)證高性能綠色推進(jìn)系統(tǒng)的性能。該推進(jìn)系統(tǒng)是由生態(tài)先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)公司（ECAPS，由瑞典空間公司和沃爾沃航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司組建）研制的，獲得了歐洲航天局（ESA）的支持。

微推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

主星微推進(jìn)系統(tǒng)采用微型低溫氣體推力器，該推力器由瑞典納米空間（Nanospace）公司開發(fā)，得到了歐洲航天局的支持，能夠提供10 μN(yùn)～1 mN之間的連續(xù)推力。推力器采用微機(jī)電系統(tǒng)（ME MS）技術(shù)，可提供微小、無(wú)擾動(dòng)推力，推力反饋控制可在最低和最高推力之間實(shí)現(xiàn)無(wú)離散脈沖位的連續(xù)節(jié)流。■