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中国掌握卫星养生之道 约1/5卫星超期仍然长寿
2013-02-22 10:07    国家旅游地理网
    国家旅游地理2月22日讯  服役期原本两年,可在轨运行至今已经8年多仍“不服老”——实践六号B01星的“长寿基因”已经衍生出了实践系列卫星这个“长寿家族”。

  在轨卫星长寿命绝不是偶然,中国航天科技集团公司第五研究院(简称五院)靠他们的创新为其植入了超期服役的“长寿基因”。

  “我国在轨的80余颗卫星中,66颗出自五院。2008年在轨超期服役的卫星是7颗,2012年年初是15颗,2012年年底这一数字达17颗。按照我们的分析,超期服役的卫星数量有进一步扩大的趋势,占在轨卫星中的比例也将持续上升。”五院院长杨保华告诉记者,不少卫星的“工龄”已超出正常设计寿命的2—3倍,依旧状态良好,在轨运行稳定。

  让每一块“板”都不短

  谈及实践六号B01星的长寿秘籍,相关人员认为关键是因为从卫星设计、研制之初就注重不断优化卫星系统设计方案,加强攻关,选用稳定度更高的新技术、成熟度更高的新工艺、可靠性更优的新产品对卫星各系统和关键部件进行“淬火”,为卫星注入了“长寿基因”。

  实践六号B01星安装的由五院自主研制的我国首台星敏感器,改写了之前卫星姿态测量只能依赖太阳、地球作为参考系的历史,大幅提升了卫星制导导航的安全性、准确性。多级冗余设计的在轨策略也引入到该星的设计当中,即当卫星主计算机工作时,还有两台计算机充当“替身”,处于休眠备份状态,一旦主机发生故障,替身就会顶上,确保卫星有足够的时间进行故障排除。

  如今,越来越多的长寿技术、产品摆上了卫星生产的供货架,确保了卫星寿命赢在起跑线。服务于我国通信卫星的东方红四号卫星公用平台较前一代平台,使用寿命从8年提升到15年;性能更优的二浮陀螺和三浮陀螺代替了传统的液浮陀螺,设计使用寿命从原来的3—5年,大幅提升至8—15年,经过对飞轮关键轴承部分进行改进优化,其寿命提升至8—15年;卫星的“眼睛”载荷相机寿命从3年提升到5年;自主控制技术的广泛运用,为卫星关键产品装上了“智脑”,各分系统可以实现自我诊断,自主检测错误,进行在轨故障隔离……

  “一个卫星由成千上万个部件组成,任何一个关键系统和部件罢工,都会宣告卫星提前退休。”相关人员用“木桶理论”打了个形象的比方,“卫星整体寿命取决于它寿命最短的那个关键系统或部件,要长寿得‘让每一块板都不短’。”

  掌握使卫星长寿的“养生之道”

  穿梭在太阳高能粒子、空间碎片、宇宙风暴密布的恶劣空间环境中,卫星发生磕磕碰碰,出现在轨异常在所难免。

  先天基因再好,后天如果不注重养生保健,不及时处置小病小痛、任由其发展,寿命也长不了。卫星长寿的另外一个关键“秘籍”是在轨维护。

  五院于2004年成立航天器运行管理中心,专攻卫星的“健康医疗”和“养生之道”。

  “快、准、狠”是该院开展卫星在轨管理的一个要诀。卫星在轨出现异常,首先一定要在第一时间解决问题,否则容易由一个小问题衍生出更多问题,继而影响某一个系统,甚至整星运行。如俄罗斯某卫星就因为太阳粒子击穿计算机芯片,而备份计算机切换不及时,导致电压快速下降,最终造成整星失效、报废。其次就是要准、狠,卫星在轨排故,最忌处置失当,前些年,国内某控制中心操作卫星时,指令输入错误,卫星发生翻转,等卫星抢救过来时,白白消耗了足够它使用半年的推进剂。这种因在轨管理失当而引发的卫星失效、“折寿”惨案并不鲜见。

  “我们对在轨卫星的管理实现了从被动监管到主动出击的跨越,建立起了完备的快速报警、处置机制,通过不断积累,梳理常见在轨预案,编织对应的指令单,只要一发现异常问题,就能立刻通报,确定相应的处置指令,进行应急控制,常规的应急处置在半个小时内就能解决,80%的在轨异常问题能得到快速解决。”一名专业人士举例说,不久前,研究人员发现某卫星工作时蓄电池放电较快,按照当时速度,再过几小时,卫星的电压就会低于警戒值,按照既定的应急处置方案,只花了35分钟就把问题解决了。

  正如一名称职的好医生,治病本领要高,还要掌握少得病、不得病的要方。五院通过对大量卫星在轨的数据进行统计和分析,掌握了很多卫星长寿的“养生之道”,制定了卫星科学的作息表,根据不同空间环境,提前做好防备。比如,研究发现一般的太阳高能粒子爆发是三波攻击,针对这一特点,技术人员会提前做好防护,最大程度保证了卫星的“健康”。也正是有了如此科学细致的在轨管理,距离地球几万公里的遥远深空,颗颗卫星才能欢畅地在浩瀚的宇宙中追逐、嬉戏。

  卫星长寿带来的效益可用千亿计算

  多年来,五院下大力气开展新技术研发、产品创新、宇航能力建设、工艺振兴等“挖潜”工程,数千项国家专利、核心技术,近百项具有自我知识产权的“拳头产品”,为卫星的长寿命增添了底气。

  此外,五院还不断提升在轨管理的科学化水平,为每颗卫星建立自己的“健康档案”,尤其是重点剖析长寿命卫星的在轨数据,验证了很多技术的科学性、实用性,并将成熟、成功的技术在其他卫星上进行推广。这也使卫星“集体长寿”这一美丽的梦想正逐渐变为现实。

  卫星长寿了能带来多大的效益呢?

  “一颗卫星的投资一般在10亿元左右,拿现在低轨道卫星来说,正常寿命为5年,平均下来每年的成本是2亿多元,实践六号B01星超期5年,相当于直接为国家节省了10多亿元的卫星制造成本,由此而节省下来火箭发射等各环节的费用还有很多。”卫星应用专家算了一笔账,现在卫星应用日益广泛,转播电视、广播、导航、授时、对地遥感等业务服务着上亿人口,影响着国民经济的每个角落,有些甚至走出“国门”赚外汇。因此,由卫星长寿衍生、创造的经济价值和效益,可用百亿甚至千亿来计算。
来源:科技日报   作者: 陈瑜  编辑: 敖星星
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