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中国深空前沿:军事潜力巨大的小卫星研究(组图)
http://news.QQ.com  2004年07月19日17:55   千龙新闻网  评论()

准备发射的小卫星

尤政教授

国外先进微推进系统直径不到普通硬币直径的1/3

COMS成像器件拍摄的1024x1024解析度图像

  2004年4月18日,北京时间23时59分03秒,由航天清华卫星技术有限公司制造的又一颗微小卫星——NS—1号(即“纳星” 1号)在我国西昌卫星发射中心由“长征”2号丙运载火箭(CZ—2C)搭载发射成功。为此,本刊记者不知火和娄嘉仪采访了“纳星”1号总设计师尤政教授。

  记者:尤教授您好!请问什么是小卫星?

  尤:小卫星是指重量在500公斤以下,功能与同类大卫星相当的实用卫星。美国航空航天局(NASA)则将25公斤以下的小卫星称作“纳星”。其发展得益于微电子、微机械、新材料和新工艺等高新技术的发展,具有研制周期短,发射方式灵活,成本低廉的突出优势。

  记者:NS—1是一颗什么样的小卫星?

  尤:NS—1是清华大学承接的国家863计划项目,卫星的前期设计以清华大学精密仪器系为主完成,工程化设计与制造由航天清华卫星技术有限公司完成,这是我们公司继“航天清华”1号、KT—1PS、KT—1PS2(即“开拓”系列)之后研制的第四颗卫星,具有自主知识产权。它的发射成功,标志着中国现代微小卫星研制已经步入国际先进水平。

  记者:您的意思是说这颗卫星是由一家公司完成的?

  尤:对。航天清华卫星技术有限公司成立于2000年6月,是由清华大学与航天科工(集团)公司联合发起成立的,主要股东为航天科工集团公司、清华大学控股有限公司、清华同方股份有限公司、中国银泰投资有限公司等,是我国首家具有现代企业制度的微小卫星研制公司。

  记者:这的确是一种值得高兴的体制创新。

  这颗卫星能干什么?

  尤:NS—1能够完成数据存储转发通讯、微型遥感成像、三轴稳定姿态控制和轨道机动试验等多项科学实验任务,同时还将进行微型传感器与执行器件、高性能电子元器件的搭载飞行演示验证。

  记者:是否详细解释一下它的几项实验任务?以及这些任务的实用价值?

  尤:“数据存储转发通讯”类似于E—mail。

  在太空中的卫星因轨道和功能的不同,不可能时时处处都与本国地面站保持联系,NS—1这样的小卫星每天环绕地球6圈,可以在经过其他卫星时将信息接收存储,在通过本国地面站上空时转发下来,每天累计通讯时间1小时,每次传输15分钟,传输速度19.2Kb/秒。这一功能还可应用于驻外使领馆与国内的保密通讯。

  NS—1的“遥感成像功能”是国内首次应用COMS工艺制造的图像成像器件,重量仅50克,具有集成度大和抗干扰的优点(编者注:目前佳能EOS D30数字相机已经使用325万像素的大尺寸CMOS成像技术,最大图像解析度为2160X1440。其耗电量低、图像处理电路集成化高的优点非常适合微小卫星采用,而且制造成本远低于CCD(光电耦合器件)。但是CMOS技术也存在明显不足,主要表现为感光度不高和信噪比较低,但随着技术的成熟与改进,其成像质量会有进一步的提高)。虽然COMS技术的分辨率还受到技术限制,但如果将小卫星集合成网,利用离散合成孔径技术(编者注:等于将单一平台使用的合成孔径技术进行空间分解,同样可以实现扩大孔径),就可以提高分辨率。

  NS—1还试验了新型MMU装置(微型惯性测量组合),它拥有3个陀螺,可以精确测量卫星的运动轨迹,短期精度比较高,主要用于三轴稳定姿态控制。MMU对卫星的机动能力有重大意义,结合液氨微推进技术,使小卫星具有很强的精确变轨能力。

  记者:精确变轨具有很大实用价值。那么微推进系统的推力可以达到什么程度?

   尤:普通卫星的姿态控制系统的推力最小只能达到1牛,

  NS—1的微推进系统只有50毫牛,相当于原来的1/20,可以产生2毫米/秒2的微小加速度。

  记者:NS—1在制造上有什么特点?

  尤:NS—1的制造大量采用了商用器件(如“三洋”的蓄电池)与“软件卫星”技术,特别是多项基于微米、纳米技术的微型化技术与器件的使用,具有更高的功能密度。

   记者:商用器件可以降低制造成本,但器件的可靠性肯定不及军标产品,具体在选择标准方面有什么心得?

  尤:商用器件的功能密度比肯定远远大于军用器件,比如普通卫星上的军用标准CPU只相当于386水平,现在采用商用器件,达到了“奔腾”Ⅲ—233的水平。但由于航天器的工作环境特殊,也不能随便采用,哪些能用并没有固定的标准,主要方法是不断积累筛选经验,建立产品数据库。NS—1最后采用了40%的商用器件。

  记者:小卫星的发射一般采用什么手段?

  尤:微小卫星的发射非常灵活。因为现有卫星发射时往往不会把运载火箭的运载能力用尽,因此经常可以搭载小卫星发射,这次NS—1就是这种情况。美国也有在30,000米高度用飞机携带空射运载火箭发射小卫星的先例。当然,单独将小卫星成组发射更好,可以使它们分离到不同轨道构成空间网络,如法国就采用“一大七小”的组合方式。俄罗斯甚至还试验过由空间站内的宇航员在太空中“手掷”发射小卫星。

  记者:小卫星的发射成本有什么优势?

  尤:目前国际上通行的卫星发射成本是1万美元/公斤,小卫星的发射也遵循上述计价原则,但由于其质量小,成本自然降低。

  记者:小卫星的功能会因体积和质量限制受到影响吗?

  尤:目前,我们的主要目的是实验小卫星技术,因而一颗卫星综合了多种功能,以后会根据需要决定功能。价廉物美的小卫星有一个相当突出的优势——可以通过组网和编队,实现很多普通卫星没有的新功能。比如侦察卫星已经发展到大型化的极限,有的重达12吨,而采用雷达离散合成孔径技术或可见光学离散合成孔径技术,用8颗小卫星组网,精度反而更高。

  记者:据我们所知,无人机的编队控制也是目前影响大规模使用的主要瓶颈,组网的小卫星怎么控制呢?

  尤:小卫星功率很小,当然不宜过多通过地面站控制,如NS—1的通讯需要5瓦功率,因此控制数据注入还是通过天基途径较好。目前主要开发方向是实现“自主活动”,提高其智能水平。另外,通过代理控制也是一种解决之道,也就是由一颗大卫星控制多颗小卫星。

  记者:小卫星的军事潜力很大,是否有利于卫星之间的攻防?

  尤:西方国家对此有过很多研究。一般来说,反卫星技术可以分为轨道反卫和动能反卫,前者是将攻击卫星发射入轨后,通过变轨逐渐靠近目标,以逆轨为主,以获得很大的相对速度;后者不必入轨,从地面发射后,靠自身动能的损失,靠近目标。具体的攻击手段又分为非接触和接触式两类,前者包括电磁干扰、激光和向对方喷洒凝胶等手段,后者包括碰撞和发射小弹头等。在防御方面小卫星特别适合充当重要卫星的护卫星,对逼近本方的“非合作目标”做出必要的反应。

  记者:星相互之间的靠近容易做到吗?最近能到什么程度?

  尤:如果采取绕飞轨道,可以实现环绕目标360°运行,一般可以靠近到距目标15公里—100米,美国可以达到35米,但这个距离还是较大,所以总体来说非接触手段的意义大于接触手段。(编者注:“绕飞轨道”是一种交错的同心圆,类似海王星和冥王星的轨道模式,从平面看并没有绕飞,但每环绕地球的一周,实际等于围绕目标卫星一周)

  记者:谢谢您接受我们的采访,祝愿中国的小卫星事业更加繁荣。

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