高分一號(hào)衛(wèi)星于2013年4月26日發(fā)射入軌，目前已圓滿完成5年考核壽命，中國空間技術(shù)研究院下屬北京控制工程研究所研制的控制系統(tǒng)在軌表現(xiàn)完美。高分六號(hào)和高分一號(hào)同屬我國成熟的CAST2000小衛(wèi)星平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命再上新臺(tái)階，達(dá)8年，就是說，到2026年，高分六號(hào)將成為一位8齡老壽星，說它“老壽星”是因?yàn)楦叻至?hào)是我國第一顆設(shè)計(jì)壽命達(dá)8年的低軌遙感小衛(wèi)星。為了滿足其8年壽命的高要求，研究院對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的多重保障。
“民以食為天”，衛(wèi)星也一樣，能源是關(guān)鍵，而太陽帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（簡稱SADA）就是這個(gè)關(guān)鍵的關(guān)鍵。如果把太陽帆板比作兩個(gè)長長的手臂，則SADA就是連接身體和手臂的肩關(guān)節(jié)，太陽帆板所發(fā)的電就是通過這個(gè)“關(guān)節(jié)”傳送進(jìn)衛(wèi)星身體里的，所不同的是這個(gè)傳輸不能單純通過導(dǎo)線，因?yàn)檫@個(gè)“關(guān)節(jié)”還要帶動(dòng)太陽帆板始終“緊跟”太陽，要在8年壽命期間完成將近45000圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，這是目前壽命最長的15年壽命高軌道衛(wèi)星SADA壽命圈數(shù)的近8倍，也就是說，高分六號(hào)SADA產(chǎn)品的耐磨損能力要比該院現(xiàn)有各系列SADA產(chǎn)品的技術(shù)要求都要高上一大截。
航天是講求可靠的，在可能的情況下改動(dòng)當(dāng)然越小越好，遵循這一原則，研究院科研人員確定在目前小衛(wèi)星平臺(tái)上廣泛使用的某型SADA基礎(chǔ)上進(jìn)行少量改動(dòng)，這是兼顧可靠性和研制進(jìn)度等多方面的最佳選擇。得益于研究院此前開展過的兩次分別滿足3年和5年壽命需求的壽命試驗(yàn)，以及壽命試驗(yàn)后全面、詳細(xì)的拆解檢查記錄，研制人員直接將目標(biāo)鎖定在電機(jī)內(nèi)部軸承潤滑和齒輪副潤滑上。過程當(dāng)然不是一帆風(fēng)順的，經(jīng)歷過挫折、經(jīng)歷過摸索，但“使命必達(dá)”是研究院人的一貫追求，最終用最小的代價(jià)解決了壽命提升問題。據(jù)悉，高分六號(hào)SADA在等效在軌16年的地面壽命試驗(yàn)后，改進(jìn)位置的磨損情況非常輕微，達(dá)到了滿意的效果。
SADA從最根本的能源角度解決了壽命的問題，但發(fā)射衛(wèi)星的目的不是到地球外面的世界轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)就可以了，是要工作的。作為一顆高分辨率對(duì)地觀測光學(xué)小衛(wèi)星，衛(wèi)星平臺(tái)是要為相機(jī)拍照提供基礎(chǔ)條件的，比如對(duì)某個(gè)方向的指向要快、要準(zhǔn)，拍照的時(shí)候要穩(wěn)，等等。為了滿足這些要求，研究院從系統(tǒng)級(jí)冗余設(shè)計(jì)角度對(duì)該衛(wèi)星控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)動(dòng)量輪的配備數(shù)量和其在衛(wèi)星上的相對(duì)安裝位置，即構(gòu)型，進(jìn)行了更改。數(shù)量上動(dòng)量輪由4個(gè)升級(jí)為6個(gè)，構(gòu)型上也在小衛(wèi)星中首次采用了一種新的動(dòng)量輪安裝方式。動(dòng)量輪是通過調(diào)整轉(zhuǎn)速，利用其反作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的調(diào)整，其作用的發(fā)揮通常需要多個(gè)動(dòng)量輪的配合。所以直觀的看，數(shù)量的增加必然增加動(dòng)量輪工作時(shí)的組合方式，事實(shí)也的確如此，新的構(gòu)型可以大大提高動(dòng)量輪的冗余組合能力——“在軌設(shè)計(jì)有近20種組合方式”，且6個(gè)動(dòng)量輪在崗位職責(zé)上有些是互為備份的，就是說即使有某動(dòng)量輪不得不中途退出戰(zhàn)斗，通過新的職能劃分，其余動(dòng)量輪兄弟也能很好地消化掉他所承擔(dān)的工作，高分六號(hào)控制系統(tǒng)最多可以應(yīng)對(duì)2個(gè)動(dòng)量輪同時(shí)故障情況下的正常工作。衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師張屹峰說，“這種新的構(gòu)型在提升應(yīng)對(duì)故障能力的同時(shí)，還將大大提升衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)性能，大大改善動(dòng)量輪產(chǎn)品的工作條件，可以實(shí)現(xiàn)變相的產(chǎn)品壽命的提升”。
“一朵花開不是春”，為了研制出一個(gè)更優(yōu)化的高分六號(hào)控制分系統(tǒng)，除了SADA和動(dòng)量輪，研究院還做了很多方面的努力。比如優(yōu)化了星敏感器的遮光罩和安裝方式，進(jìn)一步提升了該產(chǎn)品的光機(jī)電一體化熱穩(wěn)定性；比如進(jìn)一步優(yōu)化了星敏感器的星點(diǎn)誤差算法，提升了產(chǎn)品的精度。
