的风波卫星,气象卫星

1988年9月,我国第一颗气象卫星风云一号A星成功入轨,但它搭载的红外相机信号却严重衰减乃至失效。分析发现,原因是卫星在地面吸附了环境中的水汽,入轨后在宇宙真空环境下释放,造成了水汽污染。

我国第二代极轨气象卫星风云三号的第四颗星,15日凌晨成功发射,璀璨星空又多了一颗“中国星”。遥望星空,每一颗“中国星”都凝聚了航天人的心血和智慧。在“风云三号D”卫星的研制单位——中国航天科技集团八院,记者听到了这颗新星“叱咤风云”背后的故事。

从此,人们意识到了风云卫星有“洁癖”。

多载荷在轨“和谐共处”的秘密

11月15日发射的风云三号D星更是如此。该卫星携带的大量红外遥感仪器,都十分害怕水汽污染,湿润的空气对它来说堪称“致命”。这给位于上海的风云系列卫星抓总研制单位——中国航天科技集团八院带来了难题:怎样满足卫星的“洁癖”?

“风云三号D”气象卫星堪称“技术能手”,一星多能,共搭载了10台遥感探测仪器。其中,很多仪器“娇气敏感”,对工作环境的安静程度要求极高。

“风云卫星总装厂房的洁净度优于十万级甚至一万级。”八院812所总装中心主任陈小弟表示,一般来说生产药品的厂房才能达到这个标准。

例如干涉型红外高光谱探测仪,在我国低轨遥感卫星上属于首次应用,具有高空间分辨率、高光谱分辨率等优点,但即使微小的振动,也会使得其性能大打折扣。

陈小弟介绍,厂房里的环境控制极为严格。哪怕在梅雨季节,室外湿度超过95%,厂房内的湿度也会维持在30%至45%之间;无论是盛夏还是寒冬,厂房里永远四季如春,温度始终保持在20摄氏度左右。同时,厂房里时刻维持正压环境,使内部空气可以外流,但外部空气无法进入,除尘系统也不间断运作,确保卫星能有洁净、舒适的环境。“控制系统每天会将厂房内的温度、湿度等数据报送给指定人员,一旦出现异常还会自动报警。”陈小弟说。

众多“娇气敏感”的载荷在轨运行,如何实现“和谐共处”而互不干扰呢?中国航天科技集团八院509所技术专家刘兴天介绍说,这涉及到多载荷共存的动力学兼容性问题。

风云三号D星上有几个对污染源非常敏感的器件。例如红外相机里的辐冷控制器,除了对温湿度有要求,还要通过高纯氮气正压保持的方法对它单独保护,确保外界污染源无法进入。

为了解决这一难题,给各类载荷提供超安静的工作环境,科研人员研制了微振动监测与抑制系统,并首次在国内遥感卫星上应用了“液体阻尼隔振”技术,实现“共振峰”和“高频振动”抑制。经过对星上动力学频谱特性的研究论证,有效地避开了载荷之间潜在的相互干扰。

另一种敏感器件是星上活动部件,例如太阳翼驱动机构中的轴承。该卫星采用单翼设计,运行中太阳翼要始终对着太阳,卫星一天绕地球飞16圈,太阳翼轴承也要转16圈。为保证轴承正常运行,卫星上采用了固体润滑方式,可是如果有灰尘或颗粒污染,达到一定程度后轴承就会被卡住。“我们要求对轴承内不间断地吹高纯氮气,确保其内部的正压环境,让外部空气无法进入,以此帮助卫星在天上飞得更久一点。”陈小弟说。

与此同时,科研人员还研发了“松弛型液体阻尼隔振”技术,不仅能够做到在“共振峰”处有效控制放大倍数,而且还将“高频振动”衰减90%以上,克服了传统被动减振的技术难题。科研团队反复开展系列比对试验,一个个参数调整,一项项测试验证,最终确保了多载荷在轨“和谐共处”,保证了卫星成像性能。

完成总装后,风云三号D星是乘火车前往太原卫星发射中心的,旅途中防污染管控同样重要,而卫星包装箱起到了关键作用。据卫星主任工艺师张伟介绍,为了使卫星处于洁净、密闭、平稳的空间,总装团队设计了自带减震功能的包装箱,能像磁悬浮一般让卫星“浮”在里面,免受振动冲击。同时,箱内通过维持正压来控制温湿度,并能以数字化方式对环境数据和卫星状态进行监测。

卫星总装厂房内永远“四季如春”

目前,八院已建立了一套完整、可操作的防污染体系。下一步,该院将融合互联网技术,实现环境参数的数据集中采集与远程动态管理,进一步提升卫星产品的防污染保障水平。 来源:国防科工局网站

上海湿润的空气,对于搭载着红外相机的风云系列气象卫星来说是致命的。一旦卫星在地面吸附了环境中的水汽,入轨后在宇宙空间的真空环境下释放,造成水汽污染,就会导致红外相机信号严重衰减,乃至失效。

正因为如此,中国航天科技集团八院的卫星总装厂房内永远“四季如春”。据总装中心主任陈小弟介绍,厂房内的湿度严格控制在30%至45%之间,温度一直维持在20℃±3℃,厂房的洁净度优于十万级。

每天,厂房内控制系统都会将温湿度数据报送到指定人员的手机上,一旦出现异常,便会自动发出警报。总装厂房还24小时维持着“正压环境”,即让内部压力略高于外部,使内部空气可以外流,但外部空气无法进入厂房内部。厂房的内部除尘系统也24小时运作,不间断地除尘。

“风云三号D”卫星上,还有一些器件对污染源特别敏感,如红外相机的辐冷控制器、太阳翼驱动机构中的轴承等,除了对厂房环境有要求之外,总装人员还需通过“高纯氮气正压保持”的方法,对它进行单独保护,确保外界污染源无法进入。

让卫星“浮”在包装箱里运输

“风云三号D”卫星从上海“乘坐”火车前往太原卫星发射基地,一路翻山越岭、旅途劳顿,对保持卫星的洁净度和舒适度也是不小的挑战。

据中国航天科技集团八院主任工艺师张伟介绍,“风云三号D”卫星总装团队设计了自带减震功能的包装箱,让卫星像“磁悬浮”那样,“浮”在包装箱里,振动冲击很小。即使有些摇晃,也不会对星体造成影响。

同时,通过在箱内维持“正压”,来控制温度和湿度,同时达到减振功能。在整个运输过程中,还以数字化的方式,对箱内温度和湿度数据、以及卫星状态进行随时监测。

除了技术手段,操作人员在涉星操作时,都必须按规定戴上一次性口罩、手套和防静电手环,防止人体的唾液、油脂或接触时产生的静电,对星体造成影响。

目前,风云三号卫星已经建立了一套完整的、可操作的防污染体系。未来,还将融合互联网技术,实现环境参数的数据集中采集与远程动态管理,进一步提升卫星产品的防污染保障水平。

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