技術(shù)立院丨25年鉆研“太空方向盤”，更精準(zhǔn)更智能更卓越
對(duì)航天器來(lái)說(shuō)，姿軌控系統(tǒng)被稱為“太空方向盤”，在飛行中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。今年6月14日成功發(fā)射的張衡一號(hào)02星，是最后一顆搭載CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)1.0版本的衛(wèi)星。如今，它正在軌穩(wěn)定運(yùn)行，再次展現(xiàn)了這套“太空方向盤”的性能與實(shí)力，也標(biāo)志著我國(guó)CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)“1.0時(shí)代”圓滿收官，正全面邁向“2.0時(shí)代”。這一跨越的背后，凝聚著五院502所25年來(lái)始終如一的堅(jiān)守，也體現(xiàn)了航天人以質(zhì)取信、以新圖強(qiáng)的不懈追求。
自2000年啟動(dòng)研制以來(lái)，CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)歷經(jīng)25年的技術(shù)迭代與創(chuàng)新，圓滿完成了我國(guó)三十余顆衛(wèi)星的太空探索任務(wù)，不僅有高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星、海洋水色觀測(cè)衛(wèi)星等重要型號(hào)，還應(yīng)用于張衡一號(hào)、委內(nèi)瑞拉遙感衛(wèi)星一號(hào)和二號(hào)等國(guó)際業(yè)務(wù)衛(wèi)星，為我國(guó)小衛(wèi)星技術(shù)的跨越式發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2000年，系統(tǒng)研制工作正式啟動(dòng)。2004年，作為CAST2000平臺(tái)首發(fā)星的試驗(yàn)二號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射，讓這個(gè)構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)。在測(cè)量上，試驗(yàn)二號(hào)衛(wèi)星擁有了“智慧大腦”，其姿軌控系統(tǒng)首次采用“星敏感器+陀螺”的組合，星敏感器像衛(wèi)星的“太空指南針”，能通過識(shí)別恒星確定方位；陀螺則如同“平衡感測(cè)器”，實(shí)時(shí)感知姿態(tài)變化。這套組合讓衛(wèi)星定姿精度達(dá)到前所未有的水平。在控制上，衛(wèi)星則像裝上了“精準(zhǔn)四肢”，采用“整星零動(dòng)量+三軸輪控”的方式，通過三個(gè)方向的動(dòng)量輪實(shí)時(shí)調(diào)整姿態(tài)，控制穩(wěn)定度較前代提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。“以前是在顛簸的山路上開車，現(xiàn)在能在光滑的冰面上平穩(wěn)滑行。”參與研制的工程師形象地比喻道。為了讓衛(wèi)星更精準(zhǔn)地調(diào)整軌道和姿態(tài)，確保其在太空中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)還為它配備了單組元推進(jìn)系統(tǒng)。此后25年，這個(gè)系統(tǒng)成為三十余顆該平臺(tái)衛(wèi)星的“標(biāo)準(zhǔn)配置”。 2009年，“智慧大腦”控制計(jì)算機(jī)換上了更快的處理器，系統(tǒng)運(yùn)算能力提升30%。2011年，團(tuán)隊(duì)首次在小衛(wèi)星上采用了長(zhǎng)壽命二浮陀螺，將平臺(tái)壽命從3年延長(zhǎng)至5年。同年，對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平，團(tuán)隊(duì)深入挖掘系統(tǒng)邊界條件、精細(xì)調(diào)試參數(shù)并優(yōu)化定姿算法，使衛(wèi)星的定姿精度提升了約63%。 平臺(tái)能力顯著提升為后續(xù)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。高分一號(hào)作為國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)的首發(fā)星，自2013年4月發(fā)射以來(lái)仍在軌穩(wěn)定運(yùn)行，證明了我國(guó)在高精度姿態(tài)控制技術(shù)等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的能力。 扎實(shí)的技術(shù)升級(jí)讓CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)成為真正的“多面手”：在高分衛(wèi)星上，它能控制衛(wèi)星精準(zhǔn)側(cè)擺拍攝；在海洋監(jiān)測(cè)衛(wèi)星上，它能保持軌位穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測(cè)；在環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星上，它適應(yīng)了不同軌道的控制需求；在張衡一號(hào)衛(wèi)星上，它滿足了國(guó)際合作的高標(biāo)準(zhǔn)要求。 與1.0版本相比，2.0版本堪稱“脫胎換骨”：采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)組裝更加便捷，可快速適配不同任務(wù)需求；核心產(chǎn)品減重40%，提升了發(fā)射效率；運(yùn)算處理能力提升3倍，能支持更復(fù)雜的算法，使姿態(tài)測(cè)量與控制更加精準(zhǔn)高效。2.0版本系統(tǒng)性能顯著增強(qiáng)，其運(yùn)算速度、復(fù)雜工況適應(yīng)能力及可靠性均得到提升，既能滿足高精度對(duì)地觀測(cè)“穩(wěn)如磐石”的要求，又能適應(yīng)星座組網(wǎng)“協(xié)同起舞”的需求。 自天繪六號(hào)A/B星于2023年3月10日成功入軌以來(lái)，基于平臺(tái)2.0版本研制的衛(wèi)星已有9顆成功在軌飛行，服務(wù)于國(guó)土資源普查、電磁環(huán)境探測(cè)、地理信息測(cè)繪等領(lǐng)域。 從2000年的初步構(gòu)想，到2025年的技術(shù)躍升，CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)的每一次升級(jí)，都凝結(jié)著五院人對(duì)技術(shù)和質(zhì)量的極致追求。那些為CAST2000平臺(tái)姿軌控系統(tǒng)奮斗過的五院人，有的已兩鬢斑白，有的正帶著寶貴經(jīng)驗(yàn)投身新的研發(fā)工作中。他們不斷追求更精確的控制和更高的可靠性，確保每一顆衛(wèi)星都能在太空中穩(wěn)定運(yùn)行，完成它們的使命，這是五院人追求卓越、勇攀高峰的生動(dòng)寫照，也是五院堅(jiān)持“技術(shù)是立院之本”的有力印證。
