奥林普斯卫星因程序故障引起电力中断的起死回生

奥林普斯卫星的起死回生

摘要

1989年7月12日奥林普斯(Olympus)-1卫星甩阿里安-3发射成功。
1991年5月29日的事故导致奥林普斯试验通信卫星失控，结果使卫星漂离定点位置。奥林普斯调查委员会详细地研完了这些事件。本文综述T由政洲空间局(ESA)局长主管的奥林普斯飞行任务营救小组所作的一系列工作(1)。



一问题的范围


1991年5月29日清晨由于卫星丢失了地球指向基准信号(2)，奥(林普斯)星白行切换到其安全模式，即所谓的应急太阳捕获模式。由于星上出现任何形式的故障都可进久这种模式，因此这种模式是为多数兰轴稳定卫星设计的一种安全模式。但当奥星从这种安全模式转入正常控制模式耐，在意大和Fucino的奥星控制中心遇到了难题，卫星开始翻滚，随后卫星沿其一个轴转动。
另外，在故障期间由于系统白发工作引起推力器点火，迫使奥星离开地球同步轨道，并以每天5的速率向东漂移，漂出了Fucino跟踪站的跟踪范围。此后奥星电源系统不能继续向电池充电，也不能为温控加热器提供足够的电源，因为太阳阵不指向太阳。结果卫星的温度骤降到一5O℃和一60℃之间，使星上的燃料、氧化剂和电池都冻结。

5月29日晨出故障后奥星的状态如下：
一卫星变冷(一50℃到一6O℃间)。
一电池已完全放电。
一卫星围绕其x轴旋转，其白旋轴(惯性定向)指向太阳。
一卫星每隔90s转一圈(相当自旋周期4。／s)。
一随卫星白旋主母线电压在0～25V问振荡。
一遥测和遥控通道丧失功能。
一失去遥测功能后，必须发送许多指令，特别是把指令送给测控远程单元和加热器，但这些远程单元和加热器所处状态不明。

一周后进行的一次评估指出，由于卫星工作异常有可能出现下列的损坏和衰退：

1)内部装有液体的元件可能损坏，比如：
·Ni—H电池：虽可能恢复．但直到重新检修之前容量和充电效率都降低，当KOH催化剂在一33℃再溶解时可能过热。
Ni—Cd电池：由于冻结可能损坏物理性能，如果太冷时以高电流充电，可能产生氢而造成损坏。
·统一推进分系统(MMH和NTO)：桩内部部件解冻过程中可能损坏，如果解冻液
体没有膨胀余地，管道结构或阀门可能产生灾难性损坏。

2)电子系统：
虽然一两个部件有可能失效，电子系统不致损坏，但这只在正常备分范围内才可接受。


二、各机构的响应

1991年6月3日由ESA局长Mr．J—MLuton组建的奥星飞行任务营救小组接受了这项任务，试图用一切有效方法恢复奥星的飞行任务。该小组从ESA和英国航天局(BAe)吸收了一些专家，由欧洲航天控制中tl,(ESOC)的欧空局局长领导。BAe公司是曾领导过奥星研制的工业财团，BAe公司向ESA的营救小组提供工程建议和计划鉴定。奥星飞行任务营救小组由5O多个各学科的工程师组成，从6月初开始进行了艰苦的工作，安排了很复杂的工作计划(见表1)。为了支持这项工作，与NASA和CNES合作，提出了增加追踪站，ESOC运行控制中心(OOC)的指挥，控制和联络设施进一步承担了Fucino的奥星控制中心的飞行控制。在准备飞行任务营救计划的同时，对ESOC控制中心、追踪网络和通信系统进行了改造。
营救计划进行了下列活动；一在太阳照射较有利时，获取有价值的遥测数据并连续监视卫星状态。一切断椎进系统管道和推力器的加热器以降低所需功率。
一切断推力器电子线路以防止推力器点火。
一进一步把电源要求降低到200W以下，只保留主分部件、贮箱和电池加热器工作。
一当电池温度超过一25℃，且可获得太阳能源时，重新给Ni～H。电池充电。
一启动电池放电调节器并接通电池管理系统。
一当电池温度超过一10℃且可获得太阳能源时重新给Ni-Cd电池充电。
一定期将太阳阵的位置调到最佳使输出电功率最大。
一用星上加热器逐渐使卫星变暖，确保贮箱温升每天不超过5℃。
一燃料和氧化剂贮箱解冻。
一所有管道解冻。
一滚动、俯仰和偏航推力器解冻并进行试验性点火。
一卫星旋转速率从4。／s降到2。／s。
一重新捕获太阳并指令姿态和轨道控制系统进入应急太阳捕获模式以停止旋转，进入一个稳定的太阳指向姿态。
一用红外地球敏感器捕获地球并使姿态和轨道控制系统转入其正常工作模式。

几千条遥控指令从欧洲航天控制中·tl,通过澳大利亚的Perth，加里弗尼亚的GoldStone，法届圭亚那的KoHrOU和西班牙的Villafrance追踪站发向卫星，以便完成这些活动。据ESA所知对于一个报废了的卫星以前从未进行过类似的工作。上述工作都是在奥星向东漂越太平洋和犬西洋的64天期问进行的。在此期间必须准备好详细的工作程序并把复杂的时序


表1奥林普斯营救计划概要


向NT0贮箱输人相变潜热7月8日


NT0贮箱中的氧化剂由固态变为液态时，
监测贮箱和管道的温度7月19日


从贮箱出口解冻管道和推力器(约7月24日第205天


推力器试验性点火7月26日第207天


捡查系统管理监控器(sMM)，打开B分支推力器
驱动线路和地球敏感器组件回路，准备捕获太阳7月26日第207天

第210天●7月29日
-接通陀螺和数字式太阳敏感器
·以步进控制方式，使卫星开环消旋到约2。／s
切断太阳阵驱动电子线路，向欧空局(EsA)和意大利空间局(sA)f
蒌接监塞通视蠢太并调阳篷阵整；驱电；；动池；充电芎子电莓线状爹路态，并_把北北太阳电池阵转到一一z轴一7月30日
·向上发送软件修补程序并使统一推进分系统配置到“^分支
·把轨道和姿态控制系统模式切换到IML
·用FOPLEOP程序标定陀螺漂移速率
·检查反作用轮及其驱动电子线路(所有轮子和所有接口)
-检查偏航陀螺

第212天(2l3天继续)8月1日

·当地拂晓时间捕获地球
·用北太阳阵跟踪进人正常模式
·进行日常的偏航陀螺标定
-准备第一次位置捕获机动

夜间监视B红外地球敏感器，用AOCS焦【8月1日以后

平台交付使用8月2日，从第214日起

位置捕获机动8月7日／8日，第218，219天

有效载荷交付使用8月8日．从第220天起

恢复通信业务

指令置入欧洲航天控制中心的计算机中。
最终找出了出事原因是5月29日使卫星从安全模式返回到正常模式时断用的一个程序未经充分验证c1]。鉴于此次教训，在实际工作进行之前，必须对星上程序的有效性进行仿真，因此，建立奥星仿真器是十分必要的。

8月2日星上发动机点火486s产生了7m／s的向东V机动速度，把漂移速率从5度／日降到2.9度／天。
8月6日用北向的推力器完成了倾角修正机动，使轨道倾角达到位置保持的死区。这次机动持续了l1．55min，产生了15m／s的速度增量。
8月9日又完成了进一步的向东点火，把漂移速率降到0．9。／d，8月13日完成最终位置捕获，把奥星定位到西经19。，同一天在这个位置上用一次向西点火开始了位置保持循环。
奥星保持在西经19。，东／西和南／北误差都在±0．1之内。从而确保了正确的通信覆盖，避免了与其邻近工作的其它三个通信卫星太接近所引起的干扰。
8月14日开始的有效载荷交付工作持续了20天，这期间对所有的有效载荷部件进行了广泛试验。试验数据表明，所有有效载荷部件的性能都满足其技术要求且非常接近5月29日事故前的测量值。


三、结论

由于奥星飞行任务营救小组的出色工作，使这颗价值高达8亿美元的卫星起死回生。欧空局和美国航天局的这次协作证明，欧洲已具备用那些并不是专门为此项营救任务而设计的设施与资源去完成复杂的、特别危险的营救工作的成熟技术和工作经验。
在计划和执行这项营救任务时，这三个管理岛(ESOC，ESTEC和电信公司)的全体工作人员与卫星的制造商BAe密切协作。由于欧洲与NASA和CNES两家的国际台作，另外提供了Goldstolle和KOUroll这两个跟踪站，这些跟踪站与柱Perth、Villafrance和Fucino的设施一起增加了覆盖，使得奥星在其绕地球的全旅程几乎连续覆盖。

最近获悉，卫星交付使用后欧洲电视广播通道的行渡管(TWT)失效，已不能再使用这项服务了[3)

参考资料

1．TheOlypusMissionRecovery--YIis~ionImpossibe’fESABulletin68Nov．1991

2．InvertigationStartedintoOlympusSatelliteAnomalyESABulletinB7Aug．1991

3．Pnogramines&OperationsOlympus．BSABulletin70May．1992

1991奥林普斯卫星的起死回生

摘要

1989年7月12日奥林普斯(Olympus)-1卫星甩阿里安-3发射成功。
1991年5月29日的事故导致奥林普斯试验通信卫星失控，结果使卫星漂离定点位置。奥林普斯调查委员会详细地研完了这些事件。本文综述T由政洲空间局(ESA)局长主管的奥林普斯飞行任务营救小组所作的一系列工作(1)。



一问题的范围


1991年5月29日清晨由于卫星丢失了地球指向基准信号(2)，奥(林普斯)星白行切换到其安全模式，即所谓的应急太阳捕获模式。由于星上出现任何形式的故障都可进久这种模式，因此这种模式是为多数兰轴稳定卫星设计的一种安全模式。但当奥星从这种安全模式转入正常控制模式耐，在意大和Fucino的奥星控制中心遇到了难题，卫星开始翻滚，随后卫星沿其一个轴转动。
另外，在故障期间由于系统白发工作引起推力器点火，迫使奥星离开地球同步轨道，并以每天5的速率向东漂移，漂出了Fucino跟踪站的跟踪范围。此后奥星电源系统不能继续向电池充电，也不能为温控加热器提供足够的电源，因为太阳阵不指向太阳。结果卫星的温度骤降到一5O℃和一60℃之间，使星上的燃料、氧化剂和电池都冻结。

5月29日晨出故障后奥星的状态如下：
一卫星变冷(一50℃到一6O℃间)。
一电池已完全放电。
一卫星围绕其x轴旋转，其白旋轴(惯性定向)指向太阳。
一卫星每隔90s转一圈(相当自旋周期4。／s)。
一随卫星白旋主母线电压在0～25V问振荡。
一遥测和遥控通道丧失功能。
一失去遥测功能后，必须发送许多指令，特别是把指令送给测控远程单元和加热器，但这些远程单元和加热器所处状态不明。

一周后进行的一次评估指出，由于卫星工作异常有可能出现下列的损坏和衰退：

1)内部装有液体的元件可能损坏，比如：
·Ni—H电池：虽可能恢复．但直到重新检修之前容量和充电效率都降低，当KOH催化剂在一33℃再溶解时可能过热。
Ni—Cd电池：由于冻结可能损坏物理性能，如果太冷时以高电流充电，可能产生氢而造成损坏。
·统一推进分系统(MMH和NTO)：桩内部部件解冻过程中可能损坏，如果解冻液
体没有膨胀余地，管道结构或阀门可能产生灾难性损坏。

2)电子系统：
虽然一两个部件有可能失效，电子系统不致损坏，但这只在正常备分范围内才可接受。


二、各机构的响应

1991年6月3日由ESA局长Mr．J—MLuton组建的奥星飞行任务营救小组接受了这项任务，试图用一切有效方法恢复奥星的飞行任务。该小组从ESA和英国航天局(BAe)吸收了一些专家，由欧洲航天控制中tl,(ESOC)的欧空局局长领导。BAe公司是曾领导过奥星研制的工业财团，BAe公司向ESA的营救小组提供工程建议和计划鉴定。奥星飞行任务营救小组由5O多个各学科的工程师组成，从6月初开始进行了艰苦的工作，安排了很复杂的工作计划(见表1)。为了支持这项工作，与NASA和CNES合作，提出了增加追踪站，ESOC运行控制中心(OOC)的指挥，控制和联络设施进一步承担了Fucino的奥星控制中心的飞行控制。在准备飞行任务营救计划的同时，对ESOC控制中心、追踪网络和通信系统进行了改造。
营救计划进行了下列活动；一在太阳照射较有利时，获取有价值的遥测数据并连续监视卫星状态。一切断椎进系统管道和推力器的加热器以降低所需功率。
一切断推力器电子线路以防止推力器点火。
一进一步把电源要求降低到200W以下，只保留主分部件、贮箱和电池加热器工作。
一当电池温度超过一25℃，且可获得太阳能源时，重新给Ni～H。电池充电。
一启动电池放电调节器并接通电池管理系统。
一当电池温度超过一10℃且可获得太阳能源时重新给Ni-Cd电池充电。
一定期将太阳阵的位置调到最佳使输出电功率最大。
一用星上加热器逐渐使卫星变暖，确保贮箱温升每天不超过5℃。
一燃料和氧化剂贮箱解冻。
一所有管道解冻。
一滚动、俯仰和偏航推力器解冻并进行试验性点火。
一卫星旋转速率从4。／s降到2。／s。
一重新捕获太阳并指令姿态和轨道控制系统进入应急太阳捕获模式以停止旋转，进入一个稳定的太阳指向姿态。
一用红外地球敏感器捕获地球并使姿态和轨道控制系统转入其正常工作模式。

几千条遥控指令从欧洲航天控制中·tl,通过澳大利亚的Perth，加里弗尼亚的GoldStone，法届圭亚那的KoHrOU和西班牙的Villafrance追踪站发向卫星，以便完成这些活动。据ESA所知对于一个报废了的卫星以前从未进行过类似的工作。上述工作都是在奥星向东漂越太平洋和犬西洋的64天期问进行的。在此期间必须准备好详细的工作程序并把复杂的时序


表1奥林普斯营救计划概要


向NT0贮箱输人相变潜热7月8日


NT0贮箱中的氧化剂由固态变为液态时，
监测贮箱和管道的温度7月19日


从贮箱出口解冻管道和推力器(约7月24日第205天


推力器试验性点火7月26日第207天


捡查系统管理监控器(sMM)，打开B分支推力器
驱动线路和地球敏感器组件回路，准备捕获太阳7月26日第207天

第210天●7月29日
-接通陀螺和数字式太阳敏感器
·以步进控制方式，使卫星开环消旋到约2。／s
切断太阳阵驱动电子线路，向欧空局(EsA)和意大利空间局(sA)f
蒌接监塞通视蠢太并调阳篷阵整；驱电；；动池；充电芎子电莓线状爹路态，并_把北北太阳电池阵转到一一z轴一7月30日
·向上发送软件修补程序并使统一推进分系统配置到“^分支
·把轨道和姿态控制系统模式切换到IML
·用FOPLEOP程序标定陀螺漂移速率
·检查反作用轮及其驱动电子线路(所有轮子和所有接口)
-检查偏航陀螺

第212天(2l3天继续)8月1日

·当地拂晓时间捕获地球
·用北太阳阵跟踪进人正常模式
·进行日常的偏航陀螺标定
-准备第一次位置捕获机动

夜间监视B红外地球敏感器，用AOCS焦【8月1日以后

平台交付使用8月2日，从第214日起

位置捕获机动8月7日／8日，第218，219天

有效载荷交付使用8月8日．从第220天起

恢复通信业务

指令置入欧洲航天控制中心的计算机中。
最终找出了出事原因是5月29日使卫星从安全模式返回到正常模式时断用的一个程序未经充分验证c1]。鉴于此次教训，在实际工作进行之前，必须对星上程序的有效性进行仿真，因此，建立奥星仿真器是十分必要的。

8月2日星上发动机点火486s产生了7m／s的向东V机动速度，把漂移速率从5度／日降到2.9度／天。
8月6日用北向的推力器完成了倾角修正机动，使轨道倾角达到位置保持的死区。这次机动持续了l1．55min，产生了15m／s的速度增量。
8月9日又完成了进一步的向东点火，把漂移速率降到0．9。／d，8月13日完成最终位置捕获，把奥星定位到西经19。，同一天在这个位置上用一次向西点火开始了位置保持循环。
奥星保持在西经19。，东／西和南／北误差都在±0．1之内。从而确保了正确的通信覆盖，避免了与其邻近工作的其它三个通信卫星太接近所引起的干扰。
8月14日开始的有效载荷交付工作持续了20天，这期间对所有的有效载荷部件进行了广泛试验。试验数据表明，所有有效载荷部件的性能都满足其技术要求且非常接近5月29日事故前的测量值。


三、结论

由于奥星飞行任务营救小组的出色工作，使这颗价值高达8亿美元的卫星起死回生。欧空局和美国航天局的这次协作证明，欧洲已具备用那些并不是专门为此项营救任务而设计的设施与资源去完成复杂的、特别危险的营救工作的成熟技术和工作经验。
在计划和执行这项营救任务时，这三个管理岛(ESOC，ESTEC和电信公司)的全体工作人员与卫星的制造商BAe密切协作。由于欧洲与NASA和CNES两家的国际台作，另外提供了Goldstolle和KOUroll这两个跟踪站，这些跟踪站与柱Perth、Villafrance和Fucino的设施一起增加了覆盖，使得奥星在其绕地球的全旅程几乎连续覆盖。

最近获悉，卫星交付使用后欧洲电视广播通道的行渡管(TWT)失效，已不能再使用这项服务了[3)

参考资料

1．TheOlypusMissionRecovery--YIis~ionImpossibe’fESABulletin68Nov．1991

2．InvertigationStartedintoOlympusSatelliteAnomalyESABulletinB7Aug．1991

3．Pnogramines&OperationsOlympus．BSABulletin70May．1992

1991