双星探测研制秘闻公开

双星探测研制秘闻公开  









　　火箭篇--探测二号卫星发射前四天，在给即将进入发射状态的火箭进行全面“体检”的过程中，中国运载火箭技术研究院的技术人员发现遥测系统地面记录设备中的一个磁带机卡住了，虽然有备份设备，对火箭发射也不会造成什么“致命伤害”，但航天人在工作中培养出的一贯的“严、慎、细、实”作风，让他们毫不犹豫做出了连夜从北京运送产品进行更换的决定。第二天凌晨，披星戴月从北京急驰700多公里路程的产品车抵达发射基地。很快，出现问题的部位完好如初。
　　其实这只是发射场工作中的一个片段。一切为了确保发射成功，这已成为航天人心中永恒的信条。
■ 不能有“自由度”的飞行
　　发射探测一号、探测二号的火箭都是长征二号丙SM火箭，但每一次发射都会融入新的“内容”。据火箭总指挥郑全宝介绍，此次发射探测二号卫星的火箭，为满足卫星多点探测的需要，其入轨精度必须按“指标”走，不能打高，也不能打低，也就是说，火箭在飞行途中的“自由度”受到限制，必须严格按规定动作来。这在无形之中就增加了“驾驭”难度。为此，研制人员在软件设计方面做了大量计算并进行修改，同时相应调整硬件，最终让苛刻的条件变成了火箭精确入轨的现实。
　　发射当日,当西安卫星测控中心传来卫星准确入轨的消息时,面对具体的数字,在场的专家对火箭能够打出如此精确的高度连连称奇。
■ “上面级”也传奇
　　长征二号丙系列运载火箭因多年保持不败记录而声名显赫， 但在接下双星探测计划的发射任务后，根据探测卫星高轨道的特点及要求，火箭要做相应的改进。最突出的一点，就是在火箭一级、二级的上面，又增加了一个全新的上面级SM。虽然只是在长征二号丙后面加了SM这两个字母，但蕴涵更多的，其实是火箭研制更高的难度。
　　有记者曾这样问过长征二号丙SM火箭研制人员，为了便于理解，能不能把上面级看作是火箭的第三级？这个提法让研制者着实有些作难。因为上面级的确相当于火箭的第三级，但又与三级不同。它是独立的，自成体系。它由主结构、固体发动机、姿控系统、控制系统、分离系统、遥测系统等组成。采用自旋稳定和三轴稳定相结合的姿态控制方式，以及大速率长时间的惯性组合系统，满足卫星入轨要求。上面级在整个飞行过程中要经历起旋、调姿、精控、稳定、变轨、消旋、再起旋调姿、星箭分离、上面级调姿等18个飞行动作，在肉眼看不到的空中芭蕾表演中扮演着非常重要的角色。
　　这样的上面级其复杂程度可想而知。为此，研制人员克服重重困难，研究了许多新的技术，以支持上面级“优美”地完成在空中连续不断的“舞蹈”动作：火箭一二级飞行将卫星与上面级的组合体送入预定轨道；上面级与二级分离后，进行调姿、滑行、起旋，并在预定轨道变轨，使卫星进入轨道；上面级再消旋、调姿，使卫星自旋轴垂直于黄道平面后，上面级再起旋至卫星要求转数后与卫星分离。针对上面级自旋稳定的特点，研制人员更是制订了相当周密的解决方案，完成了四分集GPS接收机、大推力小偏差固体发动机等重要技术的研制与攻关。
　　上面级把卫星释放出去后，燃料还没有完全用尽，因此它还会继续沿着轨道运行。在这种情况下，上面级与同方向飞行的卫星之间会不会发生刮蹭现象？研制人员经过仔细分析研究，认为即使这只是一个万一，也要百分之百地避免。他们采用多个保险招数对此加以改进，一招是在卫星与上面级之间增加了多个分离弹簧，加快了两者之间的分离速度；另一招是在上面级还远远没有追上卫星时，就用调姿的方式改变其运行方向，岔开飞行轨道。这样就可减少后效作用，通俗的话说就是避免了“追尾”，从而保证了卫星的绝对安全。
　　探测二号的成功发射，再一次考验了上面级，同时表明长征二号丙系列火箭技术迈上了一个新台阶。　　 卫星篇
　　双星计划从2001年10月立项，到2004年7月完成探测一号、探测二号两颗卫星的在轨部署，总共不到三年的时间。这样的速度，对卫星研制队伍说来，无疑是高难度的挑战。
　　探测卫星总设计师张永维告诉记者，因为要与欧洲空间局已经在2000年7月、8月升空的4颗星一起组成6点交汇立体探测网，中方的研制进度就要加快，同时，卫星要穿越磁层、辐射带，面对的空间环境比欧洲的4颗星更恶劣，是国内目前遇到的辐射剂量最高的。作为国内第一颗真正意义上的科学卫星，探测卫星的科学目标是要测量空间的微弱信号，而星上探测仪器也对卫星的研制提出了苛刻的要求。面对这样的情况，研制队伍集智攻关，确保向太空发送的总是高质量的探测卫星。
■ 对卫星实施隐身术
　　探测卫星的底部有一个伸出3米远的探头，由其探测各种科学数据。为了避免卫星自身对探测信号的干扰，卫星实际上是隐身的，这样才能保证探测仪器测量到真实的参数。在探测一号卫星上实施“隐身术”时，用于测量磁场的磁强计还是受到了微弱干扰，这令航天东方红卫星公司的研制人员感到不十分理想。为此，他们在探测二号卫星身上花了很大气力进行改进。
　　张永维总师带领设计师们一起挑战这一高难课题。他们对星上所有电缆网走线、印制版的制作等进行全面“梳理”，采取了各种消除干扰的工艺和办法，甚至用一个月的时间做了大量的理论分析、工艺试验、缩比模型试验以及1：1的模型试验。此时，他们心里想的是不能辜负开展地球空间探测的科学家们的希望，不能让希望获取更多数据的科学家们有所遗憾。为减少磁干扰，他们专门成立了一个磁控制专业小组，专门对付多余的“磁”。因为以前没有这样的要求，一些单机与印制版就不再符合新的设计标准。为此，设计师手里提着烙铁进入摆放着单机与印制版的模拟设备进行测试，发现问题，亲自动手现场改进，直到达到规定指标。这期间，他们还对卫星所有暴露于太空的表面大密度地进行了抽样测量，测量的表面电阻点数超过了5000个，发现不合格的就马上更换。5000个点的测量，需要极大的耐心与格外的细心。当设计师们看到经过一点一点努力，卫星的“隐身术”终于越来越“高明”时，对不断提高卫星性能充满信心。
■ 令欧洲伙伴惊讶的进度
　　探测卫星研制队伍里有一句口号“一次做对，一次做好，不要返工”。张永维总师说：“中国人说话算数”。
　　一开始，欧洲人不相信中方能在三年内成功研制两颗卫星。他们更想不到的是，当他们悠闲地在中国各地度假时，中方研制人员正在加班加点，连节假日也不休息。如此“轻敌”的结果，反造成了欧方研制的探测仪器跟不上中方的研制进度了，一个项目经理因此被撤换。
　　探测一号、探测二号两颗卫星，上面的接插件、各种接口加起来有几百个，测试时没有发现一个差错。欧洲空间局派来的工程师也一同参加测试，看到这样的结果，佩服得竖起了大拇指，他们坦率地说，这在他们的公司也是很难做到的。
　　一次做对，大大加快了研制进度，但其间付出的代价也是巨大的。在进行卫星地面工装时，卫星上要装一个隔热屏，就像是给卫星盖一个小暖房，这项工作要求操作人员特别仔细，像绣花一样，一点一点地干。卫星立在支架上，距地面有几米高；卫星内已安装好的仪器、设备不能有一点磕碰。这样的条件下，操作者只能是趴在卫星的口上倒悬着身子安装了，腿还得由同伴压扶着，否则身体无法平衡，甚至会像倒栽葱似的掉进卫星舱里。这个艰难的任务交到了赵虎和陶秀华两个身体灵活的二十四五岁的年轻人的手上。小赵悬空操作，小陶负责扶腿，两人紧密配合，都知道这样的姿势再难受也不能影响进度。结果小赵头朝下被控的流鼻血，吃饭时也没了一点胃口。卫星总师、总指挥们为此都很感动，内心深处一直不忘这些普通工人立下的汗马功劳。
　　7月25日下午，来自欧空局的代表赶到太原卫星发射中心，现场观看了探测二号卫星发射盛况，对与中国航天的合作给予了高度评价。

应用篇
　　探测二号卫星在双星计划中占有很重要的位置，因为只有两颗星相互配合，才能完成对地球空间的探测任务。
　　已于2003年12月30日发射升空的探测一号卫星，至今已经在太空中运行半年多了。在这次发射之前，双星计划首席科学家刘振兴院士向记者透露，探测一号卫星各系统的运行正常，星上各项科学仪器工作状态良好，与欧洲空间局最为重要的磁层探测计划“星簇计划2”中的4颗星配合也很好，已经取得了大量高分辨率的科学探测数据。初步分析表明，这些数据已经取得某些有创新性的分析结果。探测二号发射成功之后，要尽快进行数据研究，力争对磁层空间暴的产生、发展等关键科学问题在近两年内有突破性的研究进展。
　　目前，普通人对空间自然灾害的认识远不如对身边气象变化的了解，对空间会发生怎样的灾害可以说是知之甚少。刘振兴院士介绍说，在太阳活动和行星际扰动影响下，地球空间会经常发生爆发性的剧烈扰动，这些扰动被统称为地球空间暴，其中磁层空间暴是地球空间暴的最重要部分，也是一些其它地球空间暴产生的源头。磁层空间暴主要包括磁层亚暴、磁暴、磁层粒子暴等，它们是最主要的空间灾害天气。迄今已发生的几千起卫星故障中，大约40％是由空间环境异常引起的。地球空间暴是产生航天器故障、威胁航天员安全、导致通信中断、影响导航与定位精度的主要原因。然而，这些与人类活动密切相关的磁层空间暴，其产生机制和发展规律目前尚不为人类所了解。研究地球空间的这些“暴”，就是为了今后可以有办法预防空间灾害对人类产生的不利影响。
　　双星计划中的探测一号卫星（赤道星），运行在近地点555公里、远地点78051公里、倾角285度的轨道，主要用于探测近地磁尾区的磁层空间暴过程及向阳面磁层顶区太阳风能量向磁层中的传输过程。此次发射的探测二号卫星(极轨星)，运行在近地点681公里、远地点38278公里、倾角90度的轨道上，用于探测太阳风能量和近地磁尾区能量向极区电离层和高层大气的传输以及电离层粒子向磁层中的传输过程。这两颗小卫星分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的重要活动区，两星相互配合，构成具有明显创新特色的星座式独立探测体系，可以对地球空间暴发生机制和发展规律进行立体探测，进而建立磁层空间暴的物理模型、地球空间环境动态模型，提出预报方法。双星探测研制秘闻公开  









　　火箭篇--探测二号卫星发射前四天，在给即将进入发射状态的火箭进行全面“体检”的过程中，中国运载火箭技术研究院的技术人员发现遥测系统地面记录设备中的一个磁带机卡住了，虽然有备份设备，对火箭发射也不会造成什么“致命伤害”，但航天人在工作中培养出的一贯的“严、慎、细、实”作风，让他们毫不犹豫做出了连夜从北京运送产品进行更换的决定。第二天凌晨，披星戴月从北京急驰700多公里路程的产品车抵达发射基地。很快，出现问题的部位完好如初。
　　其实这只是发射场工作中的一个片段。一切为了确保发射成功，这已成为航天人心中永恒的信条。
■ 不能有“自由度”的飞行
　　发射探测一号、探测二号的火箭都是长征二号丙SM火箭，但每一次发射都会融入新的“内容”。据火箭总指挥郑全宝介绍，此次发射探测二号卫星的火箭，为满足卫星多点探测的需要，其入轨精度必须按“指标”走，不能打高，也不能打低，也就是说，火箭在飞行途中的“自由度”受到限制，必须严格按规定动作来。这在无形之中就增加了“驾驭”难度。为此，研制人员在软件设计方面做了大量计算并进行修改，同时相应调整硬件，最终让苛刻的条件变成了火箭精确入轨的现实。
　　发射当日,当西安卫星测控中心传来卫星准确入轨的消息时,面对具体的数字,在场的专家对火箭能够打出如此精确的高度连连称奇。
■ “上面级”也传奇
　　长征二号丙系列运载火箭因多年保持不败记录而声名显赫， 但在接下双星探测计划的发射任务后，根据探测卫星高轨道的特点及要求，火箭要做相应的改进。最突出的一点，就是在火箭一级、二级的上面，又增加了一个全新的上面级SM。虽然只是在长征二号丙后面加了SM这两个字母，但蕴涵更多的，其实是火箭研制更高的难度。
　　有记者曾这样问过长征二号丙SM火箭研制人员，为了便于理解，能不能把上面级看作是火箭的第三级？这个提法让研制者着实有些作难。因为上面级的确相当于火箭的第三级，但又与三级不同。它是独立的，自成体系。它由主结构、固体发动机、姿控系统、控制系统、分离系统、遥测系统等组成。采用自旋稳定和三轴稳定相结合的姿态控制方式，以及大速率长时间的惯性组合系统，满足卫星入轨要求。上面级在整个飞行过程中要经历起旋、调姿、精控、稳定、变轨、消旋、再起旋调姿、星箭分离、上面级调姿等18个飞行动作，在肉眼看不到的空中芭蕾表演中扮演着非常重要的角色。
　　这样的上面级其复杂程度可想而知。为此，研制人员克服重重困难，研究了许多新的技术，以支持上面级“优美”地完成在空中连续不断的“舞蹈”动作：火箭一二级飞行将卫星与上面级的组合体送入预定轨道；上面级与二级分离后，进行调姿、滑行、起旋，并在预定轨道变轨，使卫星进入轨道；上面级再消旋、调姿，使卫星自旋轴垂直于黄道平面后，上面级再起旋至卫星要求转数后与卫星分离。针对上面级自旋稳定的特点，研制人员更是制订了相当周密的解决方案，完成了四分集GPS接收机、大推力小偏差固体发动机等重要技术的研制与攻关。
　　上面级把卫星释放出去后，燃料还没有完全用尽，因此它还会继续沿着轨道运行。在这种情况下，上面级与同方向飞行的卫星之间会不会发生刮蹭现象？研制人员经过仔细分析研究，认为即使这只是一个万一，也要百分之百地避免。他们采用多个保险招数对此加以改进，一招是在卫星与上面级之间增加了多个分离弹簧，加快了两者之间的分离速度；另一招是在上面级还远远没有追上卫星时，就用调姿的方式改变其运行方向，岔开飞行轨道。这样就可减少后效作用，通俗的话说就是避免了“追尾”，从而保证了卫星的绝对安全。
　　探测二号的成功发射，再一次考验了上面级，同时表明长征二号丙系列火箭技术迈上了一个新台阶。　　 卫星篇
　　双星计划从2001年10月立项，到2004年7月完成探测一号、探测二号两颗卫星的在轨部署，总共不到三年的时间。这样的速度，对卫星研制队伍说来，无疑是高难度的挑战。
　　探测卫星总设计师张永维告诉记者，因为要与欧洲空间局已经在2000年7月、8月升空的4颗星一起组成6点交汇立体探测网，中方的研制进度就要加快，同时，卫星要穿越磁层、辐射带，面对的空间环境比欧洲的4颗星更恶劣，是国内目前遇到的辐射剂量最高的。作为国内第一颗真正意义上的科学卫星，探测卫星的科学目标是要测量空间的微弱信号，而星上探测仪器也对卫星的研制提出了苛刻的要求。面对这样的情况，研制队伍集智攻关，确保向太空发送的总是高质量的探测卫星。
■ 对卫星实施隐身术
　　探测卫星的底部有一个伸出3米远的探头，由其探测各种科学数据。为了避免卫星自身对探测信号的干扰，卫星实际上是隐身的，这样才能保证探测仪器测量到真实的参数。在探测一号卫星上实施“隐身术”时，用于测量磁场的磁强计还是受到了微弱干扰，这令航天东方红卫星公司的研制人员感到不十分理想。为此，他们在探测二号卫星身上花了很大气力进行改进。
　　张永维总师带领设计师们一起挑战这一高难课题。他们对星上所有电缆网走线、印制版的制作等进行全面“梳理”，采取了各种消除干扰的工艺和办法，甚至用一个月的时间做了大量的理论分析、工艺试验、缩比模型试验以及1：1的模型试验。此时，他们心里想的是不能辜负开展地球空间探测的科学家们的希望，不能让希望获取更多数据的科学家们有所遗憾。为减少磁干扰，他们专门成立了一个磁控制专业小组，专门对付多余的“磁”。因为以前没有这样的要求，一些单机与印制版就不再符合新的设计标准。为此，设计师手里提着烙铁进入摆放着单机与印制版的模拟设备进行测试，发现问题，亲自动手现场改进，直到达到规定指标。这期间，他们还对卫星所有暴露于太空的表面大密度地进行了抽样测量，测量的表面电阻点数超过了5000个，发现不合格的就马上更换。5000个点的测量，需要极大的耐心与格外的细心。当设计师们看到经过一点一点努力，卫星的“隐身术”终于越来越“高明”时，对不断提高卫星性能充满信心。
■ 令欧洲伙伴惊讶的进度
　　探测卫星研制队伍里有一句口号“一次做对，一次做好，不要返工”。张永维总师说：“中国人说话算数”。
　　一开始，欧洲人不相信中方能在三年内成功研制两颗卫星。他们更想不到的是，当他们悠闲地在中国各地度假时，中方研制人员正在加班加点，连节假日也不休息。如此“轻敌”的结果，反造成了欧方研制的探测仪器跟不上中方的研制进度了，一个项目经理因此被撤换。
　　探测一号、探测二号两颗卫星，上面的接插件、各种接口加起来有几百个，测试时没有发现一个差错。欧洲空间局派来的工程师也一同参加测试，看到这样的结果，佩服得竖起了大拇指，他们坦率地说，这在他们的公司也是很难做到的。
　　一次做对，大大加快了研制进度，但其间付出的代价也是巨大的。在进行卫星地面工装时，卫星上要装一个隔热屏，就像是给卫星盖一个小暖房，这项工作要求操作人员特别仔细，像绣花一样，一点一点地干。卫星立在支架上，距地面有几米高；卫星内已安装好的仪器、设备不能有一点磕碰。这样的条件下，操作者只能是趴在卫星的口上倒悬着身子安装了，腿还得由同伴压扶着，否则身体无法平衡，甚至会像倒栽葱似的掉进卫星舱里。这个艰难的任务交到了赵虎和陶秀华两个身体灵活的二十四五岁的年轻人的手上。小赵悬空操作，小陶负责扶腿，两人紧密配合，都知道这样的姿势再难受也不能影响进度。结果小赵头朝下被控的流鼻血，吃饭时也没了一点胃口。卫星总师、总指挥们为此都很感动，内心深处一直不忘这些普通工人立下的汗马功劳。
　　7月25日下午，来自欧空局的代表赶到太原卫星发射中心，现场观看了探测二号卫星发射盛况，对与中国航天的合作给予了高度评价。

应用篇
　　探测二号卫星在双星计划中占有很重要的位置，因为只有两颗星相互配合，才能完成对地球空间的探测任务。
　　已于2003年12月30日发射升空的探测一号卫星，至今已经在太空中运行半年多了。在这次发射之前，双星计划首席科学家刘振兴院士向记者透露，探测一号卫星各系统的运行正常，星上各项科学仪器工作状态良好，与欧洲空间局最为重要的磁层探测计划“星簇计划2”中的4颗星配合也很好，已经取得了大量高分辨率的科学探测数据。初步分析表明，这些数据已经取得某些有创新性的分析结果。探测二号发射成功之后，要尽快进行数据研究，力争对磁层空间暴的产生、发展等关键科学问题在近两年内有突破性的研究进展。
　　目前，普通人对空间自然灾害的认识远不如对身边气象变化的了解，对空间会发生怎样的灾害可以说是知之甚少。刘振兴院士介绍说，在太阳活动和行星际扰动影响下，地球空间会经常发生爆发性的剧烈扰动，这些扰动被统称为地球空间暴，其中磁层空间暴是地球空间暴的最重要部分，也是一些其它地球空间暴产生的源头。磁层空间暴主要包括磁层亚暴、磁暴、磁层粒子暴等，它们是最主要的空间灾害天气。迄今已发生的几千起卫星故障中，大约40％是由空间环境异常引起的。地球空间暴是产生航天器故障、威胁航天员安全、导致通信中断、影响导航与定位精度的主要原因。然而，这些与人类活动密切相关的磁层空间暴，其产生机制和发展规律目前尚不为人类所了解。研究地球空间的这些“暴”，就是为了今后可以有办法预防空间灾害对人类产生的不利影响。
　　双星计划中的探测一号卫星（赤道星），运行在近地点555公里、远地点78051公里、倾角285度的轨道，主要用于探测近地磁尾区的磁层空间暴过程及向阳面磁层顶区太阳风能量向磁层中的传输过程。此次发射的探测二号卫星(极轨星)，运行在近地点681公里、远地点38278公里、倾角90度的轨道上，用于探测太阳风能量和近地磁尾区能量向极区电离层和高层大气的传输以及电离层粒子向磁层中的传输过程。这两颗小卫星分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的重要活动区，两星相互配合，构成具有明显创新特色的星座式独立探测体系，可以对地球空间暴发生机制和发展规律进行立体探测，进而建立磁层空间暴的物理模型、地球空间环境动态模型，提出预报方法。