“羲和號”衛星上的“黑科技”

朱會鑫

2022年8月30日，我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”成果正式發布，實現了我國空間太陽探測成果零的突破，標志著我國正式步入自主‘探日’時代。據中國航天科技集團第八研究院科技委常務副主任陳杰介紹，“羲和號”上運用了諸多的“黑科技”。

一是“雙超”衛星平臺技術的應用。“羲和號”重量達510千克，比普通的一頭成年牛還要重，其運行的太陽同步軌道高度為517千米，是真正意義上的千里之外。衛星主要科學載荷為太陽空間望遠鏡，將首次實現空間太陽Hα波段的光譜成像探測。通過對該譜線的數據分析，可以獲得太陽爆發時的大氣溫度、速度等，研究太陽爆發的動力學過程和物理機制。為確保太陽空間望遠鏡在太空平穩、精確觀測，“羲和號”采用了全新構型，太陽空間望遠鏡被安裝在專門的載荷艙中，載荷艙與平臺艙間采用了“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，完全進行物理隔離，以阻斷平臺艙微振動傳遞路徑。為了使載荷艙超高指向精度、超高穩定度控制的性能得以實現，“羲和號”首次在軌應用磁浮控制，采用高精度、大帶寬、自身無干擾的“磁浮作動器”作為載荷艙的執行機構，通過“載荷艙主動控制、平臺艙從動控制”新方法，使衛星實現姿態指向精度、姿態穩定度的能力在國內原有水平上提升2個數量級。為了滿足太陽空間望遠鏡多樣觀測方式的需求，平臺艙設計了5種不同的指向模式，可及時響應和切換，從而大幅提高我國衛星平臺的指向精度與穩定度。

二是無線能源傳輸技術的應用。作為我國首位太陽專屬“攝像師”，“羲和號”載荷艙和平臺艙完全物理隔離，確保了載荷艙不受衛星平臺擾動的影響，具備了完美的“防抖”功能，但問題也隨之而來。由于載荷艙和平臺艙處于非接觸狀態，傳統的供電方式無法滿足能源傳輸需求。在軌運行過程中，衛星將不可避免地面臨荷艙的能源獲取問題。為了解決這一難題，中國航天科技集團第八研究院811所研制團隊深入研究國內外相關先進技術，提出“磁感應耦合式”無線能量傳輸技術，首次在衛星上實現大功率、高可靠、高效無線能源傳輸技術的應用，首次在衛星上實現了能源采集、能源儲存、能源控制管理及二次配電智能化和一體化，從能量輸入到輸出，整個鏈路的綜合轉換效率達到80%以上。在磁場耦合部分，磁傳輸效率更是達到95%以上，實現了高效低熱耗的能量傳輸。

三是空間激光通信技術的應用。無限能源傳輸技術的運用，只是解決了“羲和號”和平臺艙之間的能源傳輸難題，而兩艙之間無法通過電纜傳輸信息的問題還沒有解決。為此，中國航天科技集團第八研究院802所激光中心團隊研制了艙間高速激光通信單機，該設備是國內首個接入衛星平臺的艙間無纜化激光數傳設備，它采用激光通信和微波通信兩種“互為備份”的無線通信方式，在兩艙之間架起了5G高速通信通道。激光通信系統具備高速的激光傳輸接口，與傳統的電纜傳輸相比，科學載荷數據傳輸速率更高，數傳帶寬更大，且更有利于收集高分辨率的光譜成像數據。

另外，中國航天科技集團第八研究院電子所負責的綜合電子分系統平臺艙管理單元和載荷艙14臺產品，為整星提供對地測控、數傳及星務管理等功能，也是“羲和號”上不可或缺的“黑科技”。