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【国际太空】我国在轨卫星测控发展历程及展望(节选)

时间:2018年03月23日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:

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卫星在轨长期管理是保障卫星正常运行和发挥作用的关键。我国在轨卫星管理可以划分为两个阶段,第一个阶段是从1990年至1997年,这一阶段卫星管理数量少、卫星功能简单、管理技术单一,地球同步卫星采用定时管理方式,可以称之为早期定时在轨卫星管理阶段;第二阶段从1997年之后,我国发射的卫星数量激增、功能复杂,管理要求显著提高,管理技术大大提升,地球同步卫星采用全时管理方式,实现了卫星长期管理由初期“单星经验型”到“多星智能型”转变,管理的卫星数量和水平跃居世界前列。

 

随着我国航天事业发展,中低轨道卫星在轨数量将大量增加,小卫星、星座要求航天测控网具备多星同时在轨测控能力;二代导航卫星星座、高精度对地观测卫星等要求提高飞行器轨道测量和定位精度;遥感卫星为提高使用效率要求更灵活的测控服务,因此未来的在轨卫星管理技术必须进一步扩展轨道测控覆盖率、提高测控设备使用率、提高测控时效性和灵活性,才能满足我国航天事业发展对卫星在轨测控的要求。

 

形成天基为主、地面为辅的

在轨卫星测控网

利用以跟踪与数据中继卫星系统为主建设的天地一体化测控网, 不仅能有效地提高网的测控覆盖率和多目标测控能力, 而且能够完成各类对地观测卫星的高速实时数据传输的任务。以一颗多址能力为前向1路、返向5路的中继卫星为例,在现有管理模式下,它具有支持100颗低轨卫星在轨工程测控的能力。以天基为主、天地结合在轨卫星测控网与现有的基于地基测控网管理低轨卫星相比,除了卫星管理数量的增加,还可以克服现有基于地基测控网在轨卫星管理时间域集中和模式单一的缺陷,比如在中继卫星多址服务方式下,均匀测控模式可以减小卫星测控间隔,轮询测控能确保在最短时间内发现卫星异常,连续测控模式能满足长时间测控需求和减小卫星测控间隔,这些多服务模式的使用将带来卫星在轨测控数量、管理质量和时效性的显著变化,提高卫星在轨测控安全性、灵活性和管理效率。

 

充分发挥资源调度的作用

地面测控设备、中继卫星和相关运行系统统称为测控资源,这些测控资源不可能无限地增加。如何利用有限的测控资源支持更多数量的卫星管理,需要充分发挥资源调度的作用。以美国空军卫星测控网(AFSCN)的测控调度问题为例:1992年到2002年间,AFSCN的测控站数量没有发生变化,但是随着卫星的增加,每天的平均测控服务需求数目上涨了40~50%,其中存在冲突的任务数量更是上涨了5.4~6.6倍。1992年,通过测控调度算法能够达到近98%的任务满足度,到2002年,通过测控调度算法可使任务满足程度达到94%以上,仅下降了不足4%,充分体现了通过测控调度实现测控资源综合利用所实现的巨大效益。

  

发展多目标测控管理技术

经过30多年的发展,我国卫星测控系统已经形成了多星测控能力,通常它侧重于对多个不同类型的卫星进行并行管理或者相同卫星的串行管理。未来海量小卫星组网以及大量的卫星星座运行,需要在同一时间,对多颗同类型卫星进行管理, 它们之间较单星运行相比,更多地强调协调性和依赖性,同时卫星间特征的相似性为单个卫星故障的检验提供了更多信息,因此需要在现有多星测控的基础上,针对这些特点,提升多目标测控服务的能力,着重编队卫星管理,充分挖掘多目标服务的优势。

 

关键故障自动实时处置

与过去试验卫星数量居多相比,今后越来越多的是为用户提供服务的应用卫星,它们更强调卫星业务可用率。以地球同步轨道通信卫星为例,它要求卫星一年的服务率大于99.99%。尽管卫星在设计制造过程中为了整星的安全,采用各种技术确保卫星在各种情况下平台安全,但出现重大异常时,这种安全保护措施的执行会中断卫星的业务运行,进而影响卫星年度有效使用率。目前的普遍的做法是由操作人员判断故障原因,进而采取上行发令或注数,整个处理过程时间长、对操作人员要求高,会出现处理不及时导致卫星业务中断的现象。因此,为更好满足卫星业务高效运行和确保卫星安全,卫星在轨测控必须具有卫星关键故障自动实时处置能力。目前我国已经做了成功的尝试,并在某颗地球同步轨道卫星的太阳干扰保护的过程中发挥了作用,成功地避免了卫星姿态失稳。

 

提供灵活的按需测控服务

过去由于受测控站分布的限制,建设在国内的测控站只能为低轨卫星提供每天上午、下午一定时段的升、降轨各几圈测控服务,其它圈次卫星不可见。卫星载荷和数据回传开、关机的时间通常是提前1天或几天注入星上计算机,地面很少修改已经注入的工作程序。现代对地观测卫星从提高卫星利用率和使用效能出发,提出了按需要测控服务的要求。据了解,光学成像卫星如果能及时调整工作计划避免云层遮挡,可以将卫星有效图像率提高一倍以上。因此,如果充分利用中继卫星的全球覆盖和多址服务能力,开发按需服务能力,地面测控系统就能够为卫星用户提供反应迅速、高效灵活的按需测控服务,将显著提升卫星的应用效果和卫星用户满意度。

(全文见《国际太空》2018年第1期)

(作者:佚名)
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