细数我国首颗探日卫星“羲和号”用了哪些“黑科技”

10月14日18时51分，由中国航天科技集团八院抓总研制的我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成功发射。

首颗太阳探测科学技术试验卫星命名为“羲和”。“羲和”是中国上古神话中的太阳女神与制定时历的女神，并以太阳母亲的形象为人们所认知。此名取义“效法羲和驭天马，志在长空牧群星”，象征中国对太阳探索的缘起与拓展。据悉，此次任务是长征系列运载火箭第391次发射。

“羲和号”全称太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星，运行于高度为517公里的太阳同步轨道，主要科学载荷为太阳空间望远镜。

Hα是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一，通过对该谱线的数据分析，可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，有助于研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。

国家航天局对地观测与数据中心主任、高分辨率对地观测重大专项工程总设计师赵坚表示，“羲和号”实现了我国太阳探测零的突破，填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白，标志着我国正式步入“探日”时代，提高我国在太阳物理领域研究能力，对我国空间科学探测及卫星技术发展具有重要意义。

太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。雷春鸣摄；图片来源：国家航天局

首创“双超”平台

“羲和号”卫星的创新意义不仅仅体现在太阳探测方面。它采用国际首创的“双超”新技术卫星平台，实现了载荷在轨指向的超高精度和超高稳定度控制，比目前同等惯量的卫星平台提高了两个数量级，业内称之为“双超”平台，将推动我国高精度卫星平台技术跨越性发展。

随着我国航天产业不断发展，对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台。

传统卫星采用平台舱和载荷舱固连的设计方法，因此平台舱活动部件振动会不可避免地传递至载荷，造成观测质量下降。在国家航天局支持下，卫星研制团队在国际上首次采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，并将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱、太阳Hα光谱仪放置于载荷舱，采用磁浮控制技术和执行机构实现两者物理非接触隔离，不仅阻断了平台舱微振动的传递路径，同时解决了平台舱热变形对载荷舱影响，使载荷控制精度和稳定度比国内现有能力提升1-2个数量级。

由于太阳空间望远镜设计了很多观测方式，有时需要对太阳进行平场定标，即需要控制卫星姿态依次指向太阳圆盘的九个不同区域；有时需要控制卫星姿态对太阳进行连续的摆扫观测；有时需要对卫星进行暗场定标，即控制卫星姿态指向空间特定区域；而在两舱解锁时，还需要平台舱跟随载荷舱实现相对姿态控制。针对这些不同需求，平台舱也设计了5种不同的指向模式，可及时响应和切换。

作为我国新一代卫星平台，超高指向精度、超高稳定性的“双超”卫星平台，可大幅提升我国卫星平台的指向精度与稳定度，达到国际先进水平。未来，“双超”卫星平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中进行广泛推广应用。

无线能源与1200W 无线充电、高速激光通信

这颗卫星由中国航天科技集团八院 811 所承担了整个卫星能源收集、储存、分配的研制任务。

这是国内首次在科学试验卫星工程上，实现大功率高可靠高效无线能源传输技术应用，拥有 1200W 大功率，50V-100V 电压范围。卫星首次将能源采集、能源储存、能源控制管理及二次配电实现了智能化和一体化设计的系统方案。

航天八院 811 所太阳探测科学技术试验卫星无线电传输子系统主管设计师陈强介绍，在太空中，太阳帆板与蓄电池提供的均为直流电，在开展载荷舱和平台舱的无线能源传输过程中，需经历一番从直流到交流到磁场，再从磁场到交流到直流的转换过程。

从能量输入到输出，整个链路的综合转换效率达到80%以上；在磁场耦合部分，磁传输效率更是达到了95%以上，实现了高效低热耗的能量传输。

此外，卫星采用激光通信和微波通信两种“互为备份”的无线通信方式，在两舱之间架起5G高速通信通道，进一步提升了舱间通信的效率和可靠性。

“羲和号”上还有一位“新面孔”——舱间高速激光通信单机。该设备由八院802所激光中心团队研制，负责舱间数据传输任务，这也是国内首个接入卫星平台的舱间无缆化激光数传设备，按计划将在轨工作三年。

“羲和号”将对太阳进行高分辨率的光谱成像，届时会产生巨大的科学数据。

激光通信子系统具备高速的激光传输接口，可以提高科学载荷数据传输速率，将星内数传带宽大大提高，为载荷的高清成像数据积累提供了有效保障。

此外，八院电子所负责的综合电子分系统平台舱管理单元和载荷舱14台产品，为整星提供对地测控、数传及星务管理等功能，也是“羲和号”上不可或缺的“黑科技”。

据悉，“羲和号”首次在轨飞行获得的第一手飞行试验数据将大大降低双超控制技术后续应用风险，为双超平台系列化发展奠定坚实的技术基础。

中国航天科技集团八院相关负责人介绍，未来，双超平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中进行广泛推广应用，大幅加快我国迈入航天强国的步伐，推动我国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展。

我国已制定“羲和”和“夸父”两个太阳探测计划

太阳为地球带来了光明与能量，我们人类也在通过各种方式对其进行观测和研究。此次发射的“羲和号”卫星，实现了我国空间太阳探测的破冰之旅。

据了解，我国后续的空间“探日”规划也正在推进实施。我国目前已经制定了“羲和”和“夸父”两个太阳探测计划。

此次发射的“羲和号”卫星实现了我国空间太阳探测破冰之旅。而计划于明年发射的“夸父号”则是一颗先进的太阳天文台卫星，将对太阳进行科学观测。此外，我国后续太阳探测发展计划也正在论证中。

来源：电子技术设计