2016年10月23日天宮二號將釋放伴隨衛星

中科院微小衛星創新研究院承擔天宮二號伴隨衛星的研製工作，天宮二號伴隨衛星將開展多項空間服務應用：

　　1）與天宮分離後，對天宮進行紅外成像及可見光成像；

　　2）分離後對天宮飛行環境進行紅外感知探測；

　　3）飛躍天宮組合體，並對其進行成像。

 

浙大“智”造用於天宮二號伴隨衛星

日期： 2016年09月16日 10:16 來源：浙大新聞辦 作者： 涵冰

    9月15日22時04分，搭載天宮二號空間實驗室的長征二號FT2運載火箭，在我國酒泉衛星發射中心點火發射，約575秒後，天宮二號與火箭成功分離，進入預定軌道，發射取得圓滿成功。

    天宮二號攜帶並將在軌釋放一顆由中科院上海小衛星工程部抓總研製的伴隨衛星，負責空間監測並與天宮二號開展聯合實驗。它是一顆微納衛星，是天宮二號試驗任務的一部分。

    浙江大學微小衛星研究中心團隊，自主研發了一台該伴隨衛星上的關鍵設備——測控數傳一體機，負責地麵和太空通訊聯絡。中心主任金仲和介紹，這台設備長110毫米，重量不足100克。傳統的衛星測控通信設備重量在數公斤到數十公斤，中心采用軟件無線電技術和現代微電子技術，在國際上率先將這類設備的重量降低到百克量級，同時可通過加載不同軟件實現測控、數傳等多種功能，可極大減小衛星的重量和造價。該設備已成功應用於十餘顆已發射的衛星中，在軌工作表現出色，圓滿完成各項任務。

    金仲和介紹，目前團隊正在設計視頻成像微小衛星，可以實現更加複雜的空間操作任務。

 

天宮二號空間實驗室內部一共有50多台科學設備，它們要跟隨天宮二號一同進入太空，開展空間科學實驗。而在天宮的外麵，還有一個特殊的乘客，它是一名攝影師。在天宮二號與神舟十一號完成交會對接時，這位攝影師要記錄下這經典的瞬間。

跟隨天宮二號一同進入太空的這位攝影師，學名叫做伴飛小衛星，大概有一個滾筒洗衣機那麽大。別看它個頭不大，但是它的工作卻很重要，這次它要完成三大任務。

北京航天飛行控製中心軌道室研究員 李革非：第一項就是伴星要對組合體進行飛越觀測；第二項任務是相對組合體或者是天宮，伴飛小衛星在一定的位置，進行駐留的試驗。第三項任務，因為伴星在釋放過程中會有飛行安全的問題，進行安全規避也是它的一項非常重要的任務。

對於一個攝影師來說，這三個任務聽起來並不難。但是在太空中，天宮二號和神舟十一號飛船組合體是處在高速飛行過程中，要想給它們拍一張清楚的照片並不那麽容易，所以就要依靠高精度的軌道控製。

北京航天飛行控製中心軌道室研究員 李革非：我們要滿足它飛越觀測的光照條件，這個地方需要進行精密的計算。

李革非說，僅這一項任務，就需要6次軌道控製才能完成。想要進行三項任務，軌道控製次數就要成倍的增加。此外，在這顆小衛星在脫離天宮二號以後，還要精確計算衛星、天宮二號空間實驗室和神舟十一號飛船之間的距離，避免一個不小心發生碰撞。

北京航天飛行控製中心副主任 李劍：我們地麵要同時對這三個目標進行相關聯的軌道控製和設計，要確保它們在空間的安全，這個也為我們的軌控策略帶來了新的挑戰。

 

　　伴飛小衛星：為“天宮”與“神十一”拍合影

　　天宮二號真是趕時髦，上天還帶了一個“自拍神器”———一顆帶著兩台相機的伴飛小衛星。不過，這顆小衛星可並不隻為炫酷而來，它既是天宮二號的守護者，又是很多空間新技術的驗證平台。

　　在發射時，伴星由一個微型的釋放機構牢牢連接在天宮二號上。進入軌道後，它才會被準確釋放到太空中，圍繞天宮二號或遠或近不同角度地伴隨飛行。它帶有一台2500萬像素的高分辨率相機。當下個月神舟十一號載人飛船與天宮二號交會對接後，伴星就將在旁邊拍攝下這令人激動的一幕。科研人員已將它戲稱為“天宮神舟大婚的攝影師”。

　　比起為“大婚”攝影，伴星另一個重要任務是對天宮二號表麵狀態進行檢查。隨著人類發射的航天器越來越多，太空中的空間碎片也越來越多，隨著我國空間站等身軀龐大的航天器在軌時間越來越長，萬一和微小的空間碎片有個碰碰擦擦，可能會形成漏熱的裂縫，帶來巨大的危險。而伴星的紅外相機，好比一個非接觸式的醫療熱像儀，天宮二號如果哪裏“體溫”出現異常，它可以及時發現並報警。

　　與神舟七號伴飛小衛星相比，天宮二號伴星看上去“瘦”了一圈，體積減小了1/4，但重量卻增加了9公斤。伴星總師、上海微小衛星工程中心陳宏宇研究員說，這是因為伴星采取了更多高集成化設計，既節省了空間，又降低了成本。比如，在伴星所攜帶的單機中，有一個微型測控應答機，在原先的傳統衛星上有的重達5千克，現在被壓縮到了一塊僅100多克重的電路板上。

　　雖然衛星的功能密度更高，但參加載人航天任務，安全性可靠性方麵研製團隊不敢絲毫懈怠。伴星按照工程要求，嚴格采用了很多宇航級的高可靠元器件，並開展了大量安全可靠試驗。比如釋放衛星的彈簧都是百裏挑一選出來的，確保伴星安全準確的釋放。

　　在有限的資源下，為了降低試驗成本，研發團隊對單機研製要求進行了優化，不少外協單機隨整星一起做環境模擬試驗，節省了近1/3的成本。為減輕整星重量，研發團隊要求所有電子學供貨單位把傳統的單機外殼全部去掉，隻留下電路板，並根據微納衛星的尺寸特點和接口形式統一製定了標準，重新設計標準電路板模塊。陳宏宇還透露了一個花絮，伴星的結構設計師是兩位女性，她們用特有的細膩，為伴星設計了鏤空刻槽的減重結構板，星體最薄處僅有0.5毫米，其精美程度讓裝配師傅也驚訝不已。

　　多出的空間，使伴星可以搭載更多載荷，成為新技術的空間驗證平台。陳宏宇說，空間技術的使用一直以可靠穩妥為原則，很多新技術因為缺乏空間使用經驗，難以被廣泛應用。有了小衛星這樣的試用平台，它們一旦上天成功，就可能立刻得到推廣應用。

 

與天宮二號和神舟十一號的大塊頭相比，這顆伴隨衛星就是個小不點，隻有三四十厘米見方，類似常見的打印機的大小。雖然隻是顆微納衛星，但它本領強大。

專業攝影，火眼金睛

2008年神舟七號釋放了中國第一顆伴隨衛星，第一次驗證了伴隨飛行的基本原理。然而那時的伴隨衛星上隻有一台130萬像素的相機。 

這一次，技術有了大幅升級。天宮二號伴隨衛星總師陳宏宇說，伴隨衛星約搭載了2500萬像素的高分辨率全畫幅可見光相機、魚眼相機等多個載荷。它能在空間繞飛試驗過程中，以地球為背景，從不同角度拍攝天宮二號與神舟十一號交匯成組合體的盛況。拍攝“太空婚禮”的專業相機都有手動功能，可以由地麵統一操作控製。

同時，伴隨衛星搭載的魚眼相機，具備大角度，寬視場的空間觀測能力，能監測空間碎片等對空間站造成潛在危險的空間目標。一雙火眼金睛，發現各種危險。 

“如果你拍得不夠好,那是因為你靠得不夠近”。作為一位優秀的攝影師，天宮二號的伴隨衛星能靈活走位、可近可遠，有很強的變軌能力。

想象一下，以天宮二號為圓心，分別以最遠500公裏，最近1公裏為半徑畫出兩個同心圓球，兩個圓球之間，都是伴隨衛星的活動範圍。它可以通過軌道控製，在這個範圍內自由移動。

伴隨衛星的自由變軌靠的是高效液化氣推進，安全性高。星上裝有國產三節砷化镓太陽能電池、鋰離子蓄電池，用電給液化氣加熱變成高壓氣體後噴出就產生了推力，原理類似於把氣球快速撒氣兒氣球就能竄起來。

在神舟飛船返回、天宮任務結束後，這顆伴隨衛星將進行獨立實驗，比如對地觀測和一些電子器件的搭載驗證。

全方位守護，大有可為

伴隨衛星，可以作為主航天器的安全輔助工具，對主航天器進行工作狀態監測、安全防衛，可以為航天員出艙活動及空間飛行器交匯對接等提供直接的技術支持。

同時可以為主航天器的技術試驗提供支持，並進行多項新技術試驗，拓展空間技術應用，為未來新型航天器編隊飛行技術奠定基礎。

伴隨飛行技術發展還有很多地方可以探索，比如實現和主航天器更近的距離，讓小衛星修複航天器。將來可以嚐試釋放伴隨衛星並回收，通過由航天員更換載荷、充電、加注燃料，實現重複使用。也許以後的航天器上就會一次裝七八個這樣的小衛星，由航天員組裝、打包釋放。

科學家們介紹，未來的伴隨衛星是航天員可以操縱的機器人，搭載VR相機，可以實現更加複雜的空間操作任務。利用伴星和主星，或者釋放多顆伴星組網，可以實現多星協同工作，完成一顆衛星單獨無法實施的應用任務，提高主星應用效率，擴大應用領域，促進空間新技術的發展和應用。

中科院空間應用工程與技術中心，代表中科院牽頭天宮二號科學與應用載荷總體。

中科院微小衛星創新研究院，承擔天宮二號伴隨衛星的研製工作。

漫畫由天宮二號伴隨衛星研製團隊姿控設計師高海雲提供。

 

 

自拍神器+守護使者，這顆伴星不簡單！

文章來源：微小衛星創研院供稿  |  發布時間：2016-09-11

　　“天宮二號”伴隨衛星是一顆微納衛星，它是“天宮二號”試驗任務的一部分。

　　該伴隨衛星采用了小型化、輕量化、功能密度的設計，使得衛星結構小、重量輕，卻實現了高功能密度的設計結果。此外，它搭載多個實驗載荷，並具備較強的變軌能力，具備了開展空間任務的靈活性與機動性。

　　“天宮二號”伴隨衛星將在在軌任務期間開展對空間組合體的伴飛、飛越觀測以及多平台空間協同等試驗，為主航天器的技術試驗提供支持，並進行多項新技術的試驗，拓展空間技術應用。

衛星主要做什麽？

　　“天宮二號”伴隨衛星忠實地伴隨“師傅”天宮二號，跟著師傅一路遠行，助力師傅完成使命，為師傅預知危險，寫下一路艱辛，必將取得真經。

　　伴隨衛星作為伴隨主航天器飛行的航天器，具有處於相對主航天器距離近、實時跟隨的位置優勢，可以作為主航天器的安全輔助工具，對主航天器進行工作狀態監測、安全防衛，可以為航天員出艙活動及空間飛行器交會對接等提供直接的技術支持。

騰雲駕霧、如影隨行

　　伴隨衛星在軌期間將開展伴飛試驗，從“天宮二號”在軌釋放，首先實現安全遠離，其後通過軌道控製，實現逼近並形成伴隨飛行。

　　任務完成後，再安全遠離，在空間輕鬆上演自由貼近、遠離的華麗動作大戲。同時配合空間站開展多平台間的協同試驗，拓展空間應用。

火眼金睛，預知危險

　　伴隨衛星具備全天時的空間觀測能力，可監測空間碎片等對空間站造成潛在危險的空間目標。一雙火眼金睛，發現各種危險。

大禮攝影，記錄點滴

　　同時，伴隨衛星還搭載了高分辨率全畫幅可見光相機，將在空間繞飛試驗過程中對“天宮二號”與神舟11號組合體進行高分辨率成像，可謂是天宮和神舟飛船這對國民CP的自拍神器。

　　此外，利用其實時跟隨的位置優勢，提供空間試驗的在軌任務高清圖像記錄，伴隨衛星可為主航天器的工作狀態、空間活動等提供直接的影像技術支持。並將為這對宇宙CP拍下美美的照片，獲得1000000000+個好評！！

未來伴星用在哪兒？

太空VR

　　未來的伴隨衛星是航天員可以操縱的機器人，搭載VR相機，可以實現更加複雜的空間操作任務。

形成個性化太空網絡

　　伴隨衛星結構小、總量輕，任務配置比較靈活，在運行的主航天器上發射容易實現，節約發射成本，成為一種新的航天器發射模式，可適應特殊任務需要。

　　未來衛星甚至可以個人化，將社交網絡搬到太空。伴隨衛星靈活機動，可以發揮個人太空創想，實現各種太空創意創新。

空間站的小夥伴

　　俗話說，一個好漢三個幫。

　　利用伴星和主星，或者釋放多顆伴星組網，可以實現多星協同工作，完成一顆衛星單獨無法實施的應用任務，提高主星應用效率，擴大應用領域，促進空間新技術的發展和應用。

這麽親民的衛星誰做的？

　　當然是中科院微小衛星創新研究院，他們承擔“天宮二號”伴隨衛星的研製工作。

 

2016.04.24  同“天宮二號”一起升空的伴飛小衛星，還將對天宮神舟組合體進行近距離成像觀測。

 

       國內首次工程上應用的液化氣推進係統是上海空間推進研究所於2008年為SZ-7飛船伴星研製的液氨推進係統。 

       伴星推進係統氣液原理圖如圖 3所示。推力器額定推力為500mN，推進劑貯箱中無管理裝置，貯箱出口無減壓閥，因此發動機輸出推力與貯箱內液氨飽和蒸汽壓相關，推力範圍為400mN～700mN。貯箱出口的推進劑主要以液態模式供應給推力器，液氨在推力器喉部發生閃蒸，約三分之一液氨以氣態形式噴出，其餘三分之二以固態顆粒形式噴出，比衝為340Ns/kg。

圖 3 飛船伴星推進係統氣液原理圖

       TG-2伴星擬於2016年發射，其推進係統也是由上海空間推進研究所研製，目前係統處於正樣研製階段。係統在飛船伴星推進係統的基礎上進行了改進，主要改進內容為：

1）貯箱內增加管理裝置，能夠實現氣液分離，貯箱出口大部分是氣態氨。

2）係統中增加減壓閥與蒸發器，係統為恒壓推進，比衝提高近3倍，為1000Ns/kg。TG-2伴星液氨推進係統氣液原理如圖 4所示，推力器推力為85mN，係統中的減壓閥可將高壓氨氣減壓為0.15MPa。係統的全係統試車驗證了減壓閥入口全液工況下，係統仍可正常工作。

圖 3 天宮二號伴星液氨推進係統氣液原理圖