记者1月18日从中国航天科技集团五院502所获悉,根据最新试验结果分析,天琴一号卫星已经成功完成无拖曳控制飞行验证。


天琴一号卫星成功完成无拖曳控制飞行验证,技术全面超越欧航局-贤集网


据悉,从飞行数据来看,在加速度模式下,实施无拖曳控制后,天琴一号卫星外部干扰力对加速度的影响降到了重力加速度的四亿分之一以下,优于欧空局“GOCE”(重力场与稳态海洋环流探测)卫星的三亿分之一,比打哈欠给人带来的加速度还要小得多;在位移模式下,实施无拖曳控制后,外部干扰力对卫星与内部惯性基准之间相对距离的影响,控制在30纳米以内,相当于成人头发丝直径的四千分之一,优于国际著名“LISA探路者”卫星的40纳米。天琴一号卫星已实现了飞行试验星任务目标,相关技术指标达到国际先进水平。


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据介绍,无拖曳控制是指抵消除引力外所有干扰卫星的力,包括太阳光压力、大气阻力等,确保卫星处于“超静超稳”状态。


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无拖曳控制分为加速度模式与相对位移模式两类。加速度模式无拖曳控制技术,可应用于地球和地外天体等复杂引力场的空间探测;位移模式无拖曳控制技术,则可应用于引力波探测及等效原理检验等相对论效应的空间科学研究领域。作为上述研究领域航天器控制的核心技术,无拖曳控制具有重要理论意义与重大工程实用价值。天琴一号卫星成功完成了上述两种无拖曳控制方式的在轨验证。


由于要时刻保证卫星不受到除引力之外的干扰,无拖曳控制从模型建立、算法设计到卫星平台控制都面临较大挑战。2009年,欧空局在“GOCE”卫星上成功进行了无拖曳控制的在轨验证。502所从2010年开始追踪国外相关技术,并利用各类课题支持,自主开展相关基础性研究。天琴一号卫星立项后,该所团队在前期工作基础上结合工程任务需求,设计了多种无拖曳控制算法,以及可提升卫星平台稳定性的双轴和三轴磁控等算法,申请了多项专利。天琴一号卫星发射后,这些技术均得到在轨验证。


天琴一号卫星无拖曳控制技术在轨成功验证,表明我国向空间引力波探测迈出了坚实一步,但距离真正的引力波探测应用还有一定距离。502所将在此次试验基础上,继续攻克多自由度系统的无拖曳控制算法等关键技术,为我国最终实现空间引力波探测作出贡献。


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天琴一号卫星是我国“天琴”引力波探测计划的首颗技术验证卫星,于2019年12月20日发射升空。


准确地讲,无拖曳控制,就是抵消除了引力以外,所有干扰卫星的力,包括太阳光的微小压力、高空稀薄大气阻力等,确保卫星处于“超级静稳”状态。举个例子,你如果打个哈欠,可能产生十分微小的反作用力,而天琴一号连打哈欠产生的极微小加速度也能消除掉。


无拖曳控制氛围加速度模式和相对位移模式两类,这两类技术都在天琴一号上成功验证,让外部干扰力对加速度的影响降到了重力加速度的四亿分之一以下,比欧洲GOCE卫星的三亿分之一还要精准,也优于国际著名的LISA探路者卫星。


通过这种极为“变态”的控制效果,卫星就可以精确感知引力场的变化,从而实现对复杂引力场、引力波的探测,在物理前沿领域有着十分重大的价值。天琴一号打破了国外对这一顶尖领域的技术垄断,指标完全达到了国际先进水平。


要实现这种超精准的姿态定位控制效果,就离不开微牛级的瞬变推力技术。1微牛的力大约与1根头发丝的重量相当,而天琴一号可以实现0.1微牛连续变推力精准控制。这是实现太空中无拖曳控制的核心技术之一,中国也成为世界上第二个掌握该技术的国家。


除了微牛级推力装置,地面模拟、数据模型、算法设计乃至卫星平台设计制造都面临很大的挑战。502所从2010年开始追踪国外技术,充分投入预研课题,突破了相关控制难关,设计了多种无拖曳控制算法,并申请了多项技术专利。此次天琴一号卫星成功试验无拖曳控制技术,表明中国在太空引力波探测领域迈出了坚实的一步。


天琴一号只是整个“天琴”计划(名字就很有意境)的第一颗试验卫星(2019年12月20日发射),后面还有更为精密复杂的技术道路要走。总之,就算没法完全理解这些物理名词也没关系,一个大写的“牛”字就够了,未来的征途是星辰大海!


文章来源: 科技日报

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