“羲和号”卫星上的“黑科技”

朱会鑫

2022年8月30日，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成果正式发布，实现了我国空间太阳探测成果零的突破，标志着我国正式步入自主‘探日’时代。据中国航天科技集团第八研究院科技委常务副主任陈杰介绍，“羲和号”上运用了诸多的“黑科技”。

一是“双超”卫星平台技术的应用。“羲和号”重量达510千克，比普通的一头成年牛还要重，其运行的太阳同步轨道高度为517千米，是真正意义上的千里之外。卫星主要科学载荷为太阳空间望远镜，将首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测。通过对该谱线的数据分析，可以获得太阳爆发时的大气温度、速度等，研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。为确保太阳空间望远镜在太空平稳、精确观测，“羲和号”采用了全新构型，太阳空间望远镜被安装在专门的载荷舱中，载荷舱与平台舱间采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法，完全进行物理隔离，以阻断平台舱微振动传递路径。为了使载荷舱超高指向精度、超高稳定度控制的性能得以实现，“羲和号”首次在轨应用磁浮控制，采用高精度、大带宽、自身无干扰的“磁浮作动器”作为载荷舱的执行机构，通过“载荷舱主动控制、平台舱从动控制”新方法，使卫星实现姿态指向精度、姿态稳定度的能力在国内原有水平上提升2个数量级。为了满足太阳空间望远镜多样观测方式的需求，平台舱设计了5种不同的指向模式，可及时响应和切换，从而大幅提高我国卫星平台的指向精度与稳定度。

二是无线能源传输技术的应用。作为我国首位太阳专属“摄像师”，“羲和号”载荷舱和平台舱完全物理隔离，确保了载荷舱不受卫星平台扰动的影响，具备了完美的“防抖”功能，但问题也随之而来。由于载荷舱和平台舱处于非接触状态，传统的供电方式无法满足能源传输需求。在轨运行过程中，卫星将不可避免地面临荷舱的能源获取问题。为了解决这一难题，中国航天科技集团第八研究院811所研制团队深入研究国内外相关先进技术，提出“磁感应耦合式”无线能量传输技术，首次在卫星上实现大功率、高可靠、高效无线能源传输技术的应用，首次在卫星上实现了能源采集、能源储存、能源控制管理及二次配电智能化和一体化，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95%以上，实现了高效低热耗的能量传输。

三是空间激光通信技术的应用。无限能源传输技术的运用，只是解决了“羲和号”和平台舱之间的能源传输难题，而两舱之间无法通过电缆传输信息的问题还没有解决。为此，中国航天科技集团第八研究院802所激光中心团队研制了舱间高速激光通信单机，该设备是国内首个接入卫星平台的舱间无缆化激光数传设备，它采用激光通信和微波通信两种“互为备份”的无线通信方式，在两舱之间架起了5G高速通信通道。激光通信系统具备高速的激光传输接口，与传统的电缆传输相比，科学载荷数据传输速率更高，数传带宽更大，且更有利于收集高分辨率的光谱成像数据。

另外，中国航天科技集团第八研究院电子所负责的綜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”。