实践五号卫星的飞行成果

如题所述

实践五号卫星发射成功后,1999年5月10日至11日进行了在轨测试,5月12日至19日进行了流体科学实验。在这一阶段流体两相流液池连续开机,经过北京站时S波段发射机开机将流体图像和科学数据传回地面,其它有效载荷关机。5月20日以后进入空间环境实验阶段。在这一阶段流体两相流液池关机,5台单粒子研究的仪器和3台空间带电粒子环境探测仪器连续开机,大容量存储器开机,经过北京站时S波段发射机开机将大容量存储器数据传回地面。试验主要成果如下:  
1.微重力流体科学实验
在两个阶段8天的时间里,进行了33次空间流体科学实验,获得流体运动图像12000余幅,温度记录曲线近30小时,圆满地完成了各项科学实验任务。初步分析得到流谱图和液池内的速度场分布,以及微重力条件下定常流和非定常流的对比图像。
多层热毛细对流是国际微重力流体科学研究的前沿课题之一,不仅对发展和改善空间晶体材料生长方法和晶体品质有现实意义,并且对深入认识地面上具有自由面或界面的流体对流运动的特征和机理等流体物理领域的基础问题有重要意义。此次试验是中国首次空间微重力流体科学实验,实验中首次成功地应用了遥科学手段。实验中观测到了低重力条件下的热毛细对流与浮力对流的耦合现象和大量未知的现象,对这些现象和规律的研究必将推动中国流体物理学的发展。
这次微重力流体科学实验在中国是第一次,在世界上也是首次在卫星上实现如此复杂的微重力流体力学实验。  
2.新型航天器的新技术实验
验证了分布式数据管理系统、1553B总线、CCSDS数据传输标准、高速多路复接技术、现场可编程门阵列(FPGA)技术、DRAM固态大容量存储器、S波段数传发射机等新技术能够适应于太阳同步轨道的空间环境。但是无论SRAM还是DRAM都会因单粒子事件而发生翻转,硬件和软件设计中必须充分考虑到这一问题,采取必要的防范措施,否则将影响电子仪器在空间环境中的正常运行。  
3.空间单粒子事件效应及对策研究和空间高能带电粒子环境研究
主要进行了空间电子、质子、高能粒子及星内辐射计量测量。通过对实践五号卫星探测数据的处理和分析,得到以下结论:
(1)在这个轨道上辐射总剂量引起的故障不严重,约为1~2rad(Si)/天,而一般器件耐辐射剂量为5krad(Si)以上。
(2)单粒子引起的锁定是很危险的,但在这一轨道上发生单粒子锁定的概率很小。在这一轨道上80C86和80C31CPU中的寄存器发生单粒子翻转事件的概率也是很小的。实践五号卫星至今尚未检测到这类事件。
(3)在这个轨道上单粒子翻转发生概率:
SRAM约为0.5~4次/(Mb·天)
DRAM约为0.2~1次/(Mb·天)
(4)屏蔽可以减少单粒子翻转的概率,但不能完全避免单粒子翻转。
(5)纠错编码对克服单粒子翻转引起的错误有效,星载计算机硬件和软件设计上,必须充分考虑单粒子引起的翻转的影响。采用硬件和软件EDAC的容错设计,是避免单粒子翻转效应的有效方法。
(6)单粒子翻转发生概率与太阳质子事件有正相关关系,通过空间环境观测与预报,使一些重要航天器避开较强的太阳质子事件是减少空间飞行器故障的有效办法。
(7)工业级或商业级器件有可能在空间环境下可靠运行,但必须经过严格而有效的筛选。  
4.小卫星公用平台技术得到验证
实践五号是紧紧围绕建立小卫星公用平台思想开发的小卫星,为建立小卫星公用平台,设计上采用了许多新技术。主要成果如下:
(1)公用平台思想得到体现。设计伊始提出平台应为可裁剪的方案,并通过型号研制滚动性提高能力。因此整星在设计上均留有较好的可扩展、可裁剪的接口。首先为了建立小卫星公用平台,实践五号卫星在构型设计上采用平台和有效载荷分舱布放的原则,它不因有效载荷的变化引起平台构型的重大变动。另外,在结构设计上,虽然实践五号卫星当初提出的重量为350kg,但设计是按500kg考虑。它在系统配置上形成可裁剪的组合模式,以适应不同任务对卫星的要求。先进的星务管理系统增强了平台对各类有效载荷遥测、遥控及数据管理的适应能力,同时具有很强的可扩充能力。
(2)全铝蜂窝板式卫星主结构经受住了考验。除对接环及顶板外,卫星结构全部采用铝蜂窝、铝蒙皮板。星体内部长隔板既是仪器安装板,又是主承力结构,这不同于传统的卫星需要单独的承力结构,可提高卫星结构的利用效率。整星试验证明这种结构形式具有很好的阻尼特性。
(3)立足全星集成设计的崭新星务管理技术得到充分验证。卫星采用二级分布式拓扑结构执行全星的业务管理——星务管理。其上层为双冗余的中心计算机,进行全星资源管理与控制,下层为若干规范化的智能管理执行单元(在各分系统设备中的内嵌式下位机),各单元采用具有统一标准通信接口协议和数据通信格式的网络接口,与中心计算机形成主从式工作模式。它可完成遥控与数据管理、遥测数据采集与处理、程控指令提供、时间校时、温控参数采集与控制、数据处理及分配管理等多项任务。这种采用标准通信协议,利用网络进行星上各类信息传递的方法,提高了工作效率。
(4)多模式姿态控制系统得到验证。为完成科学试验任务,实践五号卫星设计成对日三轴和对日自旋稳定模式;考虑对地三轴稳定模式应用范围广,在科学试验任务完成后,一个重要的平台技术试验项目就是对地定向三轴稳定。卫星从对日转向对地定向的大角度姿态机动已得到很好验证,在对地定向试验中最好姿态控制精度接近0.30。
(5)中国国内S波段测控首先在轨应用。实践五号卫星是中国第1颗在轨使用S波段测控体制进行测控的卫星。其使用不但对卫星有意义,同时为国内正在建设的S波段地面测控网提供了很好的演练机会。
(6)各类高新、商用器件得到在轨验证,并有待作进一步的考核。从新技术验证出发,卫星设计上部分项目采用了新技术、工业级器件,其中以姿控分系统80386EX、PC104计算机为代表,这是中国卫星上使用的最高档次计算机芯片。
(7)偏置动量轮加磁控的姿态控制技术取得宝贵经验。作为中国国内首次采用偏置动量轮、磁力矩器、磁强计组合姿态控制的技术在轨进行了很好的演练,达到预期目的。
(8)小型电池阵压紧机构得到首次成功应用。太阳电池阵压紧、释放机构完全是一种新型、为小卫星研制的机构。卫星入轨后太阳电池阵顺利展开,证实了这种技术已经开始走向应用。
(9)带翼热管使用效果明显。通过增大热管与仪器安装板的接触面积,提高了热传导效率。这是中国卫星上首次使用这种技术。在轨数据表明星内环境稳定均衡,热管起了很好作用。

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