在軌衛(wèi)星長壽命絕不是偶然，中國航天科技集團公司第五研究院(簡稱五院)靠他們的創(chuàng)新為其植入了超期服役的“長壽基因”。
“我國在軌的80余顆衛(wèi)星中，66顆出自五院。2008年在軌超期服役的衛(wèi)星是7顆，2012年年初是15顆，2012年年底這一數字達17顆。按照我們的分析，超期服役的衛(wèi)星數量有進一步擴大的趨勢，占在軌衛(wèi)星中的比例也將持續(xù)上升。”五院院長楊保華告訴記者，不少衛(wèi)星的“工齡”已超出正常設計壽命的2—3倍，依舊狀態(tài)良好，在軌運行穩(wěn)定。
讓每一塊“板”都不短
談及實踐六號B01星的長壽秘籍，相關人員認為關鍵是因為從衛(wèi)星設計、研制之初就注重不斷優(yōu)化衛(wèi)星系統(tǒng)設計方案，加強攻關，選用穩(wěn)定度更高的新技術、成熟度更高的新工藝、可靠性更優(yōu)的新產品對衛(wèi)星各系統(tǒng)和關鍵部件進行“淬火”，為衛(wèi)星注入了“長壽基因”。
實踐六號B01星安裝的由五院自主研制的我國首臺星敏感器，改寫了之前衛(wèi)星姿態(tài)測量只能依賴太陽、地球作為參考系的歷史，大幅提升了衛(wèi)星制導導航的安全性、準確性。多級冗余設計的在軌策略也引入到該星的設計當中，即當衛(wèi)星主計算機工作時，還有兩臺計算機充當“替身”，處于休眠備份狀態(tài)，一旦主機發(fā)生故障，替身就會頂上，確保衛(wèi)星有足夠的時間進行故障排除。
如今，越來越多的長壽技術、產品擺上了衛(wèi)星生產的供貨架，確保了衛(wèi)星壽命贏在起跑線。服務于我國通信衛(wèi)星的東方紅四號衛(wèi)星公用平臺較前一代平臺，使用壽命從8年提升到15年;性能更優(yōu)的二浮陀螺和三浮陀螺代替了傳統(tǒng)的液浮陀螺，設計使用壽命從原來的3—5年，大幅提升至8—15年，經過對飛輪關鍵軸承部分進行改進優(yōu)化，其壽命提升至8—15年;衛(wèi)星的“眼睛”載荷相機壽命從3年提升到5年;自主控制技術的廣泛運用，為衛(wèi)星關鍵產品裝上了“智腦”，各分系統(tǒng)可以實現自我診斷，自主檢測錯誤，進行在軌故障隔離……
“一個衛(wèi)星由成千上萬個部件組成，任何一個關鍵系統(tǒng)和部件罷工，都會宣告衛(wèi)星提前退休。”相關人員用“木桶理論”打了個形象的比方，“衛(wèi)星整體壽命取決于它壽命最短的那個關鍵系統(tǒng)或部件，要長壽得‘讓每一塊板都不短’。”
掌握使衛(wèi)星長壽的“養(yǎng)生之道”
穿梭在太陽高能粒子、空間碎片、宇宙風暴密布的惡劣空間環(huán)境中，衛(wèi)星發(fā)生磕磕碰碰，出現在軌異常在所難免。
先天基因再好，后天如果不注重養(yǎng)生保健，不及時處置小病小痛、任由其發(fā)展，壽命也長不了。衛(wèi)星長壽的另外一個關鍵“秘籍”是在軌維護。
五院于2004年成立航天器運行管理中心，專攻衛(wèi)星的“健康醫(yī)療”和“養(yǎng)生之道”。
“快、準、狠”是該院開展衛(wèi)星在軌管理的一個要訣。衛(wèi)星在軌出現異常，首先一定要在第一時間解決問題，否則容易由一個小問題衍生出更多問題，繼而影響某一個系統(tǒng)，甚至整星運行。如俄羅斯某衛(wèi)星就因為太陽粒子擊穿計算機芯片，而備份計算機切換不及時，導致電壓快速下降，最終造成整星失效、報廢。其次就是要準、狠，衛(wèi)星在軌排故，最忌處置失當，前些年，國內某控制中心操作衛(wèi)星時，指令輸入錯誤，衛(wèi)星發(fā)生翻轉，等衛(wèi)星搶救過來時，白白消耗了足夠它使用半年的推進劑。這種因在軌管理失當而引發(fā)的衛(wèi)星失效、“折壽”慘案并不鮮見。
“我們對在軌衛(wèi)星的管理實現了從被動監(jiān)管到主動出擊的跨越，建立起了完備的快速報警、處置機制，通過不斷積累，梳理常見在軌預案，編織對應的指令單，只要一發(fā)現異常問題，就能立刻通報，確定相應的處置指令，進行應急控制，常規(guī)的應急處置在半個小時內就能解決，80%的在軌異常問題能得到快速解決。”一名專業(yè)人士舉例說，不久前，研究人員發(fā)現某衛(wèi)星工作時蓄電池放電較快，按照當時速度，再過幾小時，衛(wèi)星的電壓就會低于警戒值，按照既定的應急處置方案，只花了35分鐘就把問題解決了。
正如一名稱職的好醫(yī)生，治病本領要高，還要掌握少得病、不得病的要方。五院通過對大量衛(wèi)星在軌的數據進行統(tǒng)計和分析，掌握了很多衛(wèi)星長壽的“養(yǎng)生之道”，制定了衛(wèi)星科學的作息表，根據不同空間環(huán)境，提前做好防備。比如，研究發(fā)現一般的太陽高能粒子爆發(fā)是三波攻擊，針對這一特點，技術人員會提前做好防護，最大程度保證了衛(wèi)星的“健康”。也正是有了如此科學細致的在軌管理，距離地球幾萬公里的遙遠深空，顆顆衛(wèi)星才能歡暢地在浩瀚的宇宙中追逐、嬉戲。
衛(wèi)星長壽帶來的效益可用千億計算
多年來，五院下大力氣開展新技術研發(fā)、產品創(chuàng)新、宇航能力建設、工藝振興等“挖潛”工程，數千項國家專利、核心技術，近百項具有自我知識產權的“拳頭產品”，為衛(wèi)星的長壽命增添了底氣。
此外，五院還不斷提升在軌管理的科學化水平，為每顆衛(wèi)星建立自己的“健康檔案”，尤其是重點剖析長壽命衛(wèi)星的在軌數據，驗證了很多技術的科學性、實用性，并將成熟、成功的技術在其他衛(wèi)星上進行推廣。這也使衛(wèi)星“集體長壽”這一美麗的夢想正逐漸變?yōu)楝F實。
衛(wèi)星長壽了能帶來多大的效益呢?
“一顆衛(wèi)星的投資一般在10億元左右，拿現在低軌道衛(wèi)星來說，正常壽命為5年，平均下來每年的成本是2億多元，實踐六號B01星超期5年，相當于直接為國家節(jié)省了10多億元的衛(wèi)星制造成本，由此而節(jié)省下來火箭發(fā)射等各環(huán)節(jié)的費用還有很多。”衛(wèi)星應用專家算了一筆賬，現在衛(wèi)星應用日益廣泛，轉播電視、廣播、導航、授時、對地遙感等業(yè)務服務著上億人口，影響著國民經濟的每個角落，有些甚至走出“國門”賺外匯。因此，由衛(wèi)星長壽衍生、創(chuàng)造的經濟價值和效益，可用百億甚至千億來計算。(郭兆煒 陳瑜)
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