把卫星新技术拿到太空中去检验——实践九号A/B卫星开展关键新技术试验探究

□ 本刊特约记者 江雪莹

10月14日11点25分，我国在太原卫星发射中心用长征二号丙运载火箭，采用一箭双星的方式，成功发射实践九号A/B卫星，并将卫星准确送入预定轨道。

实践九号A/B卫星是我国民用新技术试验卫星系列的首发星，主要用于长寿命高可靠、卫星高精度高性能、国产核心元器件和卫星编队及星间测量与链路等试验，以此提升我国航天产品国产化能力。

航天发展的又一个里程碑

我国成功发射第一颗民用新技术试验卫星，在此次任务的工程总师郭宝柱看来，是航天发展的又一个里程碑：“在这之前，我们民用航天从来没有过新技术试验卫星，但要求任务一次成功，这样的风险是很大的，因此发射这样的卫星符合航天技术发展的科学规律。”

在每项新技术应用到卫星上的时候，试验人员都会在地面做大量的环境试验，但是人类对太空的认识毕竟有限，并不能完全模拟太空环境，一项新技术在还不够成熟的时候，如果直接应用在任务中，其风险可想而知。因此，实践九号试验卫星正是把预期应用在卫星上的关键新技术集合在一起，在太空环境中验证技术指标和产品可靠性，并从中发现问题、改进缺陷。

其实在国际上，发射新技术试验卫星是一种惯有的模式，很多国家都有试验卫星。现在，随着社会的飞速发展，各种新技术不断涌现，技术风险越来越大，也对卫星提出了更高指标的要求，发射试验卫星已经成为了一种必然的选择。

特别是我国卫星的发展还面临着一些技术瓶颈，卫星“长寿命、高可靠”的命题有待破解，问题总结起来可能涉及器件、技术、设备等多个方面。正鉴于此，实践九号卫星由国家国防科工局立项，在全国范围内遴选相对成熟、具备上天开展试验条件的技术，纳入到试验卫星的试验项目中，并由中国航天科技集团公司五院航天东方红卫星公司负责研制。

试验卫星与一般的应用卫星不同，不用在入轨和交付后立即投入实际应用。但是，新技术经过验证后将应用在后续的卫星型号上，这就为未来的卫星发展铺平了技术道路，同时也为开展技术创新提供了很好的平台，其长远价值是不可估量的。

火箭上面级的“芭蕾舞”

从外观上看，执行此次任务的长征二号丙运载火箭和普通两级状态的火箭并没有什么不同，然而在整流罩里除了两颗卫星之外，还多了一个非常特殊的组成部分——上面级。

所谓上面级，是一个和一二级火箭完全独立的子级，它有着自己的动力系统、测量系统和控制系统。一二级火箭在工作完毕之后，就把运送卫星入轨任务的接力棒交到了上面级手中。而上面级要完成的任务，在火箭系统设计师看来，就像是在“跳芭蕾舞”。

长征二号丙运载火箭第一级（荆鹰摄）

吊装长征二号丙运载火箭第二级（荆鹰摄）

实践九号A/B卫星采用串联式结构排布，和上面级在一起就像是一串“糖葫芦”。上面级点火进入轨道后会先调整到一个姿态释放上面的A星，然后抛掉A星的支架，再调整到另一个方向释放B星。

由于A、B两颗卫星要进行编队飞行试验，这对上面级释放两颗卫星的角度和姿态提出了很高的要求，既不能太近发生碰撞，又不能太远失去联系。同时，高轨物体的飞行速度大约在每秒7千米以上，抛掉的支架如果离卫星太近就会带来碰撞的风险，因此上面级在抛掉卫星支架时也特意换了一个角度。如果不是上面级灵活多变的特点，恐怕很难同时满足这么多的要求。

此发火箭从点火到星箭分离，火箭的工作时间大约有3300秒，这是目前我国长征系列运载火箭里工作时间最长的。而在点火后600秒左右二级火箭即与上面级分离，也就是说上面级独立工作的时间长达2700多秒，其复杂性可想而知。它在太空中能够减速、增速、调姿，这些功能甚至类似于卫星。

正是因为上面级的加入，此发火箭研制的协作单位也比一般的型号要多。上面级变轨时所用的稳定姿态用的姿控发动机由中国航天科技集团公司六院801所研制，固体火箭发动机由中国航天科工集团公司六院研制，惯组系统由中国航天科技集团公司九院13所研制……各个单位的工作人员在这里协同合作、忙而不乱，共同保证了发射的圆满成功。

整装待发的长征二号丙运载火箭（荆鹰摄）

整流罩内的实践九号卫星和长征二号丙运载火箭上面级（荆鹰摄）

25项试验验证关键新技术

据实践九号A/B卫星的总指挥、总设计师赵志明介绍，此次要进行的25项试验是从当时申报的200多项试验项目中经过层层审查筛选出来的，每一项技术对于卫星未来的发展都非常关键。

概括来讲，这25项试验项目共分为4大类，分别是长寿命高可靠技术试验、高精度高性能技术试验、国产元器件技术试验和在轨编队飞行关键技术试验。

举例来说，目前我国每次发射的地球同步轨道卫星中，用于南北位置保持的推进剂重量大约占卫星系统总重量的一半以上，这严重制约了卫星的有效载荷比和寿命。此次进行试验验证的电推进系统，可以将南北位置保持的推进剂总重量降低到原来的十分之一，这能够显著改善卫星系统的综合性能，大大提高卫星的有效载荷比，增加卫星系统的寿命。现在，我国有多个地球同步轨道卫星型号通过论证，都计划采用电推进系统，因此，对实践九号的技术验证结果需求迫切。

将实践九号卫星安装在长征二号丙运载火箭上面级上（蔡文摄）

卫星吊装（蔡文摄）

整流罩内的实践九号卫星（荆鹰摄）

同时，实践九号之所以设计有A、B两颗卫星，一方面是因为两颗卫星各自承担着一部分试验项目，另一方面是因为两颗卫星要联合起来，共同验证在轨编队飞行的关键技术。简单来说，就是两颗卫星在太空分别向对方传送自己的位置信息，然后按照严格的几何关系飞行。这项技术将主要应用于立体观测等对星座构型有严格要求的应用领域，通过两颗卫星的协同工作，起到“1+1>2”的效果。这样一来，一方面会提高观测精度，另一方面也可以把地表目标的高程等信息同时测量出来，获得更丰富的应用效果。

此外，目前我国卫星上的一些关键元器件还依赖进口，此次任务将考核验证一批急需的国产元器件的在轨工作情况，从而加速推进国产元器件的空间应用，解决核心元器件依靠引进、受制于人的瓶颈。

这一批试验验证项目，将有利于加速科研成果向工程应用的转化步伐，提高关键部组件、关键元器件的自主保障能力，解决卫星长寿命关键技术瓶颈，推动我国卫星“自主可控”化发展。

测试实践九号卫星太阳能电池帆板（蔡文摄）

检测实践九号卫星（蔡文摄）

客观的评价结果为成功标准

一般应用卫星的寿命期和获得的收益是成正比的，也就是说卫星工作的时间越长，获得的收益就越高，卫星的整个寿命期都是使用期。但新技术试验卫星完成任务的标志并不是寿命末期，而是完成试验任务、获得客观的评价结果。

因此，卫星在入轨之后，还需要完成好每一个试验验证项目的评价任务。客观上讲，新试验要验证的技术本来就是不成熟的，面临的风险自然也相对较大。“我们针对这颗卫星的质量进行统一要求、重点关注，也就是说对试验卫星的平台和试验项目提出相同的质量可靠性要求，但对于那些风险较大的试验项目给予重点关注。”郭宝柱介绍说。

按照计划，25项试验大概会在发射成功之后的半年到一年时间里完成，每一个试验项目都要做到流程清晰、能力完备、责任落实、界面畅通、评价客观准确。在卫星余下的寿命期里，除了对某些项目进行长期观察，还可以再有选择性地开展一些新的试验。

实践九号卫星只是我国系列民用新技术试验卫星的开端，在不久的将来，如果类似的试验卫星能够形成一种系列化的发展模式，将对我国航天技术的发展大有裨益。

相关链接

实践九号在美国中部开机成像

2012年10月18日，实践九号卫星A星高分辨率多光谱相机首次在美国中部开机成像，下传第一轨数据。9点41分中科院对地观测中心密云接收站准时捕获并开始接收，9点48分成功接收全部数据，地面接收系统工作正常。

地面接收系统于10点30分将数据传送至中国资源卫星应用中心，10点34分地面处理系统开始录入，11点20分录入完成，发布高分辨率多光谱相机图像快视图，经过姿轨处理、存储归档和标准化生产，11点26分处理完成全部2级标准产品，实践九号卫星地面处理系统工作正常。

实践九号卫星A星拍摄的美国德克萨斯州影像

实践九号卫星A星搭载的光学成像有效载荷技术试验项目为高分辨率多光谱相机，分辨率为全色2.5米/多光谱10米；B星搭载的光学成像有效载荷技术试验项目为分辨率73米长波红外焦平面组件试验装置。图像数据可广泛应用于国土资源调查与监测、农业、林业、水利、城乡建设、环境保护、防灾减灾等领域，满足用户对高分辨率数据的迫切需求。

实践九号卫星A星拍摄的中国广西柳州影像