科技成果

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成果名称: “翱翔之星”立方星研制

成果登记号: 9612018Y0472

第一完成单位: 西北工业大学

联 系 人: 常威威

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 航空航天

应用行业: 科学研究和技术服务业

成果简介:

    本项目在载人航天工程"长征七号"首飞搭载项目的支持下,完成了"翱翔之星"立方星及其弹射器的研制。

    "翱翔之星"是世界首颗12U(Unit,单元)立方星,其主要飞行目标包括开展在轨大气偏振模式探测;开展立方星高精度控制技术验证;进行立方星关键组件验证;进行基于商用货架器件的硬件可重构技术验证。项目组在卫星研制过程中开展了立方星总体设计技术、在轨运行控制技术、模块化部件技术、部署器技术等方面的研究,取得了如下发明创新。

    (1) 提出了12U立方星的设计标准,利用该标准成功研制了世界首颗12U立方星,在轨飞行取得圆满成功。"翱翔之星"成为立方星系列中体积、质量、功耗最大的立方星,为立方星功能增强与应用领域拓展提供了设计依据。

    (2) 提出了立方星控制系统在轨健康评估与自主控制方法,突破了测控资源受限、星上可用信息受限等严苛约束条件下立方星自主控制的难题,实现了在不同空间干扰、轨道环境、任务需求、健康状态条件下的长期可靠自主运行,有效保证了立方星姿态消旋、捕获、定向等全流程多种控制模式的自主运行与精度要求。

    (3) 提出了基于商用货架(Commercial Off The Shelf,COTS)器件的立方星模块化部组件的设计方法与流程,突破了真空、辐射、原子氧、高低温等空间环境下立方星低成本、高可靠性、通用的部组件研制技术。先后研制了立方星微型飞轮、磁力矩器、太阳敏感器、GNSS接收机、电源系统、星载计算机、偏振光探测器等部组件,并成功在轨验证。改变了国内缺少立方星高可靠部组件的困境。

    (4) 提出了电磁解锁高可靠立方星部署技术,突破了立方星无火工品弹射部署技术,实现了发射过程中复杂力学和空间环境下全电磁弹射部署,幅简化了系统的复杂度,提高了安全性,减小了部署过程中的力学冲击。研制了世界上首颗12U立方星的标准化部署器,并成功在轨验证。

    (5) 提出了立方星快速测试技术,解决了微纳卫星测试流程复杂、时间长、不能适应快速发射需要的难题,实现了立方星测试系统智能化、流程自动化、软件模块化、硬件板卡化,将卫星测试时间由数天的测试缩短至10分钟,大大提高了卫星发射的灵活性和适应性。为立方星大批量生产和群星快速发射提供了技术途径。

     项目获得已授权发明专利5项,申请发明专利4项。项目研制的"翱翔之星"12U立方星已于2016年2月交付验收,并于2016年6月25日由"长征七号"成功发射入轨,卫星在轨运行状态良好,飞行任务获得圆满成功。

    项目的研究成果得到了国内外研究机构的广泛应用。中国航天科技集团有限公司第一研究院上面级型号办公室、上海空间电源研究所、中国航天科技集团公司第五研究院第五〇二研究所、兰州空间技术物理研究所等单位应用本项目提出的12U立方星及其部署器标准进行了立方星部件设计;天仪研究院、北京天银星际科技有限责任公司等单位在微纳卫星研制中,应用了本项目研制的模块化立方星控制部组件作为卫星的关键部组件,包括标准化立方星三轴飞轮、磁力矩器、以及GNSS接收机等。此外,荷兰ISIS公司(欧洲最大立方星公司),丹麦GOMSpace公司(欧洲第二大立方星公司),美国Tyvak Nano-Satellite Systems, Inc立方星公司等国外立方星公司已经使用本项目提出的12U立方星设计标准进行卫星系统设计。