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独家:星钟相继发生大规模故障,伽利略与印度区域导航系统遭遇重大问题

时间:2017年02月08日 信息来源:中国太空网 点击: 【字体:

(中国太空网讯 刘春保编译)2017118日,BBCSPACEFLIGHT101等国外网站相继报道了欧洲伽利略导航卫星系统发生大规模星上原子钟运行故障,目前共有5颗卫星上的9部星钟在轨发生故障停止工作(另有1部重启后恢复工作),涉及到在轨运行的两种卫星型号和两种类型星载原子钟。2017119日,欧洲航天局官方发布了伽利略卫星星钟故障通告,证实了上述消息。

2017130日印度空间研究组织(ISRO)主席Kiran Kumar向媒体透露,20137月发射的印度IRNSSS系统首颗卫星-IRNSS-1A3部铷钟全部发生故障,计划于2017年下半年发射IRNSS-1H卫星进行替换。至此,由瑞士Spectraeime公司研发的伽利略与IRNSS系统星钟已有12部发生故障,其中铷钟、氢钟各6部,涉及5颗伽利略卫星和1IRNSS卫星,且铷钟的故障原因至今仍未查明。

20161215日,欧盟与欧洲航天局刚刚宣布伽利略卫星导航系统在轨已达18颗卫星,具备初始运行能力,开始提供初始服务,并发布了星座运行状态。截至目前,欧洲航天局已经发射了20颗伽利略系列导航卫星(见表1),除2颗早期的伽利略试验卫星正式退役外,其余18颗卫星均作为在轨运行卫星,包括4颗“伽利略组网验证”(Galileo-IOV)卫星和14颗“伽利略全运行能力”(Galileo-FOC)卫星。但目前实际投入导航服务的卫星仅有11颗,另有201611月新发射的4Galileo-FOC卫星处于入轨测试阶段,1201210月发射的Galileo-IOV卫星因电源故障正处于挽救之中,220148月发射的Galileo-FOC卫星因火箭故障未准确入轨,目前主要用于技术试验。

每颗Galileo-IOVGalileo-FOC卫星均带有2部铷钟和2部氢钟。因此,目前伽利略系统在轨运行的18颗卫星共装备72部星钟,其中铷钟36部,氢钟36部。每颗卫星在轨正常工作时,以1部氢钟作为主钟,为卫星提供精确时间;以1部铷钟作为热备份钟,保证导航服务的连续性;以另一部铷钟和另一部氢钟作为冷备份钟,在工作钟发生故障后接替其工作。

1 伽利略卫星发射在轨情况表

卫星名称

卫星型号

发射时间

研制单位

运行状态

GIOVE-A


2005.12.28

萨瑞卫星技术公司

退役

GIOVE-B


2008.04.27

Astrium公司

退役

GSAT-101

Galileo-IOV

2011.10.21

Astrium公司

在轨工作

GSAT-102

Galileo-IOV

2011.10.21

Astrium公司

在轨工作

GSAT-103

Galileo-IOV

2012.10.12

Astrium公司

在轨工作

GSAT-104

Galileo-IOV

2012.10.12

Astrium公司

正在挽救

GSAT-201

Galileo-FOC

2014.08.22

OHB公司

在轨试验

GSAT-202

Galileo-FOC

2014.08.22

OHB公司

在轨试验

GSAT-203

Galileo-FOC

2015.03.27

OHB公司

在轨工作

GSAT-204

Galileo-FOC

2015.03.27

OHB公司

在轨工作

GSAT-205

Galileo-FOC

2015.09.11

OHB公司

在轨工作

GSAT-206

Galileo-FOC

2015.09.11

OHB公司

在轨工作

GSAT-208

Galileo-FOC

2015.12.17

OHB公司

在轨工作

GSAT-209

Galileo-FOC

2015.12.17

OHB公司

在轨工作

GSAT-210

Galileo-FOC

2016.05.24

OHB公司

在轨工作

GSAT-211

Galileo-FOC

2016.05.24

OHB公司

在轨工作

GSAT-207

Galileo-FOC

2016.11.17

OHB公司

入轨测试

GSAT-212

Galileo-FOC

2016.11.17

OHB公司

入轨测试

GSAT-213

Galileo-FOC

2016.11.17

OHB公司

入轨测试

GSAT-214

Galileo-FOC

2016.11.17

OHB公司

入轨测试

 

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伽利略卫星上的铷钟(左)和氢钟(右)

从欧洲航天局发布的星钟故障情况通告看,在轨有6部氢钟发生了故障,其中5部氢钟涉及3Galileo-IOV卫星,1部氢钟涉及1Galileo-FOC卫星,至少有2Galileo-IOV卫星星上的2部氢钟全部发生故障。在轨有3部铷钟发生了故障,涉及2Galileo-FOC卫星,至少有1Galileo-FOC卫星星上的2部铷钟全部发生故障。从通告的信息来看,有1Galileo-FOC卫星1个铷钟和1个氢钟都发生了故障。欧洲航天局官员Jan Woerner 表示,任何一颗伽利略卫星故障星钟的数量不超过2部。

实际上,欧洲航天局早在201611月一箭四星发射Galileo-FOC卫星前就已经发现在轨运行的星钟出现故障,但当时未意识到问题的严重性,仍按计划进行了发射部署。欧洲航天局近几个月组织了包括空中客车防务和航天公司(以前的Astrium公司)、德国OHB公司、英国萨瑞卫星技术公司、瑞士Spectratime公司等研制企业共同对星钟故障展开调查。

经过大量调查与分析工作后,欧洲航天局在氢钟故障原因调查上取得了较大的进展,但对铷钟的故障原因还未有明确结论。

欧洲航天局已经揭示了在轨氢钟的两类故障机理,一类是部分氢钟的特定运行参数对工作环境变化的容忍裕度较低,从而导致故障发生,但目前没有公布引发故障的特定运行参数,据报道工程技术人员正在对温度、电压和电流等运行参数进行调整。另一类是氢钟在长时间冷备份后加电启动时发生问题。出现故障的6部氢钟中,2部为第一类故障,4部为第二类故障。

目前对铷钟的故障调查虽然发现了多处设计缺陷,但导致此次故障的根本原因却未能查明。故障铷钟有一个共同的特征,怀疑是地面测试的特定程序引发了短路。欧洲航天局与承包商的工程技术人员重新启动了2005年发射的、目前已经退役的第一颗伽利略试验卫星——GIOVE-A卫星的铷钟,正在开展相关技术试验。

欧洲航天局表示目前仍在轨工作的其他33部铷钟发生故障的可能性较低,一方面它们与发生故障的铷钟采取的地面测试程序不同,另一方面运管部门已经采取了新的运行措施(通告中未介绍)。对在轨运行的其他30部氢钟而言,欧洲航天局正在研究降低氢钟故障风险的运行模式,待验证后予以实施。

欧洲航天局官员Jan Woerner 表示,每颗卫星上带有4部冷热备份的星钟,因此仍然能够保证伽利略星座正常提供初始运行服务。目前,欧洲航天局和工业界已经取得一致意见,认为目前在研的Galileo-FOC卫星星上铷钟需要待故障原因查明后进行技术修改。因此,决定原计划20178月一箭四星发射的Galileo-FOC卫星推迟至11月发射。

伽利略卫星导航系统是欧洲航天局两大旗舰项目之一,受到高度重视,具有很高的发展优先权。为保证2020年全系统投入运行的目标设定,欧洲航天局于20169月已将伽利略卫星导航系统星座标准配置由原来的27颗工作星+3颗备份卫星缩减为24颗工作星+不定数量备份卫星。目前按研制合同来看,星座卫星总数量为26颗,按计划将在2017年和2018年各进行一次一箭四星发射,完成星座部署。此次星钟大规模故障给进度非常紧张的伽利略导航卫星系统建设和部署计划造成了严重影响,有可能延误全系统投入运行的时间。

“印度区域导航卫星系统”(IRNSS)卫星和我国早期的北斗导航卫星均采用了瑞士Spectratime公司的铷钟设备。欧洲航天局已经主动联系了印度空间研究组织(ISRO),通告了星钟故障情况,希望印度协助分析铷钟的地面测试、试验与空间应用情况,为查明伽利略卫星铷钟故障提供帮助。此后,印度空间研究组织发布了IRNSS系统星钟故障的情况。

伽利略与IRNSS系统星载氢钟、铷钟接连发生大规模故障,特别是铷钟的故障原因仍未查明,很可能意味着星钟的设计、制造、测试和其他相关环节存在缺陷,使两个系统的发展面临重要难题。如该问题不能尽快、有效地予以解决,将对伽利略与IRNSS系统的建设与发展产生非常不利的影响。


(作者:刘春保)
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