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【国际太空】波兰微小卫星技术的崛起与发展

时间:2018年04月09日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:

波兰在卫星领域的发展相比欧洲几个航天大国起步较晚,并且主要以科学载荷配套和卫星应用为主。随着2012年波兰加入欧洲航天局(ESA),2014年成立波兰航天局,并在2012-2014年间完成了3颗自主研制微小卫星的交付发射,该国的航天工业进入高速发展阶段。近年来,波兰的民营航天企业也崭露头角,并很快成为该国微小卫星行业的中流砥柱。


1  初期国际合作研制微纳卫星

在波兰自行研制微小卫星初期阶段,主要以现有的卫星平台产品为基础进行研制,具有低成本、研制周期短、可靠性高等特点,以空间天文观测、空间维护技术试验等为科学目标实现了波兰自主研制卫星零的突破。

 

(1) “华沙理工大学卫星”系列立方体卫星

“华沙理工大学卫星”(PW-Sat)系列立方体卫星是由华沙理工大学的学生自主研制的系列空间维护技术试验立方体卫星,同时兼顾教学目的,目前已研制了“华沙理工大学卫星”、华沙理工大学卫星-2两个型号,华沙理工大学卫星-3正在进行方案论证,其科学载荷均为卫星寿命末期展开的被动离轨装置。

 

其中,“华沙理工大学卫星”是波兰的第一颗人造卫星,于2012年搭载欧洲航天局“织女星”(Vega)小型固体运载火箭首飞发射入轨。该卫星是1U立方体卫星,搭载有1m长的可展开柔性太阳电池翼机构,在卫星寿命末期展开,测试太阳能电池的供电性能,同时作为增阻离轨装置使卫星尽快再入大气层。然而在入轨6个月后,卫星通信系统出现故障与地面失联,因此无法发送展开太阳电池翼的指令,导致任务失败。


在华沙理工大学卫星-2研制工作推进的同时,华沙理工大学卫星-3的方案设计也在持续进行,初步设计为3U立方体卫星,增加动力系统。该星的研制将开展国际合作,目前已确定将与哈尔滨工业大学开展联合研制。

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▲PW-Sat任务模拟图

(2)“明亮目标探测器-波兰”双星

“明亮目标探测器-波兰”(Brite-PL)双星是波兰科学院空间研究中心和波兰科学院哥白尼天文中心于2009年底立项研制的两颗空间天文观测卫星,耗资超过400万美元,由“莱姆”(Lem)和“赫维留”(Heweliusz)两颗卫星组成。是加拿大、奥地利、波兰共同发起的“明亮目标探测器-星座”(BRITE-Constellation)工程中的一部分,共研制6颗卫星,以上3个国家各承担两颗(其中加方一颗卫星入轨后失效)。该星座旨在对银河系中明亮的(星等≤+3.5)大体积恒星进行组网观测,是国际上首个用于天文学研究的微小卫星任务,也是首个天文卫星星座。

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▲PW-Sat-2任务模拟图



2  自主研发微纳卫星平台

近年,波兰各高新技术企业和新成立的商业航天公司也开始涉足微纳卫星技术领域,设计了几种有创新特点的卫星平台,面向该国军民用户,为未来的卫星装备发展打下了技术基础。

 

(1)“超级卫星”模块化平台

“超级卫星”(Hyper-Sat)模块化平台是由位于皮亚塞奇诺的科瑞欧泰克仪器公司提出的低成本模块化开源纳卫星平台。其设计思路是在现有立方体卫星的基础上通过加大单个平台单位的体积,使其装载更多有效载荷,相比一般微纳卫星平台扩大应用范围,可用于研制空间科学卫星、光学/雷达遥感卫星和通信卫星的单星或星座。“超级卫星”平台结构设计上预留了与开源分系统模块匹配的接口,标准模块包括电源系统和化学电池、太阳能电池、通信模块和天线,以及适用该型平台的星箭分离机构。目前,该卫星已完成原理样机的研制,其首发星预计将于2019年完成发射。


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▲Hyper-Sat单位平台结构


(2)波兰AIS卫星 

波兰AIS卫星(SAT-AIS-PL)系统的主要用户为海事办公室、波兰军队边防部队、海上搜救服务机构、情报机构和欧洲海事安全局。从船舶到地面站的数据传输将采用新的甚高频(VHF)数据交换系统进行升级,将在未来几年由国际电信联盟引进。波兰AIS卫星将成为该国第一颗提供实际服务的应用卫星,整个系统包括一颗质量约为40kg的微纳卫星(含两块太阳电池翼),星上搭载一台AIS接收器,一个甚高频数据交换系统模块,一个星地链路模块,以及一个用于业余无线电活动的附加模块。其中星地链路模块可实现地面和卫星之间的即时数据交换,这在海上出现紧急情况时至关重要。该解决方案还有望缩短数据检测与地面站接收之间的时间差。地面设施包含一个测控站,一个卫星指挥和控制中心,以及一个面向最终用户的AIS数据中心,所有地面设施都将设立在波兰境内。卫星交付运行后,将收集和提供广泛的数据,包括有关船只位置、路线、交通和潜在危险情况的信息。

 

完成整个工程预计需要7年时间,研制进度安排如下:2016-2017年完成工程任务规划,即各大系统之间的体系构建;2018-2020年完成卫星系统的总体设计,总装测试和发射;2020-2022年完成为期数年的在轨运行段,其中包括卫星寿命末期的离轨操作。 



(3)“斯韦托维德”3D打印立方体卫星

“ 斯韦托维德”(Svetovid)卫星是由弗罗兹瓦夫的新兴商业航天公司卫星革命公司研发的2U立方体卫星。该卫星的结构件由铝-镁-钪合金(Scalmalloy)粉末3D打印而成,具有质量轻、强度高等特点,可承受-150°C~300°C的温度变化,这种材料也被空客公司用于飞机的制造中。同时,其独特的外形设计使其能更好地适应皮卫星轨道适配器的导轨。


 

“斯韦托维德”卫星是一颗科学卫星,计划2018年第一季度由美国轨道系统公司的海王星-N3(Neptune-N3)火箭从太平洋的一个海上浮动平台发射入轨。该卫星的主要任务是研究地球磁场的强度、变化以及热层中的重力,气象变化等。其次,搭载的光学遥感设备所获取的图像可用于气象学、海洋学、地质学和测绘学研究,对林业和农业也有潜在的辅助作用,也用于地区的国土资源开发规划,灾害风险评估和气候变化、环境监测等。另外,卫星将对地球上不同经纬度的重力场进行探测,记录随时间变化的数据。这些数据可以用来研究板块的构造、运动,并监测可能存在的威胁。

 


波兰小卫星在国际上虽然是后起之秀、起步较晚,但起点高,这一点得益于其多年来参与欧洲航天局重大工程型号研制所积累的经验,加上商业航天的热潮,也起到了推波助澜的作用。


(全文见《国际太空》201803期)

(作者:佚名)
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