揭秘“陆探一号A星”太空自动驾驶：“时空重访”以预测地质灾害

作者 郑莹莹 马帅莎 陈葆娟

北京时间1月26日，中国成功发射“陆地探测一号01组A星”(简称：陆探一号A星)，星上搭载了中国首个基于空间观测的高精度地表微变形监测雷达系统，这是一位极为挑剔的“乘客”，为此，中国航天科技集团八院姿态轨道控制分系统研制团队赋予卫星出色的“驾驶”技术。

“时空重访”：地质灾害预测的前提

“陆地探测一号01组A星”卫星副总设计师王文妍打了个比方：“姿态轨道控制分系统就是卫星的驾驶系统，其如何设计完全取决于‘乘客’的个性化需求，有的‘乘客’需要拍摄地球某一部分的远景图像，这就需要姿态轨道控制分系统对得准、足够稳；有的‘乘客’喜欢拍特写，这就需要姿态轨道控制分系统足够灵活，始终不跟丢。对于陆地探测一号01组A星而言，‘乘客’最大的要求是能够对拍摄目标点进行高精度的‘时空重访’。”

“卫星在地球轨道上进行不断绕飞运动，所谓高精度‘时空重访’是指卫星经过一个回归周期后，能够严格地回到初始目标点上空。”王文妍说。她进一步解释，这里的严格包括了时间、空间的双重约束，这是“陆地探测一号01组A星”能够完成地表形变监测，从而支撑地质灾害预测的重要前提。

“太空车道”：从千米级到百米级的精度跨越

对于常规近地卫星而言，轨道保持控制精度通常在几千米到几十千米之间，而“陆地探测一号01组A星”的控制精度由千米级提升至百米级，且约束条件由一维升级为三维。

卫星在太空飞行，实际上也有一根“车道”，受到各种因素影响，“陆地探测一号01组A星”飞行轨迹会有上下左右的变化，形成的“车道”像是一个立体“管道”。

为了确保卫星在飞行中尽量运行于规定的“管道”内而不偏航，中国航天科技集团八院姿态轨道控制分系统团队打造了以高精度管道导航与控制为核心的“自动驾驶系统”，让“陆地探测一号01组A星”自主稳定行驶。

“我们以目标参考轨道为中轴，以轨道控制精度要求为半径而拉伸成的一个三维空间，外形就像一根管道，我们要将卫星牢牢地控制在这个管道空间里。”该卫星姿态轨道控制分系统主任设计师杜耀珂说。他表示，管道导航技术可以准确计算出卫星“偏航”的时间与空间偏差，然后驱动“方向盘”(指：管道控制)以保证卫星始终运行在预定的空间里。

据介绍，重复观测时，陆地探测一号01组A星的卫星轨道管道控制半径可精确控制在350米以内，达到国际先进水平。

“自动驾驶”：设定导航路线不偏航

研制团队创新性地提出了基于“虚拟编队飞行理论”的轨道控制方案，也就是将目标参考轨道当作“假想的主星”，让陆地探测一号01组A星自主跟随，赋予卫星“自动驾驶”能力，而且“精打细算”地制定控制策略，尽量降低星载推进剂的消耗。据介绍，这样的做法也是未来长寿命应用卫星领域的一个重要发展趋势。

主任设计师杜耀珂说，为了满足任务需求，该卫星预装了一条回归精度达到米级的目标参考轨道，也就是“导航路线”，指引卫星准时、准确地到达预定地点。姿态轨道控制分系统的任务就是通过轨道保持控制技术，以保证卫星在真实复杂的空间环境影响下，能够始终严格按照“导航路线”驾驶，不偏航。

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