中国商业小卫星登上《Nature Astronomy》封面
发布日期: 2021-04-27 点击: 446

“极光计划”对蟹状星云进行观测的艺术表现图

《自然·天文》杂志封面用图

天仪研究院设计供图


《自然·天文》往期航天器相关封面

01清华空间项目“极光计划”新发现登上《自然·天文》封面,时隔40多年重启天文软X射线偏振探测窗口。

2020年5月11日,清华大学天文系冯骅教授课题组与合作者在《自然·天文》杂志发表封面文章,报道了清华大学作为科学总体,天仪研究院作为卫星工程总体的空间天文项目“极光计划”的最新成果,标志着由于技术困难停滞了40多年的天文软X射线偏振探测窗口重新开启

02“极光计划”的意义一方面在于空间科学的巨大发现,另一方面展示了航天工程的巨大进步。

作为一门观测驱动的科学,天文学的发展在很大程度上依赖新的观测方法和手段。尤其新的探测技术和方法,都需要进行飞行验证。

以往的天文卫星对卫星平台要求很高,一般都是上吨级的大卫星,研发成本高、周期长,很多科学家望而却步,只能停留在理论验证阶段。

“极光计划”则是利用天仪研究院自主研发的10公斤级微小卫星平台在卫星轨道上直接验证X射线偏振探测技术。

载人航天工程应用系统总设计师顾逸东院士表示:“‘极光计划’采用商业化立方星成功测量了蟹状星云及脉冲星的偏振信号,获得脉冲星的X射线偏振随时间变化的重要成果,同时闯出了一条低成本开展空间天文研究的创新途径,对推动高校空间科学发展有重要意义。”

“这是中国乃至世界微小卫星领域的一次重要突破,这也是我国微小卫星第一次登上国际顶级科研期刊。”
天仪研究院创始人兼CEO杨峰表示,“ ‘极光计划’的意义一方面在于空间科学的巨大发现,另一方面也展示了航天工程的巨大进步。‘极光计划’的重大成果直接证明了低成本微小卫星在轨的高可靠性和高稳定性,我们非常开心天仪为中国天文学的发展提供了全新的补充手段,助力科学家抢占国际天文探测先机。”
清华大学天文系冯骅教授表示,商业航天的出现,对天文学者最大的变化是天文观测可获取的渠道变得更多了。

“从一个课题组的角度讲,我们可以用得起卫星了。”冯骅说,“商业卫星不但让实验变得可获得,而且操作起来时间更短、更灵活便捷、更便宜、更高效。那么一旦出现新技术,我们就可以马上应用到实际的观测当中去获取在轨数据。过去我担心便宜和可靠会有矛盾,目前看极光已经在轨工作一年半,仍正常工作中,并且给我们带来了意外的观测成果,这让我们非常惊喜。”

03低成本天文观测卫星,如何做到在轨高稳定性及高可靠性。

“极光计划”立方星和探测器结构示意图

用户至上

遵循卫星平台与载荷应用一体化,围绕载荷服务载荷的设计原则,卫星系统设计(机、电、热、姿轨控设计等)从载荷实际在轨任务需求出发,围绕载荷任务展开,使有限的卫星平台能力尽可能的满足载荷应用任务需求,真正做到了卫星平台适应载荷而不是载荷适应平台。同时,也体现了天仪卫星服务始终围绕客户,服务客户的最核心原则。

低成本高品质卫星设计

1)工业级器件使用以降低卫星成本

基于工业级器件选型,参考传统航天行业及地面工业电子行业电子设计规范进行星上部组件研制设计;保证器件来源渠道正规可靠,并根据天仪自主摸索的技术规范对卫星部组件在板卡级/部组件级进行筛选,从而保障了天仪卫星上所有基于工业级器件的部组件能够在轨可靠、稳定工作。

2)简化系统,但强化兜底设计

卫星系统去掉绝大部分冗余备份环节,以简单求可靠。但在简化系统架构的同时,在涉及卫星生死的核心配电和天地测控环节设计了多重安全措施,从配电管理、测控管理、姿态控制等多角度确保任何情况下卫星都能安全地活着,给后续通过星上软件手段解决问题奠定基础。

3)星上电子学硬件和所有软件的一体化设计

星上一体化设计,从顶层到底层,从系统到部组件,从整星到单板,从软件到硬件按照高度一体化的思路进行统一设计,最大限度减少底层部组件黑盒,保证卫星系统整体的透明度。实践发现很多系统故障都来自于互为黑盒的设备交互过程中出现的软件或者硬件不匹配。所以提高透明度可以大幅度提高可靠性。天仪卫星最大限度的实现了星上电子学硬件和所有软件的一体化设计,使整星从大脑到末梢都尽可能的做到透明可控。

4)强大的在轨重构能力和灵活的任务管理能力

借鉴目前互联网领域、工业控制领域先进的软件实现技术,强化星载软件自身的安全性、可靠性和灵活性设计,使星载软件具有强大的在轨重构能力和灵活的任务管理能力,能持续的在轨进化,为天仪卫星在轨调试提供强力支持,以系统软件的强来补系统硬件的“弱”(冗余备份少,器件等级低)。

标准、简约的测试方法

确保产品测试充分、有效、全覆盖

参考传统航天卫星测试试验流程和规范,从天仪自身实践出发进行合理的裁剪和补充,形成天仪自己的单机级、部件级以及系统级地面测试试验规范,在兼顾地面试验有效性的同时显著缩短了测试和试验周期,提升了短、平、快的进入太空的能力。

04天仪研究院2021年卫星搭载计划基本已定。

天仪研究院作为国内商业科研卫星的开创者及引领者,已成功发射18颗卫星,共计助力清华大学、航天科技、航天科工、中科院以及THRUSTME等国内外高校、科研院所、企业客户完成了包括引力波电磁对应体观测、X射线偏振探测、光纤传感技术验证、激光通信试验、推进技术验证在内的在轨科研任务超过50项,这些试验不乏国际和国内相关领域的首次试验(航天巨头选择天仪研究院研制科研卫星的9个理由)。

目前,天仪研究院正在密集开展国内首颗百公斤级、一米分辨率的SAR卫星平台研制,计划于2020年下半年择机发射,为客户提供更高能力、更优指标和更具性价比的一站式太空服务;同时,天仪未来也将积极争取国家重大研发任务的参与机会,探索商业航天更多发展路径。

为了满足不同客户、不同载荷、不同太空任务需求,提供火箭可选、时间可选、平台可选、任务自定、高性价比、一站式的太空科研服务,特此提前公布天仪研究院2021年卫星搭载计划。

星座项目与飞行任务载荷部分已经明确,尚有余量,期待与您合作。