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“瞳孔”卫星失控案例
发布日期:2018-01-10浏览次数: 字号:[ ]

“瞳孔”(ASTRO-H)是日本发射的第6颗X射线天文卫星,也是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)有史以来最大的空间科学卫星,计划在轨使用X射线观测仪探索宇宙形成奥秘。2016年2月17日,ASTRO-H卫星发射进入高570km圆轨道上,设计寿命3年,全长14m(可伸展式光学台座展开后长度),发射质量2700kg,功率3.5kW,携带X射线光谱观测仪、X射线摄像观测仪等6台科学载荷。

图1:ASTRO-H卫星在轨示意图

2016年3月26日,日本卫星测控站发现无法正常接收ASTRO-H的信号,正处于载荷测试阶段的ASTRO-H卫星与地面失联。

2016年3月27日,美军联合空间作战中心(JSpOC)在推特(Twitter)上公布,在26日观测到ASTRO-H卫星已解体为5部分,且卫星轨道在同天突然变化。JSpOC随后分析卫星解体时间发生在凌晨01:42(UTC)左右,但不是由于空间碎片与卫星相撞引发的解体。

2016年3月28日,JAXA称其在美军公布的ASTRO-H卫星解体时间后曾接收到卫星信号(事后证实为其他卫星发射的信号),而日本也通过国内望远镜观测到了2个卫星碎片。

2016年4月1日,日本宣布ASTRO-H卫星在3月25日19:10(UTC)姿态失控,同天JSpOC公布10个ASTRO-H卫星相关碎片的轨道根数,其中1个可确定为卫星本体。

2016年4月7日,日本确定了卫星本体的轨道,推测卫星本体在快速旋转,旋转周期5.2s,还推测其他相关碎片是卫星快速旋转导致的与卫星本体连接较弱的太阳电池翼和可展开式光学台座等。

2016年4月15日,日本分析此次事故是由于卫星姿态控制系统出现故障和人为设置推力器参数失误而导致的。

2016年4月28日,据可靠分析推测卫星本体与电池翼完全分离,卫星无法继续使用,日本宣布放弃卫星挽救。

作为ASTRO-H卫星的管控方,JAXA详细分析了这颗卫星从正常状态到卫星解体的详细过程及原因。

2016年3月26日,ASTRO-H卫星按计划进行星系核观测活动并对卫星进行姿态机动,姿态机动结束后,卫星姿态控制系统判断卫星处于转动状态(但实际上并没有转动),卫星为阻止姿控系统转动启动了飞轮,卫星开始出现异常转动。初始时刻,卫星缓慢转动,太阳电池翼逐渐偏离对日方向,但此时卫星姿态控制系统没有使用太阳敏感器判断姿态,因此未能检测到姿态异常,卫星继续转动。同时,卫星的磁力矩器由于姿态异常也没有卸载飞轮的角动量,因此角动量不断累积增加。角动量累积超过阀值后,卫星姿态控制系统判断飞轮出现异常,启动了“推力器安全控制模式”(RCS SH)。在该模式下,卫星通过推力器进行姿态调整,但是又因为这颗卫星存在推力器控制参数的人为设定错误,使推力器错误地朝着增加卫星转速的方向喷射,加速了卫星的转动。随着卫星转速不断增加,卫星本体与太阳电池翼分离而解体,日本最终也放弃挽救这颗卫星。

目前,ASTRO-H卫星本体运行在573km高的圆轨道上,轨道倾角31°,升交点赤经18°,具体参数如下表所示。

ASTRO-H卫星本体轨道参数(2017.12.20)

半长轴

        a/km

偏心率

e

轨道倾角

        i/°

升交点赤经RAAN/°

近地点幅角

          w/°

平近点角

       M/°

6951

0.001241

31.0071

17.974

80.861

279.343




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