欧洲卫星到达轨道–从全部损失到完全恢复

在1月31日星期五的傍晚,最后一次调整演习将阿尔emi弥斯卫星推入了地球静止轨道的指定位置,完成了历时18个月的最出色的卫星恢复行动。来自 欧洲航天局:欧洲航天局’的阿耳emi弥斯卫星到达地球静止轨道–从全部损失到完全恢复

2003年2月18日

ESA INFO 04-2003。在1月31日星期五的傍晚,最后一次调整演习将阿尔emi弥斯推向了对地静止轨道的指定位置,完成了历时18个月的最出色的卫星恢复行动。

阿耳emi弥斯(Artemis)到达地球静止轨道的不寻常路线漫长而艰难,并困扰着一些陌生的问题。但是,由于欧洲航天局,总承包商Alenia Spazio,负责Fucino控制中心的卫星运行的Telespazio和负责设计离子推进器的Astrium的工程师和其他专家的专业团队的技能,任务得以保存系统,并使用尚未为此任务设计的实验系统。离子推进系统最初是在Artemis上进行的,以控制围绕其名义位置的小运动?是攀登最后5000公里达到静止高度的关键。

由于上层故障,Ariane 5离开了ESA’低于预期椭圆轨道的电信卫星Artemis。最高点(距地球的最大距离)仅17 487 km,远低于目标地球静止平稳转移轨道的最高点35 853 km。 ESA和行业专家组成的团队以一系列创新的控制程序做出了强烈反应,以营救航天器。大胆的演习得以执行,这些不仅非常成功,而且非常高效。 Artemis使用几乎所有可用的化学推进剂,逃离了必须与致命的Van Allen带对峙的轨道,并在发射后仅几天就安全地到达了31 000 km的圆形轨道。

距离地球静止轨道很远

从那时起,使用冗余安装在卫星上的四个离子引擎成对冗余地继续进行救援工作。这些新颖的发动机代替了传统的化学燃烧发动机,而是使用了离子化的氙气。它们最初只是为了控制卫星而设计的’通过产生垂直于轨道平面的推力来产生S倾角。但是,营救行动需要在轨道平面上产生推力,以将卫星推向最终的地球静止轨道。这可以通过使卫星在轨道平面上相对于其标称方向旋转90度来实现。

利用航天器飞行配置的最佳优势,不仅开发了新的策略来提高高度,而且还可以应对自然的轨道倾角增加的问题。为了实施这些新策略,必须采用新的机载控制模式,新的车站网络和新的飞行控制程序。
操纵离子推进发动机的新概念包括电信航天器上从未使用过的全新控制模式,以及新的遥控和遥测以及其他数据处理接口功能。总共需要修改大约20%的原始航天器控制软件。由于具有可重新编程的机载控制概念,可以通过上行链接到卫星软件来加载这些修改“patches”总计15 000个单词,这是有史以来在电信卫星上进行的最大规模的飞行软件重新编程。
到2001年12月底,新软件的工作已经完成,随后使用航天器模拟器作为测试平台对其进行了验证。通过对这四个发动机的特性分析,所有准备工作都已完成,2002年2月19日,仅使用离子推进系统就开始了升轨机动。

从新的轨道运行开始,航天器管制员就必须应对许多无法预料的情况,因为新策略只能在航天器本身上进行实际测试。与传统的飞行前验收测试不同,没有可用于精确复制当前场景的测试平台。

由于系统设计中固有的极高灵活性和冗余性,尽管在理论上可能以较低的速度进行,但仍保持了升轨过程的稳定进展。阿耳emi弥斯–通过其离子发动机的强劲运转而仅以15牛顿的适度推力–每天平均以15公里的速度爬升:就像一艘带一个螺旋桨的小船推动一艘大货船!

有效负载测试和性能

从到达停车轨道到开始进行升轨动作已经过去了几个月。该时间用于执行调试和有效负载性能验证。在2001年11月/ 12月进行了有效载荷测试。这些测试只能在Artemis馈线链接天线波束每五天进行一次“illuminated” ESA’的Redu(比利时)的测试站。由于某些有效载荷频率仅在Artemis处于或接近其名义轨道位置时才能使用,因此产生了进一步的限制。

然而,找到了足够的机会证明所有有效载荷(S波段和Ka波段以及光学数据中继,导航和L波段移动有效载荷)均可用,并且其性能与发射前的结果相符。换句话说,它们完全符合规范。

还展示了Ka波段轨道间天线的闭环跟踪系统的正确操作。天线获取了从Redu发送的信号,并自动保持了链接,而Artemis在天空中缓慢漂移。

甚至在阿耳emi弥斯(Artemis)到达工作职位之前就进行全球首演

最壮观的事件是SILEX操作的演示。使用ESA成功进行首次调试之后’作为特内里费岛的光学地面站,Artemis和SPOT 4之间建立了光学链路。2001年11月30日,低空飞行器收集的图像数据首次通过激光传输到(准)对地静止卫星然后从那里到图卢兹的数据处理中心。

总共进行了26次尝试建立光链路的尝试,所有26次均成功。在预编程的时间点之前,链接从未丢失。链路质量几乎是完美的:测得的误码率优于109分之一。这意味着每发送1 000 000 000位最多会错误地接收1位。

离子推进救援

在发射后几天忙碌而激动人心的轨道恢复行动之后,很难适应离子推进所带来的增量进展,对于那些不参与卫星行动的人来说,这一定是单调而平稳的活动。 。对于负责保持稳定爬升率的操作员和工程师而言,没有什么比这更真实了。

自从2月份启用新的姿态控制模式以来,离子引擎开始以几乎无法察觉的推力扩展轨道,工作量一直很艰巨,几乎每周都会带来新的问题需要解决。这些异常现象虽然通常较小,但仍需调查,有时会导致有效推力中断,从而减慢进度。

除了仔细监控和优化离子引擎外’为了提高性能,操作人员探索了几种不同的姿态控制技术来调整航天器的方向,以最有效地利用离子引擎的脉冲。卫星模式更改的计划和排序,包括定期更新关键参数,以及地面站联系的管理涉及稳定但相当大的后台任务。

自从10月发射以来,卫星离开了第三个也是最后一个月食季节。在日食期间’s的阴影使每个轨道上的太阳躲藏了大约两个小时,并且由于功率和姿态控制的原因,必须命令卫星从推力模式转换为指向地球的模式,并关闭离子推力。这些操作花费时间和精力。

最终作业

面对这些困难,运营商将注意力转向了对地静止轨道的台站获取过程和台站的初始运行的规划。

在地球静止轨道下方仅几百公里的高度,卫星一次绕地球漂移需要数周时间。因此,很重要的一点是,通过调整漂移率以达到对地静止高度时到达指定的测站经度(东21.5度)来避免过冲。

自发射以来首次使用小型化学推进剂推进器进行了这些轨道调整。第一次推力在12月成功执行,在1月又成功执行了两次推力,这使得卫星的最后一次越过欧洲到达对地静止轨道的工作位置时,漂移速度降低到了几度/天。

当最后一次演习于1月31日进行时,那是一个激动人心的时刻。从维持离子推力很长时间的姿态控制模式开始,卫星转为指向地球以进行正常操作,而离子推力器本身就是今天的举杯。地面控制器能够使遍布全球的地面站网络瘫痪,这有助于指挥卫星。
现在,阿耳emi弥斯将按原计划运行,并且有足够的化学推进剂可使用10年’ operation.

当大量用户在等待时,Artemis到达车站。在正常轨道的最初几周内,使用比利时Redu的在轨测试设施对Artemis的有效载荷进行了详尽的检查。所有有效负载均运行良好,并且已经建立了与SPOT-4的第一条光链路。
现在可以向第一个用户提供服务了该卫星:SPOT4,Envisat,EGNOS和Eutelsat / Telespazio。 NASDA也将进行准备测试’的地球观测任务ADEOS-II。计划将来使用Artemis的其他用户包括ESA’国际空间站的自动转运车和哥伦布基地。

在恢复行动期间,Artemis不仅提供了许多独特的首次应用程序–第一光学轨道间卫星链路;第一次对电信卫星进行重大的重新编程;利用离子推进将轨道第一次转移到对地静止轨道;最长的运行漂移轨道–但是它将为将来的欧洲数据中继服务提供促销机会和刺激。这项令人难以置信的使命充满希望的未来!

有关更多信息,请联系:
Gotthard Oppenh用户
Artemis项目经理
欧空局/ ESTEC
电话:00 31 71 565 3168
传真:00 31 71 565 4093
电子邮件:[email protected]
ESA媒体关系服务
电话:+33(0)1.53.69.7155
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