北斗衛星為何能“自律”？ 秘密就在控制系統

　　據科技日報11月8日報道，我國北斗三號首批兩顆衛星于11月5日飛上了天。明年這個(gè)時(shí)候，它們將迎來(lái)十幾位同伴，到2020年，北斗衛星的隊伍將達到30多顆。

　　這支龐大的隊伍一起工作，會(huì )不會(huì )有哪顆衛星“濫竽充數”或“擅離職守”?科技日報記者從中國航天科技集團五院了解到，“北斗”是一群“自律”的衛星，知道自己應該待在什么地方、做什么事情。這種自律，來(lái)自五院為它們研制的控制系統。

　　控制系統是衛星在天上保持正確軌道、正確姿態(tài)的總指揮。它能實(shí)時(shí)搜集衛星的軌道和姿態(tài)信息，一旦發(fā)現異常，就指揮衛星回到正常狀態(tài)。

　　北斗三號的控制系統，能通過(guò)綜合電子分系統與衛星敏感器執行機構交換信息并控制執行機構動(dòng)作，完成衛星從星箭分離、在軌運行直至壽命末期各階段的姿態(tài)控制和軌道控制。同時(shí)該系統還賦予了衛星一定的完全自主運行能力，即使地面測控站出現故障，它們也能在軌正常工作至少60天。這大大減少了衛星對地面站的依賴(lài)，實(shí)現了“可視”范圍外的衛星控制，也降低了系統的運行管理成本。

　　此前衛星的遙測、遙控、姿軌控、電源、熱控、載荷和星務(wù)等管理，通常分散在不同的處理單元分別完成。北斗三號控制系統采用“綜合電子”體系架構，以中心管理單元為核心，構建了集散型分布式系統。其中，中心管理單元由五院自主研制，其管理職能幾乎涵蓋了衛星各個(gè)方面。如此架構帶來(lái)了更復雜的管理，但也能減輕衛星重量、延長(cháng)其壽命。

　　無(wú)論是姿態(tài)與軌道信息的計算，還是衛星的智能自主運行，都對控制系統的計算性能提出了極高要求。北斗三號控制系統采用了基于星敏感器+紅外地球敏感器的自主導航算法，定時(shí)更新星上軌道數據，讓衛星具備了自主獲取軌道數據的能力。

　　普通衛星在進(jìn)行位置保持時(shí)，可以進(jìn)行噴氣卸載，導航衛星工作時(shí)卻不允許推進(jìn)器噴氣。為了保證北斗三號衛星在60天自主運行期間不會(huì )噴氣卸載，五院研制團隊完善和改進(jìn)了控制系統的角動(dòng)量管理和磁力矩器卸載功能，達到了任務(wù)要求。

　　此外，該控制系統還具備單機級和系統級故障安全設計，在星上資源有限的情況下，提高了北斗三號衛星的自主故障實(shí)時(shí)診斷和處理能力。