▲陆地探测一号01组双星组网的效果图

今天，陆地探测一号01组B星搭乘长征四号丙运载火箭成功进入预定轨道，即将与一个月前发射升空的A星编队运行，在地质灾害、土地调查、地震评估、防灾减灾、基础测绘、林业调查等领域提供有力的空间技术支撑，实现一星多用、最大可能提高卫星综合应用效能。

双星携手1+1>2

陆地探测一号01组卫星作为编队卫星，最大难度在于双星绕飞模式的控制。“就像冬奥会中的双人花样滑冰项目一样，两个运动员在冰面上同步高速滑行的过程中，手牵手跳跃、旋转，完成高难度舞蹈动作。”中国航天科技集团八院控制所卫星副总设计师王文妍解释，“绕飞中的A、B双星也有一双无形的手牵在一起，我们称之为‘基线’。”

要精确地看出一段时间内高山、植被的高度变化情况，需要两颗卫星每经历一个回归周期后，必须回到同一目标点、并且保持同样的相对位置关系进行观测。这根无形的“基线”也是一把标尺，规定了双星在每次到达预定观测地点的相对位置关系。“绕飞时，两颗卫星距离相近，同时观测，就像人的两只眼睛，一只眼睛只能看到平面，两只眼睛就可以看出高度和深度，可用于险峻高地、森林植被的测绘等。”

据王文妍介绍，A、B双星还会根据所测绘地区纬度的不同进行编队构形的变化，实现“主角”“配角”的切换。“比如说，低纬度测绘的时候，是B星以一定的距离和角度相对A星运转；到中纬度的时候，会变成A星以另一种状态相对B星运转，这样可以最大限度发挥两颗卫星的工作能力，达到使用最优观测基线实现全国陆地观测的效果。”

“大块头”如何跳好“太空圆舞曲”

为了让双星跳好这支“太空圆舞曲”，八院姿轨控分系统团队提出并应用了长基线编队与严格回归轨道协同控制技术，让双星既能安全“起舞”，又能精准“亮相”。

卫星姿轨控主任设计师杜耀珂介绍，“长基线”是陆探一号区别于以往双星编队的一大特点。和其他SAR卫星相比，陆地探测一号01组卫星所搭载的雷达为L波段，波长更长，测绘时要求绕飞的两颗星距离在2-6公里之间，加上卫星自身的“个头”也比较大，导致整个双星构形大了几倍，但是控制精度要求却更加严格。因此，姿轨控团队应用高精度加速度计组合并接入闭环控制，“类似于汽车自动驾驶时的雷达系统，实时反馈卫星的速度增量信息，让卫星自主计算下一步该‘加速’、‘减速’还是‘转弯’。”

为了实现对观测目标点高精度的时空重访，卫星需运行在经过精密计算设计的一条严格回归轨道上，两颗卫星在绕飞模式下，既要维持住“绝对车道”，又要保证相对的安全距离，这就是严格回归轨道协同控制技术。姿轨控分系统制定了主星进行管道保持，辅星相对主星形成绕飞编队的策略，两星通过射频星间链路建立星间通讯，实时确认对方状态，同步执行控制指令，并通过全要素自主诊断、故障分级诊断以及自主安全逃逸等措施，提供多重安全保障。

同时，为了让两个“大块头”既能够“大步快跑”又做到“小步微调”，快速准确地执行控制系统指令，研制团队为双星各配置了36个推力器，堪称史上最多，而且采取了“5N+1N”的组合策略，“5N推力器力量大，1N推力器更精准，可兼顾控制效率和控制精度。”杜耀珂说道。

“地面功夫做得足，才能让卫星在太空展现最完美的舞姿”

由于陆地探测一号01组卫星的双星“体重”都超过了3吨，无法用“一箭双星”的方式同时将两颗卫星发射升空，所以B星发射后，姿轨控分系统的首要任务是让B星努力“接近”A星，使两星从入轨初期相距上万公里，逐渐形成相距几公里级的编队飞行状态。

为了减少B星发射后轨道调整的工作量和燃料消耗，姿轨控分系统研制团队从提高两次发射的重复入轨精度入手，对发射窗口进行了细致计算，在发射中心“零窗口”发射技术支持之下，将火箭点火时间精准“拿捏”，使B星最大限度地“重走”A星的入轨之路。

另外，卫星在轨飞行控制策略的正确性和长期稳定运行能力的验证，需要充分的地面仿真试验的支撑。测试工程师崔佳介绍，陆地探测一号01组卫星姿轨控任务执行周期长，地面半物理仿真试验采用了实时仿真运行方式，如何在有效的研制周期内，确保关键控制过程的测试全覆盖与正确性，是最大的难点之一。“只有地面功夫做得足，才能让卫星在太空展现最完美的舞姿。”

研制团队创新性地提出了基于高精度数字卫星的双星半物理编队仿真系统、长周期快速编队仿真测试方法以及高精度外部时钟校时技术，解决了多个实时仿真操作系统时间基准复杂、难统一的难题，将系统内各仿真时钟精度控制在毫秒级，确保了时差的一致性和稳定性。实现了基于离线数据的轨道控制策略快速生成，并能对长周期轨道控制过程仿真阶段进行划分，在保证测试覆盖性的同时，将原本需要几十天的测试周期缩短了一半。

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