“吉林一号”小卫星结构特点及其原因

飞行器总体设计课堂作业“吉林一号”小卫星结构设计特点及其原因学 号 151220212 姓 名 黄爱恩 南京航空航天大学二○一五年五月i目 录1 任务概述 ........................................................................................................................................11.1 概况 ..............................................................................................................................................11.2 进展—— “吉林一号”卫星已进入研制第三阶段 ................................................................12 “吉林一号”的结构特点 ..........................................................................................................12.1 小卫星—— 小卫星体重不超 1 吨 .............................................................................................12.2 吉林省小卫星工程—— 初步规划小卫星每天绕地球 16 圈 ...................................................22.3 结构特点—— “吉林一号” 身材娇小外形尺寸也就 1 立方米 ...........................................32.4 结构特点—— “一箭四星”开创我国商业卫星应用先河 .....................................................42.5 结构特点—— “千里慧眼”为百姓提供高端服务 ..................................................................53 任务完成情况 ................................................................................................................................53.1 创新发展打造航天信息产业集群 .............................................................................................53.2 “长光卫星技术有限公司成立于 2014 年 12 月，长春 ..........................................................64 任务取得成果 ................................................................................................................................61.1 “靶位定向”商业市场潜力巨大 ..............................................................................................62.2 宏伟规划 15 年内实现 138 颗卫星在轨 ....................................................................................75 参考文献 .........................................................................................................................................821 任务概述1.1 概况“吉林一号”小卫星升空在即，航天产业园建设快马加鞭五月春城莺飞草长、鲜花盛开，春城处处涌动项目建设热潮。在众多大项目、好项目之中，“吉林一号”卫星项目的进展最牵动人心。近日，记者从中科院长春光机所卫星科技公司了解到，由中科院长春光机所长光卫星技术有限公司研制的我国首颗商用遥感小卫星“吉林一号”预计将于今年年底前实现发射升天，“千里慧眼”即成现实，卫星对于全省人民来说，将不再遥不可及。1.2 进展—— “吉林一号”卫星已进入研制第三阶段东北地区的首颗商用卫星“吉林一号”是一种遥感卫星，采用“星载一体化”的整星设计方法和系列化、商业化发展思路，形成全方位、全地域空间遥感信息获取能力，满足民用航天装备发展和国民经济建设对遥感卫星需求。王家骐院士透露，“吉林一号”卫星的正式研制工作已经开展了三年时间。“卫星研制分模样、初样和正样三个阶段，‘吉林一号’已经顺利地通过前面两个阶段的测试，进入了正样试验阶段。”王家骐透露。第一阶段：“模样”3王家骐解释，在“模样”阶段，主要任务是确定卫星的性能，以及所有与其有关的技术问题。这方面的知识很复杂，涉及光学、电子、机械、结构等等，要把所有的技术问题都解决，然后才能进入初样阶段。培育出“吉林一号”的团队，覆盖飞行器设计等多个学科，总人数近 60 人，有院士 1 人， 1人。第二阶段：“初样”“模样”阶段结束后，工程就进入了第二阶段：“初样”。 这一阶段非常重要，要开展一系列包括力学、热学在内的严格模拟环境试验，以此检测设计方案。王院士简单解释说：“其实就是通过各种各样的实验，把发射过程和天上运行的过程在地面上模拟完成了。” 第三阶段：“正样”初样考核通过了，才进入正样阶段。“是不是正样完成后，就意味着卫星已经研制成功了？”记者问。王院士解释：“你理解得不完全，其实卫星发射和进入太空不可预测的东西很多，风险也很大，只要没有进入太空轨道运行，谁也不敢说它就是成功了。”采访时，记者想一睹“吉林一号”的风采，可是不巧，它正在实验室里接受试验。光机所工作人员介绍：“实验室里要求十分严格，除非是科研人员，其他人不允许进入。”2 “吉林一号”的结构特点2.1 小卫星—— 小卫星体重不超 1 吨“小卫星是卫星系的一个分支。 ”金光介绍，从上世纪 70 年代发射第一颗卫星“东方红号”开始，我国航天事业的发展日新月异， “但是最开始发射卫星时，没有提出大卫星或小卫星的概念，只是统一称为卫星。 ”现在，卫星的定义，常用重量来划分， “一般来说，重量 1~3 吨的称为大卫星，重量低于 1 吨的称为小卫星。 ”小卫星具有功能密度大、技术含量高、研制和发射成本低、体积小、重量轻、研制期短、发射手段灵活和易于组网等特点。大卫星的制造周期长，从开始研制到发射上天，要经过 5 年以上的时间，而小卫星很短，只需要 1 至 2 年的时间。 “研发一颗大卫星的经费，相当于 10 颗小卫星。 ”金光说，不仅如此，小卫星的应用功能也十分广泛。 “卫星是通过火箭的方式发送到地球的近地轨道或高轨的轨道上，在轨道运行过程中，卫星承担了很多的功能。 ”小卫星可以作为气象卫星、通信卫星。小卫星的另一个应用，是在测绘领域。此外，小卫星还可以对农业估产、地质灾害预报、矿产普查等地球资源进行普查，还可应用于空间技术试验、行星探测技术试验和快速反应的军事侦察等领域。4“别看这些小卫星不大，比如几百公斤的一颗小卫星，从外形尺寸来讲，也就 1 立方米，但是它其中的任何一个部件，都能达到几百万，组成一个卫星系统，市场售价能达到几个亿。 ”一颗卫星当中，涵盖许许多多的技术产业，金光介绍，比如材料科学、精密机械、微电子、计算机、通讯等等。 “更重要的是在应用上所带来的经济效益。 ”金光说，另外，卫星所拍摄的影像，称为卫片，卫片在国际市场上的售价达到每平方公里 60 美元， “一颗小卫星每天在天上飞，每天能拍摄、存储、传输几万平方公里的影像，这就相当于一个天上的‘印钞机’ 。 ”2.2 吉林省小卫星工程 ——初步规划小卫星每天绕地球 16 圈“发展卫星产业，势必对我省、乃至我国的工业发展，特别是高新技术产业的发展，起到较大的促进作用。 ”金光认为，我省小卫星的升空，将牵引、带动我省的工业经济，推动多个相关领域的发展，使我省迈入科技大省的行列。但是，在 2005 年以前，我省的卫星技术领域一片空白。 “经过几年的发展，现在我们已经具备了研制卫星的能力。 ”我省在航天科技研发上，拥有得天独厚的优势，成功研发了卫星上的照相机，从神舟五号载人飞船开始，到去年成功发射的神舟九号，用于拍摄、瞄准的摄像机，都是由长春光机所研制的， “我们研制卫星照相机的水平已经在国内领先，达到世界水平。而这些载荷与卫星相比，研制难度更大。 ”金光说。2008 年，吉林省小卫星工程中心在光机所成立，去年，国家发改委批准其成立为吉林省小卫星技术国家地方联合工程中心，金光担任该中心副主任，王家骐院士负责指导工作。 “星载一体化商业卫星”项目，就此成功诞生。 “星载一体化，就是以卫星照相机为核心，以光学载荷为主。 ”金光介绍，此项目以星载一体化先进光学遥感卫星成套技术为特色，以高性能一体化光学卫星生产、5高精度星上姿态敏感器技术为重点，对以小卫星研制及应用为主线的全过程进行技术研发和集成，力争在光学卫星生产涉及到的各方面实现突破，建成集技术研发、设计、制造、应用为一体的星载一体化先进光学遥感卫星新型工程化、产业化基地。 “初步规划小卫星的高度，在距离地面五六百公里的高空圆轨道，每天绕地球 16 圈，一个周期约 90 分钟。 ”2.3 结构特点——“吉林一号” 身材娇小外形尺寸也就 1 立方米王家骐院士介绍，“吉林一号”是一颗遥感小卫星，从外形尺寸来讲，也就 1立方米。据介绍，卫星本没有大或小之分。随着科技的不断创新，卫星也有了相应的定义，通常称质量在 500 千克以下、造价几十万至上千万美元的卫星为小卫星。与大卫星相比，小卫星具有快速、低廉、可靠的特点。小卫星可以快速实现从设计、制造、发射、在轨，价格低廉，风险小，一般寿命大于十年。相对而言，大卫星的制造周期长，从开始研制到发射上天，要经过 5 年以上的时间。研发一颗大卫星的经费，相当于 10 颗小卫星。火眼金睛拥有最先进的“眼睛”小卫星不只是简单的质量小，而是高度集成化技术、自动化技术的应用。例如，卫星搭载的照相机常被称为卫星的“眼睛”。而这方面的研发，吉林省已经达到世界水平。金光介绍说：“我们省在航天科技研发上拥有得天独厚的优势。从神舟五号载人飞船开始，到神舟九号，用于拍摄、瞄准的摄像机，都是由长春光机所研制的。我们研制卫星照相机的水平已经在国内领先，达到世界水平。而这些载荷与卫星相比，研制难度更大。”多才多艺可保护资源、探测灾情别看小卫星的个头不大，用途可是十分广泛，它可以用于土地森林和水资源调查、农作物估产、矿产和石油勘探、地质与测绘、自然灾害监视、重大工程建设的前期工作以及对环境的动态监测等，也可为开展城市规划、工程评估、精准农业、林业、测绘、资源普查、自然灾害应急监测提供技术手段。王院士说：“它可以运用到国土整治、农业、防灾减灾等很多方面，比如国土资源保护，哪里的土地资源被非法利用，它都能够及时发现，出现水灾火灾，哪个区域受灾、情况怎么样，通过卫星都可以知道。”收入丰厚相当