2016年10月23日天宫二号将释放伴随卫星

中科院微小卫星创新研究院承担天宫二号伴随卫星的研制工作，天宫二号伴随卫星将开展多项空间服务应用：

　　1）与天宫分离后，对天宫进行红外成像及可见光成像；

　　2）分离后对天宫飞行环境进行红外感知探测；

　　3）飞跃天宫组合体，并对其进行成像。

 

浙大“智”造用于天宫二号伴随卫星

日期： 2016年09月16日 10:16 来源：浙大新闻办 作者： 涵冰

    9月15日22时04分，搭载天宫二号空间实验室的长征二号FT2运载火箭，在我国酒泉卫星发射中心点火发射，约575秒后，天宫二号与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。

    天宫二号携带并将在轨释放一颗由中科院上海小卫星工程部抓总研制的伴随卫星，负责空间监测并与天宫二号开展联合实验。它是一颗微纳卫星，是天宫二号试验任务的一部分。

    浙江大学微小卫星研究中心团队，自主研发了一台该伴随卫星上的关键设备——测控数传一体机，负责地面和太空通讯联络。中心主任金仲和介绍，这台设备长110毫米，重量不足100克。传统的卫星测控通信设备重量在数公斤到数十公斤，中心采用软件无线电技术和现代微电子技术，在国际上率先将这类设备的重量降低到百克量级，同时可通过加载不同软件实现测控、数传等多种功能，可极大减小卫星的重量和造价。该设备已成功应用于十余颗已发射的卫星中，在轨工作表现出色，圆满完成各项任务。

    金仲和介绍，目前团队正在设计视频成像微小卫星，可以实现更加复杂的空间操作任务。

 

天宫二号空间实验室内部一共有50多台科学设备，它们要跟随天宫二号一同进入太空，开展空间科学实验。而在天宫的外面，还有一个特殊的乘客，它是一名摄影师。在天宫二号与神舟十一号完成交会对接时，这位摄影师要记录下这经典的瞬间。

跟随天宫二号一同进入太空的这位摄影师，学名叫做伴飞小卫星，大概有一个滚筒洗衣机那么大。别看它个头不大，但是它的工作却很重要，这次它要完成三大任务。

北京航天飞行控制中心轨道室研究员 李革非：第一项就是伴星要对组合体进行飞越观测；第二项任务是相对组合体或者是天宫，伴飞小卫星在一定的位置，进行驻留的试验。第三项任务，因为伴星在释放过程中会有飞行安全的问题，进行安全规避也是它的一项非常重要的任务。

对于一个摄影师来说，这三个任务听起来并不难。但是在太空中，天宫二号和神舟十一号飞船组合体是处在高速飞行过程中，要想给它们拍一张清楚的照片并不那么容易，所以就要依靠高精度的轨道控制。

北京航天飞行控制中心轨道室研究员 李革非：我们要满足它飞越观测的光照条件，这个地方需要进行精密的计算。

李革非说，仅这一项任务，就需要6次轨道控制才能完成。想要进行三项任务，轨道控制次数就要成倍的增加。此外，在这颗小卫星在脱离天宫二号以后，还要精确计算卫星、天宫二号空间实验室和神舟十一号飞船之间的距离，避免一个不小心发生碰撞。

北京航天飞行控制中心副主任 李剑：我们地面要同时对这三个目标进行相关联的轨道控制和设计，要确保它们在空间的安全，这个也为我们的轨控策略带来了新的挑战。

 

　　伴飞小卫星：为“天宫”与“神十一”拍合影

　　天宫二号真是赶时髦，上天还带了一个“自拍神器”———一颗带着两台相机的伴飞小卫星。不过，这颗小卫星可并不只为炫酷而来，它既是天宫二号的守护者，又是很多空间新技术的验证平台。

　　在发射时，伴星由一个微型的释放机构牢牢连接在天宫二号上。进入轨道后，它才会被准确释放到太空中，围绕天宫二号或远或近不同角度地伴随飞行。它带有一台2500万像素的高分辨率相机。当下个月神舟十一号载人飞船与天宫二号交会对接后，伴星就将在旁边拍摄下这令人激动的一幕。科研人员已将它戏称为“天宫神舟大婚的摄影师”。

　　比起为“大婚”摄影，伴星另一个重要任务是对天宫二号表面状态进行检查。随着人类发射的航天器越来越多，太空中的空间碎片也越来越多，随着我国空间站等身躯庞大的航天器在轨时间越来越长，万一和微小的空间碎片有个碰碰擦擦，可能会形成漏热的裂缝，带来巨大的危险。而伴星的红外相机，好比一个非接触式的医疗热像仪，天宫二号如果哪里“体温”出现异常，它可以及时发现并报警。

　　与神舟七号伴飞小卫星相比，天宫二号伴星看上去“瘦”了一圈，体积减小了1/4，但重量却增加了9公斤。伴星总师、上海微小卫星工程中心陈宏宇研究员说，这是因为伴星采取了更多高集成化设计，既节省了空间，又降低了成本。比如，在伴星所携带的单机中，有一个微型测控应答机，在原先的传统卫星上有的重达5千克，现在被压缩到了一块仅100多克重的电路板上。

　　虽然卫星的功能密度更高，但参加载人航天任务，安全性可靠性方面研制团队不敢丝毫懈怠。伴星按照工程要求，严格采用了很多宇航级的高可靠元器件，并开展了大量安全可靠试验。比如释放卫星的弹簧都是百里挑一选出来的，确保伴星安全准确的释放。

　　在有限的资源下，为了降低试验成本，研发团队对单机研制要求进行了优化，不少外协单机随整星一起做环境模拟试验，节省了近1/3的成本。为减轻整星重量，研发团队要求所有电子学供货单位把传统的单机外壳全部去掉，只留下电路板，并根据微纳卫星的尺寸特点和接口形式统一制定了标准，重新设计标准电路板模块。陈宏宇还透露了一个花絮，伴星的结构设计师是两位女性，她们用特有的细腻，为伴星设计了镂空刻槽的减重结构板，星体最薄处仅有0.5毫米，其精美程度让装配师傅也惊讶不已。

　　多出的空间，使伴星可以搭载更多载荷，成为新技术的空间验证平台。陈宏宇说，空间技术的使用一直以可靠稳妥为原则，很多新技术因为缺乏空间使用经验，难以被广泛应用。有了小卫星这样的试用平台，它们一旦上天成功，就可能立刻得到推广应用。

 

与天宫二号和神舟十一号的大块头相比，这颗伴随卫星就是个小不点，只有三四十厘米见方，类似常见的打印机的大小。虽然只是颗微纳卫星，但它本领强大。

专业摄影，火眼金睛

2008年神舟七号释放了中国第一颗伴随卫星，第一次验证了伴随飞行的基本原理。然而那时的伴随卫星上只有一台130万像素的相机。 

这一次，技术有了大幅升级。天宫二号伴随卫星总师陈宏宇说，伴随卫星约搭载了2500万像素的高分辨率全画幅可见光相机、鱼眼相机等多个载荷。它能在空间绕飞试验过程中，以地球为背景，从不同角度拍摄天宫二号与神舟十一号交汇成组合体的盛况。拍摄“太空婚礼”的专业相机都有手动功能，可以由地面统一操作控制。

同时，伴随卫星搭载的鱼眼相机，具备大角度，宽视场的空间观测能力，能监测空间碎片等对空间站造成潜在危险的空间目标。一双火眼金睛，发现各种危险。 

“如果你拍得不够好,那是因为你靠得不够近”。作为一位优秀的摄影师，天宫二号的伴随卫星能灵活走位、可近可远，有很强的变轨能力。

想象一下，以天宫二号为圆心，分别以最远500公里，最近1公里为半径画出两个同心圆球，两个圆球之间，都是伴随卫星的活动范围。它可以通过轨道控制，在这个范围内自由移动。

伴随卫星的自由变轨靠的是高效液化气推进，安全性高。星上装有国产三节砷化镓太阳能电池、锂离子蓄电池，用电给液化气加热变成高压气体后喷出就产生了推力，原理类似于把气球快速撒气儿气球就能窜起来。

在神舟飞船返回、天宫任务结束后，这颗伴随卫星将进行独立实验，比如对地观测和一些电子器件的搭载验证。

全方位守护，大有可为

伴随卫星，可以作为主航天器的安全辅助工具，对主航天器进行工作状态监测、安全防卫，可以为航天员出舱活动及空间飞行器交汇对接等提供直接的技术支持。

同时可以为主航天器的技术试验提供支持，并进行多项新技术试验，拓展空间技术应用，为未来新型航天器编队飞行技术奠定基础。

伴随飞行技术发展还有很多地方可以探索，比如实现和主航天器更近的距离，让小卫星修复航天器。将来可以尝试释放伴随卫星并回收，通过由航天员更换载荷、充电、加注燃料，实现重复使用。也许以后的航天器上就会一次装七八个这样的小卫星，由航天员组装、打包释放。

科学家们介绍，未来的伴随卫星是航天员可以操纵的机器人，搭载VR相机，可以实现更加复杂的空间操作任务。利用伴星和主星，或者释放多颗伴星组网，可以实现多星协同工作，完成一颗卫星单独无法实施的应用任务，提高主星应用效率，扩大应用领域，促进空间新技术的发展和应用。

中科院空间应用工程与技术中心，代表中科院牵头天宫二号科学与应用载荷总体。

中科院微小卫星创新研究院，承担天宫二号伴随卫星的研制工作。

漫画由天宫二号伴随卫星研制团队姿控设计师高海云提供。

 

 

自拍神器+守护使者，这颗伴星不简单！

文章来源：微小卫星创研院供稿  |  发布时间：2016-09-11

　　“天宫二号”伴随卫星是一颗微纳卫星，它是“天宫二号”试验任务的一部分。

　　该伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计，使得卫星结构小、重量轻，却实现了高功能密度的设计结果。此外，它搭载多个实验载荷，并具备较强的变轨能力，具备了开展空间任务的灵活性与机动性。

　　“天宫二号”伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的伴飞、飞越观测以及多平台空间协同等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并进行多项新技术的试验，拓展空间技术应用。

卫星主要做什么？

　　“天宫二号”伴随卫星忠实地伴随“师傅”天宫二号，跟着师傅一路远行，助力师傅完成使命，为师傅预知危险，写下一路艰辛，必将取得真经。

　　伴随卫星作为伴随主航天器飞行的航天器，具有处于相对主航天器距离近、实时跟随的位置优势，可以作为主航天器的安全辅助工具，对主航天器进行工作状态监测、安全防卫，可以为航天员出舱活动及空间飞行器交会对接等提供直接的技术支持。

腾云驾雾、如影随行

　　伴随卫星在轨期间将开展伴飞试验，从“天宫二号”在轨释放，首先实现安全远离，其后通过轨道控制，实现逼近并形成伴随飞行。

　　任务完成后，再安全远离，在空间轻松上演自由贴近、远离的华丽动作大戏。同时配合空间站开展多平台间的协同试验，拓展空间应用。

火眼金睛，预知危险

　　伴随卫星具备全天时的空间观测能力，可监测空间碎片等对空间站造成潜在危险的空间目标。一双火眼金睛，发现各种危险。

大礼摄影，记录点滴

　　同时，伴随卫星还搭载了高分辨率全画幅可见光相机，将在空间绕飞试验过程中对“天宫二号”与神舟11号组合体进行高分辨率成像，可谓是天宫和神舟飞船这对国民CP的自拍神器。

　　此外，利用其实时跟随的位置优势，提供空间试验的在轨任务高清图像记录，伴随卫星可为主航天器的工作状态、空间活动等提供直接的影像技术支持。并将为这对宇宙CP拍下美美的照片，获得1000000000+个好评！！

未来伴星用在哪儿？

太空VR

　　未来的伴随卫星是航天员可以操纵的机器人，搭载VR相机，可以实现更加复杂的空间操作任务。

形成个性化太空网络

　　伴随卫星结构小、总量轻，任务配置比较灵活，在运行的主航天器上发射容易实现，节约发射成本，成为一种新的航天器发射模式，可适应特殊任务需要。

　　未来卫星甚至可以个人化，将社交网络搬到太空。伴随卫星灵活机动，可以发挥个人太空创想，实现各种太空创意创新。

空间站的小伙伴

　　俗话说，一个好汉三个帮。

　　利用伴星和主星，或者释放多颗伴星组网，可以实现多星协同工作，完成一颗卫星单独无法实施的应用任务，提高主星应用效率，扩大应用领域，促进空间新技术的发展和应用。

这么亲民的卫星谁做的？

　　当然是中科院微小卫星创新研究院，他们承担“天宫二号”伴随卫星的研制工作。

 

2016.04.24  同“天宫二号”一起升空的伴飞小卫星，还将对天宫神舟组合体进行近距离成像观测。

 

       国内首次工程上应用的液化气推进系统是上海空间推进研究所于2008年为SZ-7飞船伴星研制的液氨推进系统。 

       伴星推进系统气液原理图如图 3所示。推力器额定推力为500mN，推进剂贮箱中无管理装置，贮箱出口无减压阀，因此发动机输出推力与贮箱内液氨饱和蒸汽压相关，推力范围为400mN～700mN。贮箱出口的推进剂主要以液态模式供应给推力器，液氨在推力器喉部发生闪蒸，约三分之一液氨以气态形式喷出，其余三分之二以固态颗粒形式喷出，比冲为340Ns/kg。

图 3 飞船伴星推进系统气液原理图

       TG-2伴星拟于2016年发射，其推进系统也是由上海空间推进研究所研制，目前系统处于正样研制阶段。系统在飞船伴星推进系统的基础上进行了改进，主要改进内容为：

1）贮箱内增加管理装置，能够实现气液分离，贮箱出口大部分是气态氨。

2）系统中增加减压阀与蒸发器，系统为恒压推进，比冲提高近3倍，为1000Ns/kg。TG-2伴星液氨推进系统气液原理如图 4所示，推力器推力为85mN，系统中的减压阀可将高压氨气减压为0.15MPa。系统的全系统试车验证了减压阀入口全液工况下，系统仍可正常工作。

图 3 天宫二号伴星液氨推进系统气液原理图