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    世界首颗太阳帆卫星即将升空

    dquo;的核心装置——太阳帆,由8块高15m、底10m的三角形叶片构成,展开后形成一个风车状的巨帆,总面积为600平方米。三角形叶片用厚度仅为5微米(大约只有超市购物塑料袋厚度的四分之一)的镀铝聚酯(Mylar)薄膜制成。每块叶片都能像直升机的机翼那样调整方向,相对于太阳成不同角度,以获得不同方向的推力,用于提升或降低卫星轨道。卫星进入太空后,太阳帆叶片由充气管支架充气伸展,使其完全张开,并保持形状。太阳帆张开以后,晨昏时分,地面用肉眼即可观察到“宇宙1号”,它像一颗明亮的星星从夜空中缓缓飞过。

      运载火箭

      “宇宙1号”用俄罗斯“波浪号”运载火箭从巴伦支海水下的Delta Ⅲ核潜艇上发射,送入离地面高度为850千米、倾角为78°的近极地轨道。

      “波浪号”运载火箭系用俄罗斯的SS-N-18潜射弹道导弹改装而成,发射质量35.3吨,直径1.8m,长14.1m,为发射“宇宙1号”,还在有效载荷舱增加了一级(第四级)固体火箭。

      “宇宙1号”计划在2005年3月1日到4月7日之间发射。具体发射日期有待执行火箭发射任务的俄罗斯海军安排决定。

      发射过程

      发射日期前3~4星期,宇宙1号卫星运到俄北方城市摩尔曼斯克附近的Severmusk海军基地。卫星在那里进行全面检测,装上火工品,给蓄电池充电,检查卫星与火箭的机电接口一切正常后,装到“波浪号”火箭顶部的有效载荷舱内。

      发射前三天,载有“宇宙1号”的“波浪号”运载火箭运送到Delta Ⅲ核潜艇上:临发射前半天,潜艇载着“波浪号”驶向巴伦支海的预定水下发射点。

      卫星发射过程与一般卫星发射过程相同:首先,火箭第一级点火,整个火箭起飞。第一级燃烧完毕,分离;第二、-相继点火,燃烧,熄火,分离。起飞后约6分钟,-火箭完成任务。

      以后,装在有效载荷舱的第四级固体火箭发动机点火,燃烧70秒钟后,进入高度为850千米、倾角为78.6度的近极地圆轨道。卫星与运载火箭有效载荷舱分离,并以22转/分钟的速度自旋以保持姿态稳定。从起飞到入轨,整个过程不到20分钟。

      地面跟踪测控

      运载火箭从巴伦支海起飞后,途经俄罗斯北部、西伯利亚、堪察加半岛,在堪察加半岛以东的太平洋上空,将卫星送入预定轨道。

      为了监测卫星是否正常入轨,在卫星入轨点附近将增设2个临时性的便携式地面跟踪站:一个设在堪察加半岛南端的彼得罗巴甫洛夫斯克,用以及时接收卫星入轨信号;另一个设在太平洋中部马绍尔群岛的马朱罗环礁上,是卫星入轨后的第一个跟踪站,可监测卫星约10分钟。

      在入轨后的头30~40分钟飞行中,“宇宙1号”靠星上的蓄电池供电。飞行第37分钟时,卫星的太阳电池翼展开,在15分钟内完成对太阳定向、发电,此后代替蓄电池向星上设备供电。

      为执行“宇宙1号”任务,地面有5个常设测控站。它们是莫斯科附近的熊湖站和Tarusa站、捷克境内的Panska Ves站、美国加利福尼亚州的Berkeley站和阿拉斯加州Fairbanks的NOAA站。

      卫星入轨后1小时14分钟,首先由Panska Ves站接收到它的无线电信号,包括卫星的轨道数据和工程参数。此后由5个测控站轮流跟踪监测。

      卫星入轨运行

      卫星入轨的头几天,地面要对卫星各系统进行在轨测试,检测S和UHF频段无线电跟踪遥测信号、姿态控制系统及相机工作状态等卫星“健康”状况。星上的离子分析仪开始采集数据,以便同太阳帆展开后的数据进行对比。

      在轨测试证实卫星“健康”状况正常后,卫星的核心装置——太阳帆展开。展开任务必须在卫星处于莫斯科附近的2个测控站观测范围内进行,以便实时监控展开过程。太阳帆的8块叶片分两次展开。第一次先展开4片,如果正常,再接着展开其余4片。根据情况,也可能等卫星下次经过这两个地面站时,再打开其余4片。直到这时,“宇宙1号”才成为名副其实的太阳帆卫星。

      太阳帆张开初期,将在固定状态下保持一段时间,以便地面控制人员仔细观测太阳帆和卫星的“健康”状况。几天后,开始调整太阳帆叶片的角度,使帆面垂直太阳以获得最大光压力,或者与太阳平行,使光压力为零,或按照预定程序,改变太阳帆的角度,逐步提升轨道高度。

      卫星运行寿命

      “宇宙1号”太阳帆卫星设计运行寿命为3~4星期,也可能延长到1~2个月,但不可能太长,因为太阳帆的Mylar薄膜在太阳光紫外辐射及空间粒子辐射作用下,反射性能会退化,支撑太阳帆叶片成形的充气管支架也因气体泄漏而逐渐失去刚性,太阳帆逐渐收拢,变形,失去产生推力的作用。卫星从此将沦为空间垃圾,可能在高轨道上长期运行,更可能的是轨道逐渐降低,最后落入大气层烧毁。


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