我国低轨卫星一般设计寿命是3~5年，而由上海航天抓总研制的高分五号卫星设计寿命达到8年，是国内设计寿命最长的低轨光学遥感卫星。为了实现“长寿”这一目标，航天科技集团八院控制所高分五号姿轨控分系统研制团队经受了巨大挑战。

对于姿轨控分系统而言，卫星的设计寿命是由敏感器与执行器的工作寿命保证的。如何在常规硬件产品寿命约束的基础上，通过系统方案设计，实现高分五号8年设计寿命的要求？研制团队在初样初期即开展了一系列寿命设计与分析工作。

现有的半液浮双陀螺组合设计寿命为3年，两台产品接力使用可保证六年寿命，但距八年寿命要求还有一定差距。况且卫星一般还要通过冗余设计达到更高的可靠性指标。对于零动量方案，降低对陀螺组合的依赖性，势在必行。“通过陀螺组合进行姿态测量，我们可以得到卫星的角速度数据，但实际上也可以通过别的途径计算得到这一数据。”主任设计师牛睿说道。基于这个思路，研制团队优化了系统的运行模式，设计了无陀螺动力学姿态递推方案。“其实就是一种算法，通过一些已知的数据计算得到卫星的姿态数据。”牛睿解释道。

当卫星初入轨时，三套陀螺组合均开启，另一套作为备份，有效保证了卫星入轨时的姿态精度。而当卫星稳态运行期间，则可关闭陀螺，通过无陀螺动力学姿态递推进行姿态确定。无陀螺动力学姿态递推方案的应用有效降低了陀螺在轨开机时间，减小了卫星姿态控制对陀螺的依赖，从而解决了陀螺寿命制约卫星寿命的问题。

“仅需通过对系统方案进行优化设计，便可在使用现有单机产品的情况下，确保卫星达到8年设计寿命要求。也算是‘旧瓶装新酒’了，效果非常好。”牛睿说。

高分五号卫星作为高分辨率对地遥感低轨卫星，其光学载荷要求卫星具备很高的姿态精度和轨道精度。通过两项新技术的应用，姿轨控分系统研制团队实现了低轨卫星控制精度的再次提升。

通过理论分析与模拟，团队完成了干扰力矩的精密拟合。“实际的干扰力矩无法测量得到，但我们可以用模型来拟合，如果用常值拟合那误差就会比较大，但如果用高阶正弦信号来拟合，就会得到较为精确的干扰力矩。”设计师刘川解释道，“将拟合得到的干扰力矩作为前馈补偿进控制系统，就好比作用了一个大小相同，却方向相反的力矩，正好将干扰力矩对卫星的影响抵消了。”运用这一技术，研制团队成功将卫星姿态控制精度指标提高了1个数量级。

高分五号采用的高光谱遥感技术需要将卫星每一圈拍下的地表照片严丝合缝的拼接起来，这就要求卫星每圈经过同一位置时的轨道高度基本保持不变。为实现这一目标，研制团队提出了轨道走廊保持技术。“简单地说，就是给卫星的轨道高度设定一个阈值，当卫星理论轨道高度的偏差超出这个阈值时，就会自动启动推进器，喷出少量气体以进行轨道高度小量调整。这样，卫星轨道就能保持在一定的精度范围内了，就好像汽车在划了线的公路上行驶一样。”刘川介绍到。高分五号，轨道保持精度要求为100m，应用轨道走廊保持技术后，该指标可达到10m。

寿命和精度的双重提升，有效保证了高分五号的高光谱分辨率对地观测能力，也将于后续持续保障我国在环境综合监测、国土资源勘查及气候变化等方面的研究。

（看看新闻Knews记者：汤铭 实习编辑：朱佳明）