第1091章 衛星姿態機動
第1091章 衛星姿態機動
2003年，十月十五日。
凌晨，零時三十分。
東風航天城。
十月中旬的西北，又是深夜時分，氣溫已經顯出了些許清寒之意。
常浩南身上披著一件大衣，站在略有些冷清的指揮控制中心大廳當中。
此時距離神舟五號的發射已經不足九個小時，不少工作人員都還在一遍遍巡查設備，並沒有出現在這裡。
而1500米之外，湖藍色的發射塔架高聳矗立、直指蒼穹，三組迴轉平台如同有力的臂膀，將近60米高的長征二號F遙五運載火箭緊擁在懷。
當然，出於安全起見，控制中心並沒有直通外面的窗戶。
常浩南只能通過前面的六個大屏幕之一看到發射場地的情況。
不過，船箭組合體，卻並不是他正在觀察的重點。
實際上，他本來準備在兩天前最後一次全程合練結束後就返回京城，到檀州測控站親自指揮青鸞星座進行姿態機動。
畢竟，在航天城這邊，也委實發揮不出什麼直接的作用。
最後還是上級做出決定，表示常浩南同志作為項目的高級指揮和基礎研發人員，在衛星已經上天的情況下，即便在檀州也一樣發揮不出直接作用，還不如按照慣例，跟其餘各子系統負責人一起待在發射中心。
常浩南當然知道，這是組織上有意讓自己能親眼見證這個對於全華夏來說都是標誌性的時刻。
但話說回來，上級的說法其實也沒毛病。
他並不是專業的軌道控制員，在地面上能耐再大，對於已經入軌的太空飛行器也沒什麼辦法。
所以，也就這麼留了下來。
況且，當時代發展到2003年這會的時候，大氣層內的通信網絡已經發展比較完善了。
他即便人在肅州的指揮控制中心，也一樣能看到四顆青鸞衛星的工作情況——
此時，就正顯示在六個大屏幕中的另外一個上面。
同時呈現的，還有來自檀州站的指令情況。
某種程度上，相當於用豪華專線開的「現場直播」。
甚至如果有必要的話，他還可以反過來聯繫對面下達指令。
「中繼星座的姿態機動快要開始了？」
不知什麼時候，沈俊榮已經來到了常浩南身後。
作為載人航天工程測控系統的總負責人，在發射前的最後時間段里，他其實也面臨著和常浩南一樣的情況。
理智上覺得自己必須得干點什麼。
但一線任務和人員分配都是可丁可卯，多他一個老頭子插進去，反而可能幫倒忙。
所以乾脆來常浩南這裡，準備找人說幾句話，排解一下心中的焦慮。
常浩南點了點頭，但視線並沒有離開前面的大屏幕：
「還有半個小時，02星就要進入姿態機動範圍了。」
作為中繼通信衛星，青鸞星座本身也可以轉發控制信號，因此受到測控資源的限制較少。
但小衛星的姿態和位置確定高度依賴磁強計，出於軌道精度的考慮，仍然要儘可能避免在高緯度地區執行動作。
所以，給每顆衛星留出來的時間窗口並不算大。
在距離二人稍遠處的幾個角落裡，幾十名媒體工作人員正擺弄著手中的設備。
雖說現場直播的方案在最後一次合練過程中被正式放棄，但常浩南的建議仍然得到了採納。
在確定發射任務成功之後，C站將會在當天傍晚播出特別節目，以全程錄播的方式回顧發射全程。
並且，還不止於此。
節目播出的時間，會正好趕上飛船進入第8-第9圈。
也就是計劃當中，最適合進行中繼通信測試的階段。
因此，在對發射-入軌這個過程進行回顧之後，節目就將無縫銜接到延遲8-10分鐘的準直播上面，將飛船內的情況直接展現在全世界人民面前。
在這方面，神舟五號有一個好。
就是航天員全程都不會進入軌道艙，而是一直待在敏感程度較低返回艙里。
所以需要掐掉的內容主要局限於天地通話過程中的部分語音，而不是畫面。
也就省去了中途打碼的麻煩。
可以說，接下來唯一的問題，就是常浩南他們的「青鸞」星座能否穩定維持足夠的中繼通信時間……
……
凌晨一時整，青鸞02星率先進入了預先規劃中的機動範圍。
「各單元注意，根據鎬京軌道監視計算，下面確認目標飛行器姿態調整路徑……」
耳機當中，傳來了張維永的聲音。
控制衛星不是開車，肯定不是讓技術人員用方向盤或者操縱杆一類的設備直接操縱，而是在控制程序中輸入指令，再由衛星執行。
而眼下，就是在指令發出之前，進行最後一次確認。
此時，旁邊的沈俊榮也拿起另外一部耳機貼到耳邊。
本來只是隨便聽聽，但沒過多長時間，他的就露出了些許驚異的表情。
「你們的姿態機動，走的是正弦型路徑？」
說著轉頭看向正一臉專注地望著六塊屏幕之一的常浩南。
青鸞系統本次機動不涉及變軌，因此這裡的「路徑」指的並不是軌道層面的變化，而是在姿態調整過程中，角速度與時間之間的關係圖。
「是啊。」
這個突如其來的問題，倒是讓常浩南心頭的壓力驟然減輕了不少。
他摘下耳機，對沈俊榮解釋道：：
「梯形路徑雖然對時間和執行機構的性能的利用率最高，但角加速度存在突變，有可能影響到衛星的工作載荷，比如太陽能帆板，或者貯箱裡的液體燃料，正弦路徑在這方面會更容易控制一些。」
後者作為這方面的專家，當然了解不同路徑規劃之間的區別，因此常浩南的回答並沒有排解他心頭的疑惑：
「可是我看過你們衛星的部分設計參數，並不是那種容易引起發散振動的大撓性結構衛星，燃料貯箱的尺寸和容量更是非常小……而且目前應該還幾乎是滿的，也無需考慮液體晃動問題吧？」
梯形路徑，顧名思義，就是簡單粗暴地在姿態變化過程中給出三個恆定的加速度值，讓太空飛行器的角速度經歷均勻增加-勻速運動-均勻減速三個過程。
屬於是學完高中物理就能看懂的、最簡單的控制原理。
也是最不容易出問題的。
因此，雖然有不少缺點，但在符合條件的情況下，基本都會選擇梯形路徑。
而正弦函數的積分是一個餘弦函數，這意味著角加速度的變化更加複雜，尤其對於執行機構和控制機構性能都有限的小型微星來說更是如此。
青鸞星座的選擇，看似有點沒事找事的意思。
不過這一次，常浩南並沒有馬上回答，只是露出神秘一笑：
「沈總您等一下就知道了……」
沈俊榮聞言一愣，也跟著笑了一下。
接著也不再多言，而是重新把一隻耳機貼在了耳朵邊，等待著常浩南的表演。
而就在兩人討論問題的這段功夫，青鸞02星已經開始了姿態調整機動。
在太空中，自然不可能有個攝像機盯著衛星的情況。
而小衛星項目本身沒什麼宣傳價值，也不會單為了直觀去做一個3D的示意圖。
因此，此時顯示在屏幕上的，只是傳感器回傳的姿態角速度曲線，以及模態坐標曲線。
至於衛星的動作情況……
那就只能靠腦補了。
隨著張維永下達姿態調整指令，角速度曲線的縱坐標逐漸開始從0向上增長，在坐標系上繪製出一個正弦函數曲線。
稍晚些時候，模態坐標也緊跟著開始給出數據。
但是，跟擬合度接近完美的角速度曲線相比，模態坐標的數據如果細看，就摻進去了不少像是噪音的無規則波動。
也就是沈俊榮此前提到的撓性振動。
不過，或許是因為採用了正弦路徑，眼前的振幅完全不會對衛星本身造成任何影響。
甚至他還能看出，在衛星的角速度達到最大值，也就是角加速度歸零之後，振動就已經進入了收斂狀態。
沈俊榮看向旁邊的常浩南，不知道這有什麼特殊的部分。
他甚至都知道接下來會發生什麼——
在姿態調整的後半段，角加速度重新出現（負加速度），振動還會再次被加強。
直到整個調整過程結束，振動會在隨後的8-10分鐘，甚至更長時間裡緩慢歸零。
但常浩南卻並未挪開視線，只是伸手指了一下屏幕，示意沈俊榮繼續看下去。
而當後者重新把注意力放回到屏幕上的曲線時，卻直接呆立當場。
當角速度重新開始減小的時候，模態坐標曲線上呈現出的振動水平，卻並沒有重新增加。
反而還在繼續減弱。
又過了120秒，青鸞02星最終定位到了新的姿態。
而星載附件的振動，更是幾乎在同一時間就徹底消失了……
根本沒有他預想中，後續逐漸減弱的過程。
不要小看這點區別。
撓性振動除了會影響到設備和星體本身的工作狀態以外，還有可能與軌道平動發生耦合，進而影響到衛星軌道。
如果影響較大，那麼在姿態調整完成之後，甚至可能需要接上一次軌道調整，才能讓衛星達到合適的工作狀態。
而像眼前的青鸞02星那樣，振動幾乎和姿態機動同步結束，則幾乎可以完全避免這種情況發生。
只是……
即便以100kg級別小衛星的體量，加上正弦路徑，這個動作特徵也有些過於離譜了。
好在這個時候，常浩南恰到好處地給出了進一步的解釋：
「正弦路徑的優勢，不只是削弱角加速度帶來的振動，更重要的是，沒有了從正極大值到0的瞬間突變，換句話說，就是被誘發產生的振動更加規律……所以，我們在青鸞系列衛星上面，嘗試性地應用了來自航空領域的主動抑振技術。」
「並且現在看來，效果還算不錯……」
(本章完)
2003年，十月十五日。
凌晨，零時三十分。
東風航天城。
十月中旬的西北，又是深夜時分，氣溫已經顯出了些許清寒之意。
常浩南身上披著一件大衣，站在略有些冷清的指揮控制中心大廳當中。
此時距離神舟五號的發射已經不足九個小時，不少工作人員都還在一遍遍巡查設備，並沒有出現在這裡。
而1500米之外，湖藍色的發射塔架高聳矗立、直指蒼穹，三組迴轉平台如同有力的臂膀，將近60米高的長征二號F遙五運載火箭緊擁在懷。
當然，出於安全起見，控制中心並沒有直通外面的窗戶。
常浩南只能通過前面的六個大屏幕之一看到發射場地的情況。
不過，船箭組合體，卻並不是他正在觀察的重點。
實際上，他本來準備在兩天前最後一次全程合練結束後就返回京城，到檀州測控站親自指揮青鸞星座進行姿態機動。
畢竟，在航天城這邊，也委實發揮不出什麼直接的作用。
最後還是上級做出決定，表示常浩南同志作為項目的高級指揮和基礎研發人員，在衛星已經上天的情況下，即便在檀州也一樣發揮不出直接作用，還不如按照慣例，跟其餘各子系統負責人一起待在發射中心。
常浩南當然知道，這是組織上有意讓自己能親眼見證這個對於全華夏來說都是標誌性的時刻。
但話說回來，上級的說法其實也沒毛病。
他並不是專業的軌道控制員，在地面上能耐再大，對於已經入軌的太空飛行器也沒什麼辦法。
所以，也就這麼留了下來。
況且，當時代發展到2003年這會的時候，大氣層內的通信網絡已經發展比較完善了。
他即便人在肅州的指揮控制中心，也一樣能看到四顆青鸞衛星的工作情況——
此時，就正顯示在六個大屏幕中的另外一個上面。
同時呈現的，還有來自檀州站的指令情況。
某種程度上，相當於用豪華專線開的「現場直播」。
甚至如果有必要的話，他還可以反過來聯繫對面下達指令。
「中繼星座的姿態機動快要開始了？」
不知什麼時候，沈俊榮已經來到了常浩南身後。
作為載人航天工程測控系統的總負責人，在發射前的最後時間段里，他其實也面臨著和常浩南一樣的情況。
理智上覺得自己必須得干點什麼。
但一線任務和人員分配都是可丁可卯，多他一個老頭子插進去，反而可能幫倒忙。
所以乾脆來常浩南這裡，準備找人說幾句話，排解一下心中的焦慮。
常浩南點了點頭，但視線並沒有離開前面的大屏幕：
「還有半個小時，02星就要進入姿態機動範圍了。」
作為中繼通信衛星，青鸞星座本身也可以轉發控制信號，因此受到測控資源的限制較少。
但小衛星的姿態和位置確定高度依賴磁強計，出於軌道精度的考慮，仍然要儘可能避免在高緯度地區執行動作。
所以，給每顆衛星留出來的時間窗口並不算大。
在距離二人稍遠處的幾個角落裡，幾十名媒體工作人員正擺弄著手中的設備。
雖說現場直播的方案在最後一次合練過程中被正式放棄，但常浩南的建議仍然得到了採納。
在確定發射任務成功之後，C站將會在當天傍晚播出特別節目，以全程錄播的方式回顧發射全程。
並且，還不止於此。
節目播出的時間，會正好趕上飛船進入第8-第9圈。
也就是計劃當中，最適合進行中繼通信測試的階段。
因此，在對發射-入軌這個過程進行回顧之後，節目就將無縫銜接到延遲8-10分鐘的準直播上面，將飛船內的情況直接展現在全世界人民面前。
在這方面，神舟五號有一個好。
就是航天員全程都不會進入軌道艙，而是一直待在敏感程度較低返回艙里。
所以需要掐掉的內容主要局限於天地通話過程中的部分語音，而不是畫面。
也就省去了中途打碼的麻煩。
可以說，接下來唯一的問題，就是常浩南他們的「青鸞」星座能否穩定維持足夠的中繼通信時間……
……
凌晨一時整，青鸞02星率先進入了預先規劃中的機動範圍。
「各單元注意，根據鎬京軌道監視計算，下面確認目標飛行器姿態調整路徑……」
耳機當中，傳來了張維永的聲音。
控制衛星不是開車，肯定不是讓技術人員用方向盤或者操縱杆一類的設備直接操縱，而是在控制程序中輸入指令，再由衛星執行。
而眼下，就是在指令發出之前，進行最後一次確認。
此時，旁邊的沈俊榮也拿起另外一部耳機貼到耳邊。
本來只是隨便聽聽，但沒過多長時間，他的就露出了些許驚異的表情。
「你們的姿態機動，走的是正弦型路徑？」
說著轉頭看向正一臉專注地望著六塊屏幕之一的常浩南。
青鸞系統本次機動不涉及變軌，因此這裡的「路徑」指的並不是軌道層面的變化，而是在姿態調整過程中，角速度與時間之間的關係圖。
「是啊。」
這個突如其來的問題，倒是讓常浩南心頭的壓力驟然減輕了不少。
他摘下耳機，對沈俊榮解釋道：：
「梯形路徑雖然對時間和執行機構的性能的利用率最高，但角加速度存在突變，有可能影響到衛星的工作載荷，比如太陽能帆板，或者貯箱裡的液體燃料，正弦路徑在這方面會更容易控制一些。」
後者作為這方面的專家，當然了解不同路徑規劃之間的區別，因此常浩南的回答並沒有排解他心頭的疑惑：
「可是我看過你們衛星的部分設計參數，並不是那種容易引起發散振動的大撓性結構衛星，燃料貯箱的尺寸和容量更是非常小……而且目前應該還幾乎是滿的，也無需考慮液體晃動問題吧？」
梯形路徑，顧名思義，就是簡單粗暴地在姿態變化過程中給出三個恆定的加速度值，讓太空飛行器的角速度經歷均勻增加-勻速運動-均勻減速三個過程。
屬於是學完高中物理就能看懂的、最簡單的控制原理。
也是最不容易出問題的。
因此，雖然有不少缺點，但在符合條件的情況下，基本都會選擇梯形路徑。
而正弦函數的積分是一個餘弦函數，這意味著角加速度的變化更加複雜，尤其對於執行機構和控制機構性能都有限的小型微星來說更是如此。
青鸞星座的選擇，看似有點沒事找事的意思。
不過這一次，常浩南並沒有馬上回答，只是露出神秘一笑：
「沈總您等一下就知道了……」
沈俊榮聞言一愣，也跟著笑了一下。
接著也不再多言，而是重新把一隻耳機貼在了耳朵邊，等待著常浩南的表演。
而就在兩人討論問題的這段功夫，青鸞02星已經開始了姿態調整機動。
在太空中，自然不可能有個攝像機盯著衛星的情況。
而小衛星項目本身沒什麼宣傳價值，也不會單為了直觀去做一個3D的示意圖。
因此，此時顯示在屏幕上的，只是傳感器回傳的姿態角速度曲線，以及模態坐標曲線。
至於衛星的動作情況……
那就只能靠腦補了。
隨著張維永下達姿態調整指令，角速度曲線的縱坐標逐漸開始從0向上增長，在坐標系上繪製出一個正弦函數曲線。
稍晚些時候，模態坐標也緊跟著開始給出數據。
但是，跟擬合度接近完美的角速度曲線相比，模態坐標的數據如果細看，就摻進去了不少像是噪音的無規則波動。
也就是沈俊榮此前提到的撓性振動。
不過，或許是因為採用了正弦路徑，眼前的振幅完全不會對衛星本身造成任何影響。
甚至他還能看出，在衛星的角速度達到最大值，也就是角加速度歸零之後，振動就已經進入了收斂狀態。
沈俊榮看向旁邊的常浩南，不知道這有什麼特殊的部分。
他甚至都知道接下來會發生什麼——
在姿態調整的後半段，角加速度重新出現（負加速度），振動還會再次被加強。
直到整個調整過程結束，振動會在隨後的8-10分鐘，甚至更長時間裡緩慢歸零。
但常浩南卻並未挪開視線，只是伸手指了一下屏幕，示意沈俊榮繼續看下去。
而當後者重新把注意力放回到屏幕上的曲線時，卻直接呆立當場。
當角速度重新開始減小的時候，模態坐標曲線上呈現出的振動水平，卻並沒有重新增加。
反而還在繼續減弱。
又過了120秒，青鸞02星最終定位到了新的姿態。
而星載附件的振動，更是幾乎在同一時間就徹底消失了……
根本沒有他預想中，後續逐漸減弱的過程。
不要小看這點區別。
撓性振動除了會影響到設備和星體本身的工作狀態以外，還有可能與軌道平動發生耦合，進而影響到衛星軌道。
如果影響較大，那麼在姿態調整完成之後，甚至可能需要接上一次軌道調整，才能讓衛星達到合適的工作狀態。
而像眼前的青鸞02星那樣，振動幾乎和姿態機動同步結束，則幾乎可以完全避免這種情況發生。
只是……
即便以100kg級別小衛星的體量，加上正弦路徑，這個動作特徵也有些過於離譜了。
好在這個時候，常浩南恰到好處地給出了進一步的解釋：
「正弦路徑的優勢，不只是削弱角加速度帶來的振動，更重要的是，沒有了從正極大值到0的瞬間突變，換句話說，就是被誘發產生的振動更加規律……所以，我們在青鸞系列衛星上面，嘗試性地應用了來自航空領域的主動抑振技術。」
「並且現在看來，效果還算不錯……」
(本章完)