长四乙发射夹带“私货”金牛座卫星暗藏离轨帆

9月12日中午,随着巨大的火箭发动机轰鸣声,长征四号乙遥39火箭携带着资源1号02D星、京师1号卫星和金牛座纳米卫星发射升空,并成功将三颗卫星送入了太阳同步轨道。这是长征四号系列火箭继5月23日发射失利以来,4个多月后的首次恢复发射。我们知道资源1号卫星是遥感成像卫星,京师1号卫星是未来微景星座系统的首发星,主要用于极地气候和环境监测。反而这颗最不受人关注的“金牛座”纳米卫星,却藏着一个大秘密


金牛座纳米卫星发射成功 携带离轨帆


之所以说金牛座纳星是夹带的“私货”,主要是因为该卫星并不是一颗商业载荷,而是火箭研制单位上海航天研究院下属的805所自主研发的一颗验证卫星,利用自家长征四号乙火箭发射资源1号卫星的机会进行搭便车发射。尽管与京师1号一样都是纳米卫星,但金牛座纳星最大的特点就是它内部暗藏了一个直径2.5米的薄膜帆,发射前帆板被收纳进卫星的帆板发射筒内,可以收缩到只有一个高尔夫球大小,张开时将成为一个6.25平米的巨大帆面


上海航天研制的金牛座离轨帆验证卫星


离轨帆(简称DOS)的用途和意义

在学术上,安装在金牛座纳星中的薄膜帆被称作离轨帆,原理是使用张开的帆面来增大近地轨道稀薄大气产生的启动阻尼,有效降低卫星速度,实现快速被动的脱离轨道并进入大气层,减少太空垃圾的数量。上海航天局将利用这颗试验卫星,对离轨帆进行收拢技术、在轨展开技术和被动离轨效果的验证。


金牛座纳星整装待发


一旦离轨帆技术验证成功,未来我国700公里以内近地轨道飞行的卫星都可以加装离轨帆装置,在卫星寿命到达终点后将通过展开帆板的方式加速返回大气层,不再产生任何的太空垃圾,对国际上倡导的太空碎片减缓计划起到显著的示范意义,也是我们作为负责任航天大国为保护地球轨道安全的巨大贡献。


欧洲曾进行离轨帆的不成功试验

金牛座纳星其实并不是世界上首颗离轨帆测试卫星。早在2015年7月,英国萨里航天就联合欧洲多个国家,使用印度的PSLV火箭成功发射了世界上首颗离轨帆验证卫星(DOS)。这颗卫星只有3U大小,但配有张开后可达25平方米的离轨帆板。遗憾的是在展开帆板操作时却失败了,原因很可能是连接电源和帆板的电线断掉了,这次试验最终以失败告终,如果金牛座纳星试验成功,也算是完成了欧洲人未尽的“遗愿”。


欧洲的离轨帆卫星


另外在金牛座卫星发射前,我国的天仪公司,今年4月就在太空张开了一颗6U立方星上携带的离轨帆,目前这颗卫星正在离轨过程中。考虑到天仪卫星离轨帆的面积不足1平米,我们还是主要关注金牛座卫星的试验情况。


应对空间碎片减缓要求 各国方案五花八门

一般说来,距离地球2000公里以下轨道上的飞行器,都面临太空碎片减少的压力,欧盟的倡议是2000公里内的卫星25年内必须进入大气层,而美国的要求是600公里以内的卫星必须具备主动离轨的能力。近年来我国也在太空碎片减少的工作上下了大力气,比如末级火箭采用的点火钝化以及高轨卫星完成任务后主动进入坟墓轨道等。


中国天仪卫星上的离轨帆


​离轨帆系统将是我国应对太空碎片减少要求的又一全新举措,尽管上海航天的负责团队并未详细介绍离轨帆测试的具体细节,但基于对之前欧洲离轨帆卫星(DOS)的了解,金牛座纳星除了要验证上文所说的三大技术外,还将首次验证帆板张开后使用“三轴控制系统”对卫星的速度矢量进行调整,并验证离轨帆是否有能力在180天内让卫星从600公里高度的轨道上返回大气层