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北航空事卫星一号填补我国星基航空监视技术空白

2021-8-19 18:47| 发布者: 站长| 查看: 823| 评论: 0

摘要:   空事卫星系统首颗在轨技术验证卫星试验任务的圆满成功,标志着我国空事卫星系统在星基航空监视方面达到国际先进水平。
  北京时间2020年11月6日11时19分,我国空事卫星系统首颗技术验证卫星北航空事卫星一号搭载长征六号运载火箭在太原卫星发射中心成功发射。
  该卫星由国家空管新航行系统技术重点实验室牵头,联合四川九洲空管科技有限责任公司、天仪研究院共同研制,是我国首颗满足空管运行需求的星基ADS-B卫星,也是目前国内唯一在轨运行的多波束接收ADS-B卫星。
  卫星进入轨道后运行状态稳定,性能优良,并获得了大量试验数据。技术分析表明,其搭载的星基ADS-B载荷监视性能满足空管运行需求,达到国内领先、国际先进水平,填补了我国面向空管应用的星基航空监视技术的空白。

#01 
  空事卫星系统首颗在轨技术验证卫星试验任务的圆满成功,标志着我国空事卫星系统在星基航空监视方面达到国际先进水平。
  ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)技术是广播式自动相关监视技术的简称,是国际民航组织确定的新一代空管监视技术。
  飞机通过携带的ADS-B系统设备,可向其他飞机、地面站周期性广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等状态信息。其他飞机接收到广播信息后,根据实际情况进行机动操作,防止飞机发生碰撞;地面站接收到广播信息后,管制员可掌握飞机状态,进行航线规划,确保飞行安全。
  ADS-B系统现阶段主要靠地面站接收飞机ADS-B数据信息。飞机在天空飞行,犹如汽车在地面公路运行,需按照固定航路航线飞行。沿飞机航路航线建设的空管地面站可有效获取飞机状态信息,为飞行安全提供重要保障。
  由于ADS-B地面站建设受地理环境影响较大,飞机在洋区、荒漠或偏远地区飞行时,没有ADS-B地面站覆盖,广播的ADS-B信息无法被管制部门获取,飞行过程存在极大的安全隐患。
  随着航天技术的成熟与商业小卫星的成本降低,采用星基手段开展空管应用逐渐具备了可行性。未来,星基ADS-B卫星系统将有效解决陆基地面站覆盖能力不足的问题,成为空管系统的重要组成部分。
  空事卫星系统是依托于国家空管新航行系统技术重点实验室,由张军院士提出的,面向航空需求的全球卫星互联网系统。空事卫星系统包含低轨空事卫星星座、空事卫星地面应用系统和机载系统,可以为航空用户提供全球覆盖的连续实时通信、导航和监视服务,能够解决陆基航空系统的盲区问题,为航空飞行安全提供保障,并有利促进低空空域的开放与通航产业的发展。
  星基ADS-B载荷是空事卫星系统的主要功能载荷之一,在张学军教授的带领下,针对星基ADS-B信号传输衰减大,空域内信号易产生冲突等问题,国家空管新航行系统技术重点实验室联合四川九洲空管科技有限责任公司,突破了多波束相控阵天线、多通道高灵敏度接收算法和解交织技术等多个星基ADS-B关键技术,研制了国内首个面向空管运行需求的星基ADS-B载荷。
  该载荷具有高灵敏度接收和大数据处理能力,同时能够有效解决同频率上多架飞机发射的信号相互碰撞,相互干扰的问题。

北航空事卫星一号
  星基ADS-B载荷于2020年11月6月搭载北航空事卫星一号成功发射,卫星入轨后状态稳定,性能优良,获得了全球空域的大量飞行数据,经过数据分析表明:
  繁忙空域内,平均每小时可接收ADS-B消息数超过100万条;最远探测距离达到2000公里以上;半径800公里的设计覆盖范围内,95%位置消息更新间隔低于8秒,目标检测率和报文更新率满足空管运行需求,达到国内领先、国际先进水平;建成后的空事卫星系统将具备在全球范围内对起飞/降落、离场/进近、巡航各个阶段的运输航空器进行监视跟踪,在全球范围内对通航飞行器进行监视跟踪的能力;同时有效覆盖南北极、洋区、偏远航路等区域,更高效地为航空用户提供覆盖全球的连续实时监视服务。
  通过在轨试验验证,北航空事卫星一号星基ADS-B载荷各项指标均达到设计要求,空事卫星首颗在轨技术验证卫星任务取得圆满成功。

北航空事卫星一号获取的全球航空器分布
  空事卫星的星基ADS-B的应用,将有效的推动空管运行全球化,为全球空管带来以下效益:
  1、为所有的管制扇区与扇区移交点提供100%的连续一致监视服务
  通过连续一致的监视服务,降低扇区移交过程中数据丢失和不一致的风险;增强管制员在扇区内外的态势感知能力;实现应答机紧急代码的早期及时探测;提供连续一致的运行环境,减少管制扇区间协调;
  2、缩短管制员对异常情况的响应时间
  提前发现导航错误,允许管制员及时干预,避免事故风险和间隔丢失;增强管制员指挥规避紊流和灾害天气的能力;
  3、增强在海洋、偏远地区和极地搜索和救援的能力
  提供精确的GNSS位置信息,管制员可以精确跟踪飞机最后的位置,减少应急响应时间和搜索范围;
  4、全球航班实时监视
  对低空、洋区和偏远地区等无地面监视区域实现补盲,增强监视能力;对地面监视区实现多重覆盖和备份,减少因为意外、维修和天气带来的监视服务中断;
  此次任务的圆满成功标志着我国空事卫星系统在星基航空监视方面达到国际先进水平,未来将有能力给航空用户提供基础的全球航空监视和跟踪服务,极大推动我国空事卫星系统全面组网建设的进程,对我国军民航和通航的发展具有极为重要的意义。
#02 
  空事卫星系统首颗在轨技术验证卫星试验任务的圆满成功,标志着天仪卫星平台综合能力的跨越式进步。
  北航空事卫星一号为12U科研卫星,采用了天仪自研的新一代卫星平台技术。该平台具备姿态控制指标优良、高集成度、高可靠性、大容量能源存储、智能化温控、可变散热等特点,实现了极致性价比,可满足各类大功耗、高精度载荷需求,可为载荷提供强大的支撑能力。
🌟/姿态控制指标优良
  卫星在轨运行数据显示姿态控制精度可达0.01°,姿态稳定度优于0.0015°/s,机动能力优于1°/s。20公斤级卫星与传统吨级大卫星控制指标相当,达到卫星领域领先水平,完全满足星地激光通信、星间激光通信、高分辨率遥感成像等多类的高控制精度应用需求。
🌟/高集成度、高可靠性
  卫星具有高集成度和高可靠性特点。卫星平台体积不超过4U,可提供载荷搭载空间超过8U。同等规格卫星平台,天仪平台整体指标是传统卫星平台的3倍。
  卫星平台软件系统全面继承传统航天软件的可靠性安全性设计思路,单粒子纠检错、三取二表决、重要数据恢复、多重引导与多重备份等安全手段一应俱全,使得在元器件全部采用工业级产品的前提下,通过设计试验迭代及筛选,保证整星在轨服务寿命达到5年。
🌟/大容量能源存储
  结合星上大容量电池组和太阳能帆板,载荷能源供应能力超过64W,具备为星上大功耗载荷提供超长连续工作时间的能力。
🌟/智能化温控、可变散热
  为适应载荷在不同工作状态下剧烈的发热功率变化,星上还部署了天仪最新研制的基于可变散热面的自主控温系统,通过在轨调节散热面的大小并辅以相应的主动热控措施来控制舱内温度。该系统如同给卫星加装了一台强力空调,能够适应从10W到50W的大范围载荷热耗变化,始终保持舱内温度稳定,确保星上各单机工作在最适宜温度环境中。
  “空事卫星系统首颗在轨技术验证卫星试验任务的圆满成功,标志着天仪卫星平台综合能力的跨越式进步,真正实现小卫星大能量”,天仪研究院创始人兼CEO杨峰表示,“近年来商业小卫星技术在中国乃至世界范围内都有长足进步,为新兴技术验证和前沿科学探索提供了更多可能性。未来,天仪将继续不遗余力地通过技术创新,为更多用户提供极致性价比的卫星服务,实现‘让航天触手可及’的使命”。

#03 
  下一阶段合作各方将尽快完成全系统的组网建设,实现全地域的互联互通。
  星基ADS-B系统能够有效提升我国现有空管系统能力,进一步促进国家低空空域开放以及通航产业发展,也是实现国际民航组织(ICAO)要求的全球航空遇险和安全系统(GADSS)的主要技术手段,其全天候、全空域的监视特点,对保障民航飞行安全,提升飞行效率,提高空域容量,具有十分重要的意义。
  为实现全地域的互联互通,为民航、通航等提供更便捷服务,合作各方下一阶段将尽快推动全系统的组网建设。

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