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远征一号甲上面级(YZ-1A)

中国航天科技集团一院:“太空摆渡车”将添新款 2016年10月29日 20:58 来源:中国新闻网   中新社珠海10月29日电 (记者 张素)第十一届中国国际航空航天博览会即将在珠海举行。记者29日从中国航天科技集团一院获悉,被形容为“太空摆渡车”的“远征上面级”将添新款。   上面级是指在火箭基础级上增加的、能够独立飞行的空间飞行器。火箭将其运送到一定轨道后,空间飞行器能够自主飞行、多次点火启动,将一个或多个航天器直接送入不同轨道空间。   据介绍,远征一号系列上面级包括“远征一号”和“远征一号甲”,可与3.35米直径系列运载火箭组合使用,执行低中高地球轨道、环月轨道直接入轨、多星发射、轨道部署等各类任务。   2015年7月25日,“长征三号乙/远征一号”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射。经过约3.5小时飞行后,“远征一号”上面级将两颗卫星准确送入预定轨道。   “远征一号甲”具备20次起动和两天在轨工作能力。2016年6月,“远征一号甲”圆满完成首次飞行试验,将多个不同需求载荷送入不同轨道,具备了异面轨道星座部署能力。   中国航天科技集团一院宇航部副部长、长征七号首飞载荷组合体行政负责人唐亚刚说,“远征一号甲”总共飞行44小时,绕地球29圈,是中国第一个全自主飞行的空间飞行器。“通过飞行结果分析来看很完美,所有载荷验证目的都达到了。”他说。   唐亚刚对中新社记者说,“远征一号甲”的状态符合设计方案,后续可以按照“乘客”要求再改进,比如更长的在轨时间或更高的轨道高度,但“目前没有进一步飞行计划”。   记者了解到,“远征家族”即将添丁,“远征二号”与“远征一号”同样具备两次启动和7小时在轨工作能力,主要用来与长征五号系列运载火箭组合执行低中高地球轨道、环月轨道直接入轨、多星发射等任务。(完)


远征一号甲上面级的“大脑”  国际领先

2016-08-05 

航天科技一院 中国运载火箭技术研究院

  “眼镜蛇机动”是一种高难度的飞机飞行动作,以其惊险刺激的减速、加速动作闻名于世。你知道吗,中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)研制的“远征一号甲”上面级曾在太空上演过“眼镜蛇机动”,“指挥”上面级完成这一高难度动作的,是火箭院12所研制的最强“大脑”——上面级控制系统。

△6月25日,长七火箭在海南卫星发射中心点火升空,将远征一号甲上面级送入预定轨道

  “远征一号甲”上面级控制系统总设计师李学锋介绍:“‘远征一号甲’上面级的这次‘远征’可谓是我国航天史上最为复杂的飞行任务之一。当上面级被长征七号运载火箭(以下简称‘长七’火箭)送入预定轨道后,要通过多次主动变轨,将携带的5种6个载荷送入不同区域的轨道。身在地面的我们或许无法用肉眼观察,但是其变轨的过程却是惊心动魄的。其中,最惊险的一幕在投放多功能飞船缩比返回舱(以下简称‘返回舱’)时上演。”

  李学锋说:“当‘远征一号甲’上面级从高速飞行的近地高轨道飞向再入返回低轨道时,需要紧急‘刹车’。上面级的速度越来越慢,在地球引力的作用下距地面越来越近。但控制系统不能任由上面级下坠,而是要不断进行精确地计算,从而调整姿态。要知道,在投放返回舱时,上面级的姿态、轨道有毫厘的偏差,都有可能将返回舱偏离预定着陆地点千里之外,甚至可能落到外国去。直到上面级在预定地点的低轨道精准地释放返回舱,我们的心才放下来。”

  不过,在上面级的最后一名“客人”下“车”后,上面级又做出了一个惊人的举动——迅速“上升”。为了释放返回舱,此时的上面级冲到距地面不到200公里的高度,这个高度很容易被地球引力“擒获”,坠入大气烧毁。不过上面级的控制系统已“从容”地启动预定变轨程序,精确计算“爬升”的路程,并根据自己的状态和“路况”不断优化路线,最终跃上近地轨道。大开大合之中,“远征一号甲”上面级完成了惊险的太空版“眼镜蛇机动”。

  李学锋介绍:“任务还没有最终完成。此时的上面级尚存的燃料已经不多了,而控制系统仍在‘思考’着如何奔向下一个目标——长七火箭的芯二级。控制系统通过计算,时而加速、时而变道,以最少的燃料消耗追上了送它‘飞天’的长七火箭芯二级,与其‘相伴而行’,绕地一周,最终与其‘挥别’,结束太空之旅。”

  “艺高”方能“胆大”。“能完成如此复杂的计算、控制任务,在太空秀出完美的‘眼镜蛇机动’,意味着‘远征一号甲’上面级的控制系统已达到国际领先水平。”李学锋说,“同时,这也意味着上面级可以完成更多、更复杂的飞行任务,为我国未来开展难度更高的航天活动奠定了基础


航天科技一院12所让“远征-1A”跳出自主控制的太空舞蹈

来源:中国航天报     日期:2016/08/04 

今年6月25日,我国研制的长征七号新一代中型运载火箭在海南文昌航天发射场成功发射升空。远征-1A上面级飞行器与长征七号运载火箭组合飞行10分钟后成功分离,开始了长达40多个小时的旅程。

远征-1A上面级是我国航天史上最复杂的自主飞行器,通过数次变轨将多用途返回舱、空间碎片主动清理飞行器、在轨加注实验装置等多个载荷送至不同区域的轨道上。

远征-1A上面级控制系统总设计师李学锋表示,此次飞行中最重要的莫过于把返回舱精准地运送至预定投放点。

当上面级从高速飞行的近地高轨道制动减速到再入返回低轨道时,需要紧急刹车,让速度变慢,让轨道高度变低。远征-1A上面级,通过不断进行精确计算和自动调整姿态,才能准确把航天器送入地球预定轨道。

失之毫厘,谬以千里。一个细微的差错,就可能让返回舱落入千里之外的地方。远征-1A上面级精准地将返回舱释放出去,看到返回舱划破长空,直奔祖国大地上空而来的时候,彻夜未眠的整个团队都露出了笑容。

然而,紧张的时刻并没有结束,投出返回舱的远征-1A上面级正在高速滑向地面,如果不能快速抬头点火拉升,就会被地球引力擒获,无法逃脱坠毁的命运。

因此,研制团队立即启动预定变轨程序,精确计算目标,不断迭代优化路线,启动最大油门,尽力拉升,以最大的反作用力向太空驶去,让自己重回预定轨道。

毫无疑问,由航天科技集团一院12所研制的先进控制技术系统,让远征-1A上面级在太空中跳出了一曲享誉国际的太空舞蹈,标志着我国火箭上面级达到了国际先进水平,开拓了我国空间运输与应用系统发展的新领域,具有里程碑的意义。(徐国强 潘豪)


2016年6月27日,远征一号A上面级(41624,2016-042A)受控再入大气层。


推进剂是偏二甲肼和四氧化二氮,属于常规推进剂发动机。


远征1A及组合体发射任务是我国目前飞行程序最复杂、飞行时间最长、变轨次数最多的发射任务,具有“高集成性、高复杂性、高显示度”的特点。为满足其长寿命的要求,上海硅酸盐所在远征一号上面级热控分系统关键热控材料研究基础之上,进一步为远征1A上面级研制了包括KS-Z无机白漆热控涂层、耐高温隔热屏、多层隔热材料、导电型F46薄膜镀银二次表面镜、铝箔光亮阳极氧化涂层、渗碳黑色聚酰亚胺防静电热控涂层等在内的6种高性能热控材料,承担了远征1A上面级热控分系统90%以上被动热控材料的研制任务,通过材料防静电性能设计、隔热性能以及材料制造工艺优化等多项关键技术的突破,实现了上海硅酸盐所热控材料在推进系统的首次大面积成功应用。


第四个阶段是上面级拓展试验和受控再入阶段。在返回舱返回后,上面级还将进行多次轨道控制,抬高轨道高度,进行空间飞行器的远距离通信和拍摄的交会试验,验证上面级运载的多次启动,长时间开机,大机动控制,最后上面级将返回地球,落在太平洋中部。


远征-1A上面级

        “太空摆渡车”远征-1A上面级是我国目前在轨时间最长的空间自主飞行器,在此次飞行的29圈中,全程自主飞行,经过多次点火变轨和分离,让所有“乘客”舒适地飞抵各自特定的轨道。


太空摆渡车” 升级再出发

发布时间:2016-06-28    来源:中国航天报

——解析长征七号运载火箭载荷组合体及远征-1A上面级

6月25日晚,伴随着我国新一代中型运载火箭长征七号首飞成功,升级版“太空摆渡车”远征-1A也开始了首次旅程。在经过40多个小时的飞行后,它可将5类共6位“乘客”准确地送到各自的“家门口”。

远征-1A作为具有多次启动功能的演示验证平台,将成为我国目前在轨时间最长的空间自主飞行器。在飞行的29圈中,经过多次点火变轨,多次分离,为所有“乘客”提供最高端舒适的环境,并以最快的速度将他们送到特定的轨道开始验证试验。

更多“乘客” 更高性能

2015年3月30日,由中国航天科技集团公司研制的远征一号上面级首次发射成功,将首颗新一代北斗导航卫星发射升空。4个月后,又成功将两颗新一代北斗导航卫星送入太空。

上面级是一种具有自主独立性的飞行器,之所以称之为“太空摆渡车”,是因为运载火箭基础级已经把“乘客”送上了太空,只不过还没有到达最终目的地。这时,需要靠上面级多次点火,把“乘客”多送一程,送到“家门口”。

“远征-1A上面级在远征一号的基础上进行了改进研制,既继承了它的技术特点,又进行了很多新技术的尝试。”长征七号运载火箭首飞载荷组合体行政负责人唐亚刚介绍道。


之所以称之为升级版的“太空摆渡车”,是因为远征-1A无论是从启动次数、制导方法以及轨道设计等,都有了新变化。

首先,远征-1A采用了泵压式发动机,可实现多次启动,这在国内尚属首次。“泵压式发动机的原理和抽水机很像,靠燃气吹动涡轮泵。它的动力强、推力大,可以更加机动灵活地将载荷送到相应的轨道位置。”技术负责人王国辉介绍说,此次采用的泵压式发动机的推力可以达到6500牛,最多可以实现20次点火变轨。

长时间高精度的自主导航是远征-1A的又一创新。通过采用多种制导方法,远征-1A的飞行全程实现了全自主飞行,“在整个长时间自主飞行过程中对轨道精度的要求很高,平台会进行轨道自动修正,只有在特殊情况时才会上传数据进行导航调整。”唐亚刚以多用途飞船缩比返回舱为例说道,“返回舱有着多项严格的分离精度要求,其中地心距偏差不能超过200米。”

组合体与长七分离后,进入到200×400公里的近地轨道,之后将经历多次变轨,进入不同的轨道,其中有两次轨道倾角发生变化的异面变轨。

多用途飞船缩比返回舱再入返回时,上面级的轨道将经历一次“大波动”。“它会先从400公里的高度降到170公里,返回舱分离后,组合体会由于惯性再入降到130公里轨道,然后再次点火重新回到400公里。”唐亚刚觉得这“一落一起”的过程就像“蹦极”一样,而这样的轨道设计在国际上也是屈指可数的。

精心挑选“高端乘客”

此次远征-1A上面级搭载了5类共6项载荷,是一箭多星发射方式中多次单放的一种。“一次将多颗卫星送入一个相同轨道,这是单次多放,而远征-1A上面级则是分批将多颗卫星送入多个不同轨道。”长征七号总体主任设计师徐利杰形象地比喻道,“远征-1A这辆‘太空摆渡车’是把每个乘客快速直接地送到家门口,而前面一种则是把乘客们送到同一个车站,乘客再各自回家。”

当然,这次的6位“乘客”都是经过精挑细选后确定的“高端乘客”。据悉,这次的载荷征集是由中国载人航天工程办公室面向全国进行的,有高校、中科院、航天系统内单位等。

“选择载荷的首要原则就是技术创新性强,此次搭载的载荷都具有较强的先进性和前瞻性,或是验证技术是领先的,或是国内首次试验的。”唐亚刚说。

由于长征七号运载火箭是为满足中国载人空间站工程建设需要而专门研制的,在载荷的选取上也优先考虑了符合和平利用空间的宗旨,选取的都是与载人航天工程关系密切的载荷。

另外,也是很重要的一点,长七未来将用来发射货运飞船,首飞任务的组合体要能够完全模拟未来货运飞船载荷状态,从载荷的质量、质心等,通过这次飞行任务来充分证明长七可以发射货运飞船。“在上面级组合体的整体设计上,不仅形状能够放进整流罩内,而且考虑了能够完全模拟货运飞船状态,此外还要保证分离的可靠性,安全地将不同载荷送到不同的轨道上。”王国辉说道。

和谐“车厢” 添彩不添乱

毋庸置疑,长七首飞是此次任务的重中之重,“不能因为组合体的问题影响长七的进度和飞行安全,要做到‘添彩不添乱’。”唐亚刚说,安全性问题是从上到下最关注的事情。

研制之初,组合体上面级成立了以中国科学院院士刘竹生为组长的安全性专家组,从设计之初就对上面级和各个载荷进行把关评估,保证每一个载荷都要“老老实实”的。

“对上面级及每个载荷都要先识别危险源,然后进行安全性设计,并从设计源头进行安全性评估。”王国辉说,在进行安全性验证时,凡是辨识出的危险源,比如推进剂不能漏、发动机不能提前点火、压力容器要保证结构完整性等,都要明确安全性指标,以最苛刻的条件加大验证力度,最终进行安全性验收。

上面级组合体是个“大家庭”,包括高校、航天系统内单位等27家单位参与其中,管理差异大、交叉工作多、多载荷并行测试,这就给“大管家”出了一个难题。

众多单位中,有工业部门也有院校,试验任务有科研也有预研,各自的管理模式不同,研制流程不一样,就连认识和理念也不同。“确实碰到过很多由于不统一带来的问题,所以要对技术状态管理、安全性管理提出统一要求。”

作为抓总单位,“大管家”制定并下发了统一的规范要求,方方面面都提出了统一的标准,着重加强了过程中的监督检查和管理,甚至细化到各单位的报告模板都要统一格式,从而确保首飞万无一失。(李淑姮/文 刘霞/摄)


 新华社北京6月26日电(田兆运、杨茹、姜宁)北京时间6月26日15时41分,多用途缩比飞船返回舱成功返回预定地区。远征1A上面级仍然在遨游太空,要完成后续实验任务。那么地面科技人员究竟如何判断变轨效果是否符合预期,又怎样引导测站紧密跟踪飞行器?北京航天飞行控制中心轨道专家李革非为人们一一解开了谜团。

  李革非表示,在任务中面临的最大困难是“变”。一是状态的改变,这次任务上面级是全自主控制模式,何时变轨、发动机开机多长、变轨量多大,全部自己决定。跟以前由地面人为控制变轨,可以进行天地交互和轨道修正的状态完全不同,科技人员失去了主动权,掌控任务状态变得更加困难。二是“变推力”,上面级发动机为变推力发动机,每一次轨道控制发动机的推力都是时刻变化的,导致地面的轨道计算和预报变得更加复杂。三是“变目标”,上面级搭载载荷多,致使北京中心控制目标相对之前任务大大增多,每次轨道控制的目标都有所不同,且每个受控目标参数也各有不同。

  如果说“变”是李革非遭遇的首要问题的话,“姿”的问题则更加令人头疼。“姿”是指上面级的姿态。与以往我国飞行器在太空中只有“三轴对地”“对日定向”等姿态不同,远征1A上面级这次可谓是舞姿曼妙。

  李革非介绍说,这次任务中,上面级共有近20个飞行阶段,10多个特征事件。在不同的飞行阶段和特征事件里,飞行器都可能有不同的飞行姿态。她初步统计的结果是5类20多种。姿态如此之多,要想一一精准预示出来,可不是一件容易的事。仅在轨试验段,她就完成了8个载荷不同姿态分离、27次制导事件地面的全部实现。

  可能有人会问:既然姿态这么复杂,既然上面级都如此智能,地面干吗还非要预示它的姿态?李革非尽量用通俗的语言解释说:“不进行姿态预示,就不能知道发动机冲哪个方向点火,就不能知道上面级的天线指向哪里,从而也就不可能预报和监视轨控过程!”

  针对这个问题,她和同事一起攻关,创新发明了“基于飞行阶段划分、特征事件驱动和姿态模式处理的上面级姿态制导预示技术”。整个计算过程确实非常复杂,光模型参数就写了几千行。然而,最终操作起来却非常简单,李革非设置好各项参数后,一键就输出形成了直观的姿态预示图和结果分析报告。

  从任务前的无数次联试演练统计结果看,中心的轨控预示结果与理论值比对一致,就像我们自己设计制作了一个制导系统。从任务中自主轨道控制的结果看,中心的轨控预示与实际结果也并无二致。

  正是因为有了这些技术,航天科技人员虽身在地面,通过计算机就能及时准确地判断上面级自主轨控结果和飞行状态,为任务组织决策奠定坚实基础;陆、海、地三基测控资源才能及时准确捕获上面级的信号,实施一系列测控跟踪任务;飞行器虽远在九天之外,我们却能如臂使指,精测妙控。


空间碎片清理已具备工程应用基础

2016-06-25

【摘要】 王小军说,远征1A上面级是由中国航天科技集团所属运载火箭技术研究院抓总研制。王小军说,远征1A及组合体发射任务是我国目前飞行程序最复杂、飞行时间最长、变轨次数最多的发射任务,具有“高集成性、高复杂性、高显示度”的特点。

新华社海南文昌6月25日电(记者李国利、梅常伟、王婷)长征七号运载火箭总指挥王小军25日在长征七号运载火箭首飞任务新闻发布会上说,远征1A上面级的成功发射,为空间碎片清理等轨道服务奠定了工程应用基础,对于我国空间运输与应用系统的发展具有里程碑的意义。

王小军说,远征1A上面级是由中国航天科技集团所属运载火箭技术研究院抓总研制。它的成功发射标志着我国新一代多载荷多用途空间运输及空间试验平台的诞生,为我国未来的月球、火星等深空探测任务,轨道转移、空间碎片清理等轨道服务奠定了工程应用基础,对于我国空间运输与应用系统的发展具有里程碑的意义。

上面级作为航天运输系统的重要组成部分,是一种由基础级运载器发射进入地球轨道(或准地球轨道),能够进一步将有效载荷从地球轨道(或准地球轨道)送入预定工作轨道或预定空间位置的能够独立自主飞行的空间飞行器,被誉为“太空摆渡车”。而远征1A上面级,将迎来“乘客”更多、任务适应性更好、性能更强的太空摆渡使命,被形象地称为“升级版太空摆渡车”。

王小军说,远征1A及组合体发射任务是我国目前飞行程序最复杂、飞行时间最长、变轨次数最多的发射任务,具有“高集成性、高复杂性、高显示度”的特点。各搭载载荷结构形式各异,外廓尺寸从0.2米到2.8米、高度从0.3米到2.3米,重量从18千克到2.8吨,接口需求复杂、目标轨道不同、分离时间不同,对满足不同任务具有良好的适应性。

据介绍,相比远征一号,远征1A上面级通过多项技术改进升级,性能大幅提升,在轨飞行时间从6.5小时延长至48小时,主发动机由2次启动增加至9次启动,分离次数由1次增加至7次。“太空摆渡车”的任务适应性和使用灵活性大大提高,实现了将多种载荷直接送入各自不同工作轨道的能力提升,具备了异面轨道星座部署能力。远征一号可以将多个“乘客”摆渡至相近的目的地,而远征1A则拓展了摆渡车的服务功能,通过多次点火工作,适应更多复杂的路线,沿途将多个“乘客”摆渡至各自所需不同的目的地。


新一代“太空摆渡车”主发动机:将空间载荷运送更广更远

2016-06-25 中国航天科技集团六院

在我国新一代中型运载火箭“长征七号”首飞任务中,航天科技集团六院除了提供最新研制的绿色环保液氧煤油发动机外,还为此次首飞任务提供了“太空摆渡车”主动力系统,这就是长征七号运载火箭上面级主发动机。

长征七号运载火箭上面级主发动机具有多次起动能力、长期在轨的能力,使上面级运载器成为接力强劲的“太空摆渡车”,实现对空间载荷更广、更远的精准投送,达到对多个目标载荷“送货上门”的航天运载服务标准。

该型多次起动上面级主发动机,其起动次数、在轨时间、比冲性能等皆代表了我国同类型发动机的最高指标,填补了国内航天上面级动力技术领域空白,步入了国际先进水平。在该型发动机研制过程中,研制队伍攻克了多项关键技术,并开创了一套高效的研制流程。

新一代“太空摆渡车”主发动机突破的关键技术包括:

泵压式发动机多次起动技术:国内以往应用的泵压式液体火箭发动机可实现发动机一到两次起动工作。但是多载荷运输任务,要求上面级主动力必须具备更高的多次起动能力,以往的起动技术不能适用。为此,航天科技集团六院研制团队攻克了泵压式发动机多次起动技术,可使泵压式发动机多次起动能力从目前的两次提高到数十次,从而实现上面级多次变轨的能力,最终将各种载荷送至多个不同参数轨道。

长期在轨技术:为实现对多个载荷不同轨道的投送,上面级必须具备长期在轨能力。为此,新一代多次起动上面级主发动机在继承已有技术的基础上,攻克了长期在轨技术,将泵压式空间发动机的在轨能力由之前的“秒”级、“小时”级,提高到了“天”级。

紧凑结构设计技术:多次起动泵压式上面级发动机由于增加了新的起动系统,相比以往型号的上面级增加了大量新的组件,发动机系统和结构更复杂。但由于上面级结构限制,发动机布局空间十分狭小,为适应上面级结构,发动机采用了由内到外逐层布局的紧凑设计方案,在有限的空间内完成了发动机的总装布局。

新型材料成型技术:为确保发动机多次起动和长期在轨工作的可靠性,发动机采用一种新型材料,这种新型材料的成型工艺未来也能够更广泛地应用于液体火箭发动机及其他领域。

通过新一代“太空摆渡车”主发动机的研制,航天科技集团六院研制队伍掌握了一种快速高效的型号研制流程。在发动机研制期间,为适应研制周期短、研制经费少的项目特点,利用仿真计算取代了传统研制流程中的大量试验工作,通过仿真的手段对发动机系统及各组件的设计方案进行了充分地验证和优化设计,节约了大量的研制周期和经费。为此,多次起动泵压式上面级发动机仅用了不到两年的时间,通过两次热试车考核就攻克了全部关键技术,达到了飞行演示验证的技术和产品成熟度,并交付了首飞产品,满足了这次长征七号首飞任务的要求。(张鹏)


远征一号甲太空摆渡车

  远征1A太空摆渡车是在远征一号的基础上继承研制的,突破了泵压式发动机在轨多次起动技术。唐亚刚介绍,现有的卫星都采用挤压式起动技术,推力相对较小,变轨入轨时间比较长。这次发射的远征1A太空摆渡车采用了泵压式起动技术后,推力为卫星变轨发动机的10余倍,能够加速飞行器的入轨,快速把飞行器送到预定轨道。

  远征一号的发动机只能起动2次,而远征1A的发动机可以起动20次,这也就意味着“升级版”的太空摆渡车可以把更多的“乘客”送到不同的地点,变轨能力大大地增强了。

  长时间高精度在轨导航控制技术也是远征1A这次要验证的关键技术之一。唐亚刚介绍,现有卫星和飞船基本都是靠地面上行指令控制飞行,而长征一号甲此次完全靠预先设定的程序自主飞行。其采用的多约束高精度再入预测制导技术、正推力矢量制导技术等在国内飞行器上均是首次运用。


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