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BIRD卫星情况调研

(2017-09-11 08:02:10)
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航天信息

BIRD卫星全称Bi-Spectral Infrared Detection,即双谱段红外探测。是德国宇航中心(DLR)发起的微小型技术验证卫星,卫星的任务目标是观测地表火源/热点信息(这些热点可能由闪电、火山爆发、油井火焰、或者森林大火带来),以便更好地观测环境事件影响。此外,卫星还有另外的目标是金星技术验证,试验新型红外载荷在微小型卫星上的适装性,以及星上数据预处理技术。

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BIRD卫星在轨运行想象图

卫星情况:

卫星的结构采用紧凑的立方体构型,(边长62cm,展开后,长度可达1.6m),包括以下部分:服务系统、电源系统,载荷系统,两块可展开的固定式太阳翼,平台采用模块化设计。使用轻质的铝合金及蜂窝夹层板结构。

 

BIRD卫星采用三轴稳定控制模式,在观测过程中对地定向,姿态指向控制精度±5角分,任意轴姿态确定精度±0.2角分,姿态机动角速度1º/s

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卫星姿控系统逻辑框图

卫星姿态测量采用两台星敏感器,星敏主轴矢量夹角30º,选用的是ASTRO-15型自主式星敏感器。内装有自主姿态确定处理器,此外,还有三轴光纤陀螺,测量精度优于2.7角秒,漂移率低于1º/h,姿态控制执行器包括磁力矩器和4台动量轮,基于柏林技术大学研制的动量轮研制而来。是一款高性能的适用于微小卫星的动量轮。

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ASTRO-15星敏感器外形图
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BIRD选用的微小型动量轮

卫星在地面指令控制下,姿态指向范围偏移可达±30ºRockwell-Collins研制的GEM-SGPS接收机用于实时的轨道确定,具有5个频点,包括对C/A码、P码和L1频点的接收能力。GEM-S接收机重0.4kg,电源功耗6.5 W

星上导航系统软件包使用GEM-S的信号作为输入,可以给出1)定位信息(精度优于90m),用于WAOSS载荷数据产品生成。2)定轨信息,采样频率2Hz,星上导航软件提供瞬时天底方向矢量信息和沿轨方向矢量信息,可以使相机拍摄的区域实现精确定位.

卫星热控分系统:卫星平台的热控和载荷元器件(除了用于红外探测的元件外)均采用被动热控方式,采用热管和热开关连接卫星的各个部组件,星上设置了两个散热面,使用热控多层和隔热材料保证卫星设备工作在适当的温度范围。红外设备的制冷由专门的红外散热器实现。

整个卫星重量94kg,平均功耗40W,(最大功耗200W),8个镍氢电池组(容量12Ah)在卫星处于地影状态下提供能源,卫星设计寿命1年,星上数据由2个容量1Gbit的存储器存储。

卫星通信采用S波段,下行发射机工作频率2201.7 MHz,数据下传码速率2.2Mbit/s

发射情况:

BIRD卫星于20011022,由印度的PSLV-C3运载火箭,从萨迪矢·达旺空间中心发射升空。

这次发射,印度的TES(技术试验卫星)作为主载荷,BIRD和欧空局的PROBA卫星均作为次要载荷。

BIRD卫星的轨道为太阳同步圆轨道,倾角97.7º,降交点地方时上午10:30

载荷情况:

HSRS(Hot Spot Recognition Sensor)

热点识别敏感器是一种双频段(中波红外,热红外)红外成像载荷,继承自IRCAM(一种机载成像装置),其作用是探测地表热源,采用推扫式成像模式,焦平面上包含3.4~4.2 µm8.5~9.3 µm两个波段的碲镉汞探测器线阵,每种线阵包含2 ×512像元。探测器是由碲镉汞阵列与带微孔的硅CMOS器件结合而成的器件,探测器须冷却到80K的工作温度,与一个专用的制冷器整合在一起使用。两个传感器被整合进同一套光机系统中,以便实现观测坐标系统一,在轨几何校准。

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HSRS相机照片

WAOSS-B (Wide-Angle Optoelectronic Stereo Scanner, BIRD version):

宽视场角光电立体扫描相机是一款双频段极近红外成像仪,WAOSS早先的一款设备曾经在俄罗斯的火星-96任务上搭载发射(该任务于19961117日从拜科努尔发射,但探测器任务失败,没有到达火星轨道。)

WAOSS设备包含相机镜头,电子学模块,和接口单元等部分。沿轨方向可以获取立体影像,该功能由三线阵列CCD器件实现。通过推扫成像方式,相机可以同时获取前向25º,天底方向,后向25º三线立体影像。新镜头和一体化过滤装置及宽视场技术被采用。

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WAOSS设备照片

HORUS (High Optical Resolution Utility Sensor):

高光学分辨率敏感器,在一个高级项目中,焦距500mm的全色谱段被加入WAOSS-B设备中,被命名为HORUS,(探测器电子系统继承自Rosetta项目),HORUS内部采用1024 x 1024像元的CCD阵列器件和坐标系转换技术,望远镜系统采用卡塞格林望远镜设计模式。

下面是BIRD卫星三种有效载荷的技术参数表。

参数

HSRS

WAOSS-B

HORUS

探测谱段

3.4 - 4.2 µm (中波红外)
8.5 - 9.3 µm (
热红外)

600 - 670 nm前向
840 - 900 nm,
天底、后向

450-890 nm

F-

2.0

2.8

8

焦距

46.39 mm

21.65 mm

540 mm

像素尺寸

30 µm x 30 µm

7 µm x 7 µm

14 µm x 14 µm

像素数量

2 x 512

3 x 5184

1024 x 1024

瞬时视场 (分辨率)

2.22 角分

1.11角分

5.35 角秒

视场角 (垂轨方向)

19º

50º

1.6º

视场角(沿轨方向)

NA

+25º, 0º, -25º

1.6º

地面像元分辨率

372 m (轨道高度 575 km)

185 m

14.6 m

刈幅宽度

190 km (轨道高度575 km)

533 km

15 km

比特量化率

14 bit

11 bit

14 bit

数据率

957 kbit/s

500 kbit/s

1.8 MB每景

电源功耗

90 W 包含电子线路

18 W

1.7 W

载荷重量

7.3 kg相机镜头
6.5 kg
电子线路盒

8.4 kg

0.75 kg

智能技术的应用情况:

BIRD卫星的控制系统能够实现星上自主控制,星上自主控制程序会优先保证卫星的自身生存安全,星上计算机采用分布式容错设计,可以独立执行控制、遥测、任务状态监视和自主任务执行等功能。为了获得较高的可靠性、安全性和寿命,星上计算机包含4个独立的处理器,计算机的逻辑结构使得每个单独的处理器都能执行所有的控制任务,其中两台处理器被设计维持日常工作,另外两台处于冷备份状态,新的硬件技术由位于柏林的FIRST公司开发,每台处理器的性能为:66 MIPS8 MB SDRAM2 MB闪存,具有实时操作系统和封闭保护系统。

http://s2/mw690/001f9Fwfzy7e95yaHjHe1&690

BIRD卫星星上计算机照片。



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