一种复杂载荷任务的卫星数据信息链设计

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星用于实现宽能区X射线高灵敏度和空间分辨率巡天成像。针对HXMT卫星载荷种类多、工作状态多样、卫星数据信息传递实时性和同步性要求高的特点,分析了卫星数据信息链的基本过程,设计了卫星数据信息链系统。通过采取冗余设计、容错设计等方式,保证了数据信息传递的实时性和可靠性。地面测试和在轨运行结果表明:HXMT卫星数据信息链系统运行稳定,满足卫星使用需求。     

硬X射线调制望远镜卫星总装设计与实现

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星有效载荷质量大、探测器数量多、地面存储和在轨工作环境要求高的特点,设计了HXMT卫星总装方案,提出了多种探测器电接口集成优化设计、望远镜外热流抑制总装设计、望远镜杂散光消除总装设计和望远镜总装全周期环境保障设计,并得到了研制实践验证。HXMT卫星在轨运行结果表明:总装设计合理可行,能满足望远镜的需求,可为我国后续空间X射线天文卫星的总装设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星地面科学应用部分设计与应用

根据硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星开展科学观测的需求,提出了地面应用系统科学应用部分的设计方案,包括总体架构、外部接口、功能组成及主要工作流程等。在轨测试阶段的测试结果分析与验证表明,科学应用部分工作正常,实现了有效载荷的在轨监测与参数调整、科学观测计划制定、数据产品生成与数据分析等功能,能为HXMT卫星的在轨正常运行及开展科学研究提供保障。     

硬X射线调制望远镜卫星可靠性安全性设计与保证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星多载荷、高难度、高复杂度的特点,如何确保卫星在轨的安全并可靠完成在轨科学探测任务,是卫星研制过程中必须解决的问题之一。文章在梳理卫星可靠性、安全性保证工作重点的基础上,从卫星平台继承性产品的可靠性保证、面向复杂多载荷探测目标实现的可靠性安全性设计保证,以及整星贮存可靠性保证等三个方面,介绍了HXMT卫星可靠性安全性设计与保证的各项措施,可为后续相似卫星的研制提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级自主功能设计与在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨长期连续观测、全天球任意姿态指向、观测目标频繁切换、观测载荷工作温度要求高等多任务、多约束的特点,使卫星的功能设计和传统卫星不同。为确保卫星好用、易用、安全、可靠,HXMT卫星从任务需求和特殊要求出发,以系统化、模块化的设计思路,遵循可交互性、可服务性、开放性的原则,设计了12种系统级在轨自主功能,其中9种为全新设计。卫星在轨运行结果表明:各项自主功能在轨应用效果良好,满足了用户对于卫星长期在轨运行高观测效率、高可靠、高自主、数据下传及时、使用简便灵活的需求。     

硬X射线调制望远镜卫星飞行程序设计及在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星飞行程序设计具有在轨使用模式复杂、载荷需求约束多、在轨工作状态多且多系统多组合耦合、在轨自主管理功能应用与飞行事件操作流程耦合等特点。卫星在轨测试内容多、约束多、耦合强,因此在飞行程序设计中重点开展了入轨段程序时序评估和改进,观测模式、自主功能的应用设计,在分析设计需求约束并提取能够有效覆盖验证全部正常功能和工作状态的系统组合形式基础上,进行飞行事件编排优化。HXMT卫星在轨验证结果表明:卫星在轨运行良好,各飞行事件有序开展,飞行程序设计合理有效。     

硬X射线调制望远镜卫星系统设计与技术成就

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)卫星是中国第一颗大型X射线观测天文卫星,文章以HXMT卫星科学和观测需求为基础,提出了HXMT卫星系统设计思路和方案,包括观测需求的分析、轨道及卫星工作模式设计,以及卫星系统设计、分系统设计、卫星望远镜与卫星平台设计等结果,并介绍了卫星在轨评价及取得的技术成就,通过系统设计及优化,HXMT卫星具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力,以及拓展的200keV～3MeV能区伽马暴探测能力等优势,可为后续天文卫星的设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星科学观测应用初步评价

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星已顺利在轨运行1年多,完成了核心科学目标观测。文章概述了HXMT卫星的观测情况,如顺利完成核心观测源和银道面扫描的观测;重点介绍在银道面扫描、黑洞和中子星双星时变与能谱分析、伽马射线暴探测及引力波电磁对应体研究、脉冲星观测及脉冲星导航试验等方面获得的初步成果。HXMT卫星与国外空间X射线望远镜卫星及国内外地面望远镜开展的联合观测,促进了HXMT卫星的标定工作。HXMT卫星在黑洞与中子星研究、伽马射线暴探测及银河系内新源与暴发源监测方面会发挥重要作用。     

硬X射线调制望远镜卫星结构设计与验证

根据有效载荷硬X射线调制望远镜(HXMT)质量大且集中安装的特点及总体构型布局,提出了一种卫星结构设计方案。通过简、短、直接的主传力路径设计,多组动量轮一体化安装的高刚度支架设计,大面积、高悬臂薄壁遮阳板结构的刚度改进设计,实现了硬X射线调制望远镜的高刚度、高精度安装,提高了遮阳板结构的刚度,解决了动量轮安装点动力学响应放大的问题。经力学仿真分析、地面试验和在轨试验,验证了卫星结构设计的正确性和合理性。HXMT卫星的结构设计思路及验证方法可为后续卫星结构设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级测试设计与实现

归纳了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的系统级测试特点,其中惯性空间动中探测与X射线望远镜性能测试为相对传统遥感卫星特有的测试需求。提出了适用于HXMT卫星系统级测试的动中探测姿态机动测试方案,通过设计GPS动态仿真模拟器和星地高精度时间统一实现姿态机动闭环测试系统;提出了X射线光管打靶测试方案,利用靶板上不同金属材料的荧光效应产生不同谱段特征的X射线,并对热试验罐内测试进行了针对性设计。整星测试结果表明:测试系统设计合理可行,有效验证了HXMT卫星各项功能、性能指标的正确性,可为后续空间射线探测科学卫星开展系统级测试设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星数字伴飞系统设计与应用

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数字伴飞系统,具有与在轨卫星相同的运行策略和控制模型。卫星发射后,通过配置参数使地面虚拟空间中的数字孪生体卫星与现实空间中的实体卫星状态一致,可"镜像"卫星在轨状态。结合数字模型状态量丰富、可加速运行、可反复运行的特点,在数字孪生体上开展卫星状态判读、卫星控制参数优化、卫星任务方案迭代仿真,得到上注至实体卫星的飞控数据,完成了卫星的任务规划和性能改善。     

硬X射线调制望远镜卫星总体方案及技术特点

概述了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的设计方案、各系统的组成及主要技术指标。总结了卫星的技术特点和解决方案,包括高能准直型X射线成像技术、X射线源定位技术、惯性空间定向下的多观测模式设计技术、无固定对地面的测控数传技术、适应载荷长期工作的自主安全设计等,实现了对长期惯性空间定向观测卫星的总体方案设计。     

适应空间任意姿态指向的天文卫星测控分系统设计

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星具有在轨姿态任意无固定对地面、持续高精度系统时间要求等特点,常规的统一S频段(USB)测控设计和全球定位系统(GPS)接收系统设计难以满足卫星需求。文章提出了高全向覆盖的USB测控系统与基于射频合路方案的星载全空间可见的GPS接收系统方案设计及验证方法,介绍了测控分系统设计、技术特点,并给出了地面和在轨测试验证结果。以较低研制成本,简单的在轨测控实施需求,实现了任意对地姿态条件下卫星USB子系统的可靠测控和GPS子系统的在轨连续可靠定位。     

硬X射线调制望远镜卫星及有效载荷环境条件设计与试验验证

分析了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星及有效载荷特性,采用基于"下凹"控制策略的环境条件制定方法,有效降低有效载荷界面振动力学环境条件达57%,避免了有效载荷"过设计";提出了有效载荷部件级试验与整星级试验相结合的考核方法,避免了有效载荷"过试验"的风险;针对HXMT卫星研制特点提出了整星级环境试验方案。通过卫星系统级环境试验及在轨飞行验证表明:卫星环境条件设计正确、试验设计合理,达到了考核卫星设计的效果。     

硬X射线调制望远镜卫星1553B总线芯片RAM故障容错设计

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星总线控制器(BC)端和远程终端(RT)1553B总线芯片的使用特点,提出了一种针对性的容错设计。通过上注指令,触发计算机检测总线芯片随机存取存储器(RAM)区故障范围,并根据故障情况,使用RAM备份区域替换故障区域,从而使故障芯片恢复正常。在HXMT卫星及后续遥感卫星中,对此方法进行了软件实现和验证,结果表明:该方法可灵活便捷地处理多种总线芯片RAM区故障,避免了采用传统在轨维护方法给整星安全带来的风险。     

脉冲星MCP探测器设计与在轨验证

X射线脉冲星导航技术为航天器真正意义上的自主导航提供了一种途径。针对该技术在轨验证问题,提出了基于微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的X射线脉冲星导航探测器系统的设计。系统主要由光子探头、高压配电器和综合控制器组成。光子探头采用MCP作为核心功能部件,用于X射线光子信号的接收和倍增放大。高压配电器为光子探头中MCP提供工作电压。综合控制器作为探测器的管理中心,对探测器进行综合管理。MCP探测器由硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星搭载。通过在轨测试,成功地获取了Crab脉冲星辐射脉冲轮廓,为X射线脉冲星导航技术的研究积累了经验。     

基于多观测模式的科学卫星构型布局设计与验证

空间观测科学卫星一般会有多种观测模式,不同观测模式对卫星提出不同的构型布局需求。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨能够实现巡天、小天区、定点、伽马暴等4种主要观测模式。通过对卫星不同观测模式进行分析,得出各观测模式对构型布局设计需求,完成HXMT卫星适应多观测模式的构型布局设计。采用模块化、集成化的原理,设计服务舱+载荷舱的整星构型形式,以提高总装操作和测试的开敞性,实现并行研制;采用将望远镜背向安装在载荷舱顶板的布局方式,有效降低卫星平台对有效载荷的感生本底干扰,并屏蔽地球大气的反照本底;采用星敏感器与望远镜一体化安装布局,保证在轨望远镜光轴指向的确定精度;通过设置多维遮阳板,以减小定点和小天区扫描模式下对望远镜的空间外热流。     

硬X射线调制望远镜卫星望远镜主支撑结构设计与验证

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星望远镜的主支撑结构,包括高精度上板、高强度支撑筒、可调节的支撑杆、高刚度中板及轻量化下板,可承载高能、中能和低能望远镜,具有质量小、精度高、精度稳定性好、散热好等特点。地面环境模拟试验和在轨验证结果表明:主支撑结构能够保证高能、中能和低能望远镜的指向一致,指向精度满足科学目标要求,从而证明了设计的合理性。     

硬X射线调制望远镜卫星中能望远镜设计与验证

中能望远镜是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的3台望远镜之一,主要功能是5～30keV能区的X射线巡天及定点观测。其设计综合采用了低漏电流Si-PIN探测器技术,低噪声、高灵敏专用集成电路(ASIC)技术,以及高精度准直器技术,实现了高能量分辨率与高时间分辨率的设计要求。中能望远镜在轨运行1年多,平均能量分辨率半高宽(FWHM)优于3keV(在17.8keV时),时间分辨率为256μs,表明其性能优于能量分辨率指标FWHM 3keV(在20keV时)、时间分辨率1ms的科学分析需求。     

硬X射线调制望远镜卫星多样性姿态控制及在轨验证

为了实现硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星巡天观测、定点观测和小天区观测等在轨任务,文章提出在控制系统中采用多种姿态指向算法:对日定向慢旋、惯性定向三轴稳定、惯性定向循环小角度旋转等方法,给出了不同观测模式下具体的姿态控制算法,并从算法层面上保证了各约束条件的要求。在设计每种姿态控制算法时,除了需满足控制精度外,还实现了规避太阳或地球等约束条件。控制精度经数学仿真验证和在轨数据分析,结果表明:各个模式的指向精度和稳定度均满足总体要求。