[科普中国]-工程试验卫星-7

在21世纪初期，α国际空间站和先进的空间平台/航天器将被发射入轨。NASDA目前正在研究无人有翼往返运输系统HOPE以及与SS共轨的空间平台。HOPE将是日本航天史上第一个可重复使用的空间运输系统。为了实现这些空间计划，必须开发一些先进的航天技术，例如RVD技术以及利用空间机器人的在轨服务技术等，NASDA筑波空间中心已经针对这些关键技术进行了研究。1

RVD技术是开发空间平台、轨道服务器(OSV)，JEM后勤服务器、HOPE以及月球探测器等空间设施的先决条件，这些空间设施可进行各种不同的空间活动，诸如：航天器在轨修复、原料、消耗品和设备的补给和交换等。通过HOPE为SS提供后勤支持的任务必须在2l世纪初期实现，HOPERVD的特点是由无人航天器向载人航天器SS实现交会对接。

上述领域的研究工作起动于70年代初期，针对ETS一ⅣRVD系统的基础性研究工作已在1992年到1993年间完成。ETS—VIIRVD试验计划是NASDA的第一次在轨验证试验，被认为是NASDA开发RVD技术的第一步曲。ETS—VII卫星将于1997年采用H一Ⅱ火箭发射到观测热带雨林(TRMM)的工作轨道，其目的在于发展高度自动的RVD技术和空间遥操作机器人技术。2

日本的一些研究机构均参加ETS一Ⅶ卫星的研制，参加的机构及其试验仪器如下:

①高性能机械臂(通产省电子技术综合研究所)

②天线组合机构(通信综合研究所)

③析架结构(航空宇宙研究所)3

ETS-7空间飞行试验有三项内容：(1)自主自动空间交会对接飞行试验（RVD）；(2)空间机器人技术试验（RBT）；(3)通过教据中继卫星对多星测控。1

ETS-VII由东芝公司生产，总质量3.0t，其中追踪卫星2.5t，目标卫星0.5t。用H-2火箭把“热带降雨观测卫星”（TRMM）和ETV-VII采用一箭双星发射方式送到高350km、倾角35°的圆轨道，然后，ETV-VII通过星载变轨发动机进入550km圆轨道，追踪星与目标星分离。4

跟踪星采用已成功发射的“先进地球观测卫星”(ADEOS)所采用的高精度零动量三轴姿态控制方式，在稳态运行的全过程一直保持高精度三轴姿态控制，确保在每23小时内(15个轨道周期)完成1次RVD以及顺利地完成空间遥控操作机器人(RBT)试验。4

目标星也是采用三轴控制，在RVD试验中可保证目标星在自由飞行过程中指向地球，提供满足试验所需的环境。

ETS一Ⅶ由进行RVD试验的主动跟踪卫星和靶卫星这两颗卫星组成。主动跟踪卫星与靶卫星分离后,在达到最大相对距离30~50km时,用GPS接收机和光学敏感器(交会雷达、转向敏感器)进行高精度相对接近,在安全的速度下对接。

为了进行RBT试验,搭载了(远距离操纵型)遥控型机械臂,进行机械臂动作和卫星姿态控制系统的协调控制试验;用控制台进行各种远距离操纵试验;用轨道替换单元(ORU)进行轨道上的仪器交换;推进剂补给模拟试验等。此外,这些技术试验的地面控制经由数据中继卫星(COMET)S进行,从中掌握如何通过数据中继卫星传输,进行轨道上作业的应用技术。3

ETS-VII遥操作系统由星上机器人系统和地面控制系统组成。星上机器人系统主要包括机器人手臂、视觉系统、星上机器人控制系统以及包括ORU、任务版、目标卫星操作工具（TSTL）等在内的机器人手臂载荷等几个组成部分。而地面操作系统通过数据中继卫星的通信链路远程遥操作机械臂。ETS-VII机器人系统有两种远程控制模式：一是非间隔命令的远程编程模式；二是利用时间间隔命令的远程操作模式。

ETS-VII要完成自主交会对接任务，导航制导技术十分重要。ETS-VII有3中导航方式，每种方式的选择根据两星之间的距离而定：当两星距离在2m以内时，安装在追踪星上的相机敏感器测量两星相对位置和位姿；在2-500m时，采用激光雷达测量两星的相对位置和位姿；大于500m时，采用GPS接收机测量两星的相对位置和速度。追踪星接近目标星的轨迹由星上计算机根据测量数据计算得到。

ETS一Ⅶ卫星交会对接技术可归纳为下列四类：

(a)交会对接部件技术：检验为执行ETS一Ⅶ卫星交会对接任务的部件设计的正确性，例如制导和控制计算机(GCC)、逼近摄像敏感器PXS、交会激光雷达RVR、GPS接收机以及对接机构DM等；

(b)交会对接制导、导航和控制技术(GNC)：检验GNC系统功能，包括RVD系统软件的功能；

(c)交会对接飞行管理和运行操作技术：检验交会对接运行操作系统，包括星载系统和地面系统以及远距离操纵的能力；

(d)先进交会对接技术：演示先进摄像敏感器等等。2

发射时间：1997年11月

运载火箭：H-2（和热带雨林观测卫星一起发射）

轨道：高度550千米，倾角35°的圆轨道

发射重量：总重3.0吨，其中跟踪星2.5吨，目标星0.5吨

发电能力：跟踪星2.4千瓦，目标星0.6千瓦

主要飞行任务：RVD技术试验和空间机器人技术试验

运行方式：利用1997年发射的“通信广播试验卫星”（COMETS）进行数据中继（S波段）

通信数据处理系统：跟踪星：采用S波段高增益、全向天线和USB全向天线；目标星：采用S波段和USB全向天线；跟踪星和目标星之间：采用S波段报文分组数据处理+CU-RIU数据处理系统

电源盒太阳电池帆板系统：50V非稳定总线；Si太阳电池/刚性帆板

姿轨控制系统：跟踪星和目标星是均采用三轴姿态控制

结构、热控系统：采用帆板/中央圆桶式结构和被动式热控系统

推进系统：20N单元液体肼推力器；1N冷喷气推进系统4

寿命：约1.5年

ETS一Ⅶ的试验项目比较新颖，将RVD、RBT两种技术结合在一起,用机械臂操纵靶卫星,在世界上首次进行对接试验。

ETS-VII是世界上首颗带有机械臂的卫星，其发射成功是在轨服务空间机器人研制中的一个重要的里程碑事件，极大推动了世界各航天国家对在轨服务的研究。5