[科普中国]-高真空轨道模拟器

高真空

真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。

按压力等级来分，真空类型分为低真空，中真空，高真空以及超高真空（UHV）。

在一个给定的空间，当内部气体分子被抽得很稀薄，压强低于一个大气压以下时的状态叫真空。气体的稀薄的程度叫真空度。当真空度低于时称为高真空。

背景站在空间工程控制技术的高度分析未来空间通信技术的发展趋势，可得出这样一个结论:随着静止轨道上运行的卫星数量的增加，轨道将变得越来越拥挤，这就需要我们对轨道间的交通状况采取管理措施，这首先就要从掌握同一经度轨道上配置若干颗卫星的情况入手。许多情况下是在同一经度上配置多颗卫星，这不仅仅是随发射卫星数的增加而增加的自然现象，有时也是人们有意识这样做的。例如广播卫星，有时不仅配备轨道工作星，而且还要在同一轨道经度上配备轨道备份星，在新旧两代星交替之际，在某段时间在同一轨道经度上需要配置新、旧两颗星。而上述两种情况在今后仍将持续下去。另外，人们还在研究将来采取在同一经度上邻近配置多颗卫星，在卫星间彼此构成一个链路，形成一个大规模的通信系统(静止卫星组)。伴随通信卫星的大型化和永久设施的日臻完善，还必须进一步解决静止轨道交会对接作业提供在轨服务等问题。也就是说，今后空间通信控制系统的一个主要研究课题是如何掌握及控制在轨卫星间的相对位置关系。日本鹿岛宇宙空间通信中心所确定的一个重要研究课题就是“今后通信任务中的控制技术的开发"，作为完成这项课愿的关键的第一步就是在实验室内建立起通信任务中控制技术的基本概念并进行验证，完善关键的试验装置。1

全轨道实时星模拟器星敏感器应用于卫星姿态控制是我国航天技术水平发展的一个重要标志，其主要是应用星图的实时校正来校正、稳定卫星的姿态。这一技术的采用在我国尚属首次，然而作为其地面功能及系统仿真用的全轨道实时星模拟器的研制几乎是空白。星模拟器不仅要根据卫星的姿态及轨道位置动态模拟全天星图，而且还要满足CCD星敏感器接收及识别的要求，模拟导航星的星等、光谱、精确位置。实时全星图星模拟器的研制涉及到光学技术、电子技术、模式识别技术、天文知识等许多领域，尽管国外在星模拟器的研制方面起步较早，但也大多局限用于星跟踪器地面检测及标定的星模拟器的研制(仅需几颗有限星的精确位置及光谱)，而实时全轨道星模拟器的研制相对发展较慢。据报导美国休斯公司研制了一种全星图星模拟器。它采用了先进的液晶光阀技术，造价在几十万美元以上，但到目前为止我们尚未见到有关技术资料。国内在这一领域没有完成的先例，这无疑是一项难度及耗资都较大的工程，近年来我们与有关单位合作在实时全轨道星模拟器设计及研制方面作了大量的工作，并取得了相当的进展。

全轨道实时星模拟器的研究是以我国后续卫星姿控系统半物理仿真试验为背景。星模拟器工作的主要原理是任一时刻能生成一个随卫星轨道位置及姿态变化的星图。星模拟器先将天空中的2-6等导航星存储在星图生成计算机中，工作时将卫星即时所对应的星图送至星图生成器上.。星敏感器采集星图，并与存储在星敏感器计算机中的理想姿态的星图比较，就可以确定卫星的姿态(俯仰、偏航、滚动)。模拟器上星图的移动速度由卫星的轨道角速度和卫星姿态角速度确定，星图的位置由卫星的轨道角位置及卫垦的姿态角确定。2