[科普中国]-中国返回式遥感卫星

简介

返回式卫星指在轨道上完成任务后，有部分结构会返回地面的人造卫星。返回式卫星最基本的用途是照相侦察。比起航空照片，卫星照片的视野更广阔、效率更高。早期由于技术所限，必需利用底片才能拍摄高清晰度的照片，因此必需让卫星带同底片或用回收筒将底片送回地面进行冲洗和分析。各个航天大国都曾利用返回式卫星作军事侦察及国土普查用途。现在由于可从卫星上直接传送影像数据到地面，返回式卫星的功能又演变为进行需要回收实验品的空间试验室。

2015年11月29日是中国第一颗返回式卫星成功回收40周年纪念日。从20世纪70年代以来共研制了6种型号，完成了24次发射，成功回收22次。返回式卫星是中国航天遥感事业的开拓者，在传输式遥感卫星未发展之前的二十多年里，中国国产的航天遥感资料都来自于返回式卫星。中国的返回式卫星的遥感资料主要应用于国土资源普查、大地测量等方面；在城乡规划、水利建设、地质资源勘探、河流海岸监测、考古以及太空育种等众多领域发挥了重要作用；另外，还进行了大量的搭载科学试验，取得了丰硕成果，获得了明显的经济效益和社会效益。

返回式卫星0号(FSW-0)是我国第一代国土普查卫星，于1975年11月26日发射入轨，29日返回。中国的首颗返回式卫星的成功回收，使中国成为继美国、前苏联之后世界上第三个掌握返回式卫星技术的国家。为掌握这项技术，美国曾耗费了12颗卫星失败的高昂代价，前苏联也同样经历了13次失败才成功。1

中国返回式遥感卫星型号迄今为止，返回式卫星是中国发射次数最多的一种卫星，创造了巨大的社会效益和经济效益。为了适应有效载荷的变化，先后对返回式卫星平台进行了多次改进，不仅有效载荷的质量有所增加，卫星的在轨时间也大幅度延长。先后研制并发射了FSW-0、FSW-1、 FSW-2、FSW-3、 FSW-4五种型号的返回式卫星以及实践8号育种卫星，掌握了返回式卫星的总体设计、制造、防热、大型试验、卫星发射、跟踪测控和卫星回收等各种关键技术，后续型号充分继承和吸收了前面型号的成功经验和成熟技术。1

① FSW-0：第一代返回式国土普查卫星，共进行了10次发射，9次发射并成功回收。取得了卫星制造、卫星发射、跟踪测控和卫星回收的技术发展。

② FSW-1：第一代返回式摄影测绘卫星，共进行 5次发射，4次成功回收。该型号在计算机控制技术、舱压控制等方面有比较大的进步，卫星飞行时间增加到8天。

③ FSW-2：第二代返回式国土普查卫星，共进行3次发射，3次成功回收。飞行时间15天。

④ FSW-3：第二代返回式摄影测绘卫星，共进行了3次发射，3次成功回收。飞行时间18天。

⑤ FSW-4：返回式国土详查卫星，共进行了2次发射，2次成功回收。飞行时间27天。

⑥ SJ-8：实践八号育种卫星，进行空间诱变育种和空间微重力科学实验。

分系统简述FSW-0和FSW-1具有相同的外形，其形状为羽毛球状的钝头截锥体，最大直径为2200毫米，总长为3144毫米，头部半锥角为10度，由仪器舱和回收舱组成。FSW-2的外形与FSW-1相差较大，相当于在原0号和1号的结构底部增加了1个高1500毫米、直径2200毫米的圆柱段。其总长为4644毫米，最大直径为2200毫米。

FSW-0有11个分系统：有效载荷、结构、热控、姿控、程控、遥测、遥控、跟踪、天线、回收以及电源分系统。而FSW-1和FSW-2增加了一个压力控制分系统。2

有效载荷我国返回式卫星的有效载荷都是胶片型可见光遥感相机。卫星发射前装有一定数量的胶片，发射入轨后通过星上的程序装置或地面遥控使相机对地开机照相，按计划的摄影区域，获取地物目标信息。卫星完成全部摄影任务后，返回舱脱离运行轨道，带若摄影胶片返回地面。应用系统将摄影胶片冲洗处理后，获得地面景物的照片。

结构分系统FSW-0和FSW-1的结构分系统主要由2个舱段结构组成。仪器舱壳体为铝合金金属结构，舱内主要安装照相机及在轨工作的仪器。仪器舱其有良好的密封性，可以满足照相机在轨工作的压力环填。回收舱内衬为铝合金，外部为耐高温的烧蚀材料。回收舱在再入大气过程中，由于严重的气动加热会产生高温，外部的烧蚀材料一边烧蚀一边将热量带走，从而保证舱体不会烧毁，并且内部有合适的环境温度。仪器舱和回收舱用爆炸螺栓相连接，在需要分离时，通过电控引爆使两舱分离。FSW-2由3个舱段组成：仪器舱、制动舱和回收舱。其材料和舱段连接方式与前两个型号相仿。

热控分系统热控分系统利用保温与散热等不同的措施，保证星上设备有合适的工作环境。卫星在运行过程中，向阳面温度高，背阴面温度低，返回式卫星的这种温差可以达到200摄氏度。另外，用电功耗大的仪器会发热，需要将热量散发出去，处于低温环境的设备需要保温或加温，这些都要靠热控措施来解决。返回式卫星的热控措施和其它的卫星一样，有被动热控和主动热控之分。被动热控就是为被控设备选择合适的表面涂层或隔热保温材料进行保温，或用散热好的材料散热。而主动热控则是以电控方法采用加热或通风的办法达到升温或降温的目的。FSW-0采取被动热控措施，1号和2号采用被动热控与主动热控相结合的方式，以保证星上设备具有正常的温度环境。

姿控分系统返回式卫星的控制分系统共有姿态控制和轨道维持两方面的功能，姿态控制是对地定向三轴稳定系统、可以满足有效载荷对地摄影的姿态要求，还用于给出返回前的姿态基准。它用陀螺和红外地球敏感器作姿态测量部件，用冷气喷气系统作执行机构来完成控制功能，2号增加了轨控发动机，作为长时间飞行的轨道维持手段。

程控分系统程控分系统的主要功能是产生程序控制指令，控制照相机和其他需定期开关机的设备。

遥测分系统遥测分系统的功能是采集星上数据，经编码、调制后，由射频传到地面站、经地面接收解调和处理后。得到所需的卫星工程数据。

遥控分系统遥控分系统的功能是接收地面发送的指令信息，收到后向星上其他设备发出指令。控制星上设备的开关机和状态变化。1号和2号返回式卫星的遥控分系统增加了数据注入的功能。星上姿控、程控、遥控等分系统使用计算机或微处理器，加上遥控分系统的数据注入功能，地面就可以方便地用数据注人的办法修改卫星的飞行程序。这对于需要根据天气情况开机照相的遥感任务来说，是非常重要的。

跟踪分系统跟踪分系统的功能是完成地而跟踪和轨道测量。星上装有双频测速和雷达测距设备，地面和星上设备相互配合测出卫星到地面站的距离与方位，经计算得到卫星的轨道数据。

回收分系统回收分系统的功能是保证卫星的安全着陆。当卫星完成在轨摄影和科学试脸任务后。由姿控系统调整好卫星姿态，返回舱和仪器舱分离。分离时刻作为时间零点，回收分系统由此开始执行卫星的回收程序，发出一系列指令，如制动火箭点火、无线电设备开机、降落伞开伞等。使返回舱离开运行轨道飞向地球，到一定的高度打开降落伞，最后软着陆。

电源分系统电源分系统包括电池，电源变换器和配电器及电缆等设备。其功能是为其他设备供电和配电。使星上设备能正常工作。电源分系统采用的电池为锌银化学蓄电池。

压控分系统1号和2号返回式卫星增加了压控分系统。其功能是控制密封舱的压力力，以满足相机工作的压力环境要求。2

卫星运行程序返回式卫星从发射到返回地面的飞行程序大致为：

1、运载火箭点火，运载火筋完成主动段飞行，将卫星送到预定的轨道；卫星和运载火箭分离、卫星入轨；星箭分离开关启动姿控。程控系统工作。

2、按预定计划，由程控指令开机。对预定地面地区照相或进行其它科学试验。

3、卫星完成照相和其它试脸任务后实施返回。返回时首先将卫星调整到返回姿态，两舱分离，制动火箭点火，返回舱脱离运行轨道，卫星以一定的再入速度飞向地球。在通过稠密大气层前，FSW-2要抛掉含有制动火箭的制动舱，而FSW-0、1则在进入稠密大气层后速度减到一定值时再抛掉制动火箭和返回舱大底。

4、当回收舱到达一定高度时降落伞开始工作。开伞前无线电设备开机、地面接收无线电信号并跟踪目标。直到回收舱降落地面。回收人员到达现场将舱体收回，完成一次卫星的飞行任务。2

创新特点留轨试验中国用返回式卫星进行卫星留轨试验是个创新。一般情况下，仪器舱在与返回舱分离后，继续留在原来的轨道上飞行，成为无用的太空垃圾。其轨道逐渐衰减，直至坠人稠密大气层焚毁。卫星留轨试验是指在仪器舱分离后，利用它本身的全姿态捕获功能，将仪器舱恢复正常的运行姿态，成为一颗新的技术试验卫星。这样就可以在上面进行一系列科学技术试验，特别是那些不宜在卫星正常运行情况下进行的故障模式试验，从而变废为宝。

一星多用，搭载试验在完成对地观测的大前提下，在 FSW-2上以搭载的形式进行了一些科学试验。在3颗FSW-2上进行的两类搭载试验都取得了成功，达到一星多用、多方受益的预期目的。第三颗返回式卫星2号搭载的有效载荷总质量达到了265kg，相当于发射了一颗小型科学技术试验卫星。中国的返回式卫星还为多家外国公司提供了搭载服务。

平台扩展性好FSW-3 , FSW-4和“实践八号”卫星能够快、好、省地研制出来并圆满地完成飞行任务，其重要的原因就是利用了公用平台技术。卫星的主要结构部件、返回舱的气动外形以及控制、返回、程控、压控、遥测、遥控等分系统都具有非常好的继承性。在继承成熟技术的基础上，这些分系统又都有技术上的进步。1