實踐四號衛星

實踐四號衛星（SJ-4）是一顆地球同步轉移軌道衛星，是為研究帶電粒子及其效應而研製的專用衛星。1994年2月8日，實踐四號衛星在西昌衛星發射中心發射成功。實踐四號衛星上的空間單粒子動態監測計算機通過7個月的空間飛行試驗，為空間輻射環境的研究獲取數據，使中國國首次獲得了200～36000千米之間的空間環境參數和高能粒子效應資料，並在中國國首先把系列化、通用化、模組化的設計思想維用到航天計算機領域。

實踐四號衛星的目的主要是進行空間帶電粒子環境探測和環 境效應的研究，為長壽命、高可靠性太空飛行器的設計積累第一手資 料；同時也進行一些新技術試驗， 對後續型號將使用的新技術、新部件進行在軌運行條件下的考驗；此外，也為我國利用搭載機會發展小型衛星的路子進行探索。

基本介紹

• 中文名：實踐四號衛星
• 外文名：SJ-4
• 發射時間：1994年2月8日
• 發射地點：西昌衛星發射中心
• 分類：地球同步轉移軌道衛星

研製過程

實踐四號研製任務於1991年12月下達，要求在一年多的時間內，用很有限的經費完成這顆衛星的研製。衛星由中國空間技術研究院北京空間飛行器總體設計部負責研製，星上有效載荷由中國科學院空間中心負責研製。

任務下達後，空間飛行器總 體設計部立即抽出人員組成研製 隊伍，全面開展了衛星的研製工 作。針對這顆衛星研製周期短、經費少等制約條件，設計師系統仔細地推敲了研製程式，經認真分 析，合理地簡化了一些步驟和階 段。作為整星，不再按常規分初樣和正樣兩步，也沒有結構星和溫 控星，而是只生產一顆星，按串聯星和正檢星做完各項大型試驗 後，再經少量修改便直接用作發射星。這樣，在保證質量的前題下縮短了研製周期。

這顆星整個研製過程歷時約 2年，可粗分為：方案論證、設計 和生產、總裝和電測、大型試驗 (包括力學環境試驗、熱真空試 驗、質量特性和精度測量等）、靶場測試和發射等5個階段。衛星發射後，轉入在軌運行管理階段。

實殘四號衛星研製成功的經 驗之一是充分利用已有衛星的研 制經驗、技術和設備，以及其他在研型號已取得的研製成果、經驗 和技術。只要適用,都直接套用或 修改後利用。這樣，提高了可靠 性，節省了時間和經費，使研製隊伍得以集中精力解決這顆星的技術關鍵。這顆星能夠在不到兩年的時間內研製成功，正是具有26顆衛星研製經驗的北京空間飛行器總體設計部綜合實力的體現。

衛星總體

這顆重400公斤的衛星的外形為一直徑1.6米的圓柱體，圓 柱體的腰部伸出兩根遙控接收天 線，衛星連同頂部伸出的超短波 遙測發射天線的總高度將近2.2米。

衛星由結構、姿態測量與穩定、電源、熱控、測控與天線和有效載荷等6個分系統組成。

衛星結構

衛星結構採用中心承力筒式的框架結構形式，儀器安裝在星體中部的儀器安裝板上，探測儀器的感測器分布在星體腰部、頂部和底部。25塊太陽電池分別安裝在衛星的柱面、頂面和底面。衛星底部的 椎面通過包帶與運載火箭聯接。

姿控分系統

根據探測任務的需求，選用了自旋式姿態穩定。按發射程式的安排，衛星與運載火箭分離入軌後自行起旋。星載的一組模擬式太陽敏感器和兩軸式的磁場強度計用來測量衛星相對於太陽矢量和相對地矢量的位置從而確定衛星在慣性空間的姿態，以建立空間探測的基準。同時可獲得衛星的太陽 入射角、自旋轉速和章動運動等信息。此外，還可利用磁場強度計進行 星體剩磁的在軌測量。

電源分系統

由安裝在衛星外表面的1萬 多片轉換效率為12%的背反射式太陽電池組成太陽電池陣。它與一組15安時的鎘鎳蓄電池一起為衛星供電。在日照區，太陽電池陣的輸出經多級並聯分流調壓後作為母線電壓直接向負載供電，同時為蓄電池充電。在星蝕期由蓄電池經升壓調節器向負載供電。雖然這類大橢圓軌道的星蝕期可能超過2小時，實踐四號發射視窗選擇合適，可使衛星在半年內星蝕期不超過60分鐘，相應的蓄電池放電深度為25%。電源分系統提供的母線功率為65W,母線電壓為27伏，儀器所需的其他電壓，由二次電源變換器提供。

熱控分系統

衛星的內熱源較小，日照角 因衛星採用自旋穩定方式而有很 大的變化範圍，加之是在大橢圓軌道上運行，在近地點和遠地點 衛星所獲得的外熱流變化達 40%，這些因素對熱控設計是很 不利的。經熱分析計算及整星熱 平衡試驗，確定了以被動熱控為 主，局部輔以主動熱控的方案。星體表面的熱控面上，較多地採用高吸收率-發射率比,低發射率的表面材料以實現星體的熱平衡.星蒙皮內表面包覆多層隔熱材料以減少散熱及隨日照角和星蝕期變化引起的艙內溫度變化。

測控與跟蹤分系統

採用超短波測控體制實現對 衛星的跟蹤測軌，遙控和遙測。通過地面測控網可對衛星實施實時遙控、延時遙控和數據載入。功率為1W的遙測發射機向地面傳送衛星服務系統的工程參數和空間環境探測數據。地面站不可視弧段上的數據暫存在星載存儲器 內，待衛星過境時用延時遙測通 道傳送到地面。為在各種姿態下達到較遠的作用距離，要求天線 有較高的增益和合適的方向圖 形，為此，專門設計了雙線螺旋天線，在子午面60°寬的波束內，增益 G≥0dBi。

有效載荷

有效載荷共有6台探測儀 器：質子探測器、電子探測器、電漿探測器、電位監視器、單粒子事件靜態監測儀和單粒子事件 動態監測儀。這些儀器用來探測空間的電子、質子和重離子，覆蓋 了從數十電子伏的電漿到數 百兆電子伏的銀河宇宙線的非常 寬的能譜，可以測量各主要帶電 粒子區中的各種帶電粒子，並可 測量與監視這些空間帶電粒子作 用於太空飛行器上所產生的效應。

運行軌道

根據太空帶電粒子的分布場情況，衛星選擇了一條近地點高200公里，遠地點高36000公里、傾角28度的較理想的運行軌道。在近地點，衛星處於輻射帶邊線以下，隨著衛星向高軌道方向運行，衛星將進入輻射帶並穿越輻射最強的區域，最後到達輻射帶外邊緣以外地區。衛星每天約有兩次機會測到輻射帶沿高度分布的一個完整剖面。

衛星探測特點

（1）探測能譜範圍寬，幾乎覆蓋了對太空飛行器有影響的全部能量範圍；

（2）探測成分全，包括電子、質子和重離子；

（3）同時測量環境參數和效應，可為衛星異常提供完整的對比數據，容易找出因果關係。

衛星運行狀況

實踐四號衛星在軌運行狀態良好，各服務系統工作正常。測控系統的作用距離超出了設計指標，跟蹤距離可達4萬公里,在較好的可視弧段內，遙測的接收距離可達3.5萬公里， 遙控作用距離超過2萬公里。衛星入軌姿態準確，起旋正常，自旋轉速為21.6轉/分。初始自旋軸指向黃極附近。初始章動角約1°。星上各部位的溫度正常，熱控系統為大多數儀器提供了10-25°C的理想工作環境溫度。

電源系統工作良好，為星載 各儀器設備提供了穩定的電源。 其中一次電源採用的穩壓型母線 直接供電體制，是我國衛星上首 次套用的新體制。衛星入軌後系 統工作良好，日照期由太陽電池陣並聯分流調節器、星蝕期由蓄電池放電升壓調節器，使母線電壓穩定在27±1.5伏範圍內（優於設計指標），直接向使用27伏電壓的負載供電。電源系統在軌運行的結果，為後繼型號星套用這種體制積累了經驗。

氫鎳電池組的飛行試驗 是在這顆星上進行的一項新技術試驗。氫鎳電池具有重量輕，放電深度深和壽命長等優點，受到國內外的廣泛重視。該氫鎳蓄電池組，在經歷了嚴格的地面模擬及環境試驗後，裝載在實踐四號衛星上進行飛行試驗。衛星發射前氫鎳電池容量基本放空，待衛星入軌後50天，氫鎳電池組投入試 驗，它與太陽電池陣組成的一次電源正式投入運行，為整星供電。 系統在經歷了近60分鐘星蝕軌道和全日照軌道運行幾個月，氫鎳電池的充放電電壓、電流及溫度全部正常，氫鎳電池的充放電電壓、電流及溫度全部正常，並且實現了由可選擇的V-T曲 線控制充電狀態。氫鎳電池首次飛行試驗獲得的初步結果，為推進氫鎳電池在新型號中套用起到了重要作用。

各項空間帶電粒子探測儀器和環境效應試驗儀器都工作正常。電子、質子和電漿等探測儀器，測到了高能和低能電子、質子能譜和空間分布的大量數據。 電位監視器測到了一2000伏的表面電位。靜態單粒子監視儀監測到平均每天3.4次單粒子翻轉事件。以80C86晶片為中央處理的動態單粒子監視儀曾測到頻 度更高的單粒子翻轉事件。

實踐四號衛星每天4次穿越內外輻射帶的中心區，這對空間 帶電粒子探測是很好的機會，可是對衛星來汫，是十分不利的，它必須在這種惡劣的環境下運行。衛星運行第19天就發生了一起較嚴重的單粒子鎖定事件，動態單粒子監測儀中的CMOS電路發生鎖定，電流增加約800毫安，致使二次電源發生過流保護，這一路電源暫停供電。經從西安衛星測控中心向衛星傳送遙控指令，解除了鎖定狀態，電源及各有關儀器都恢復了正常。

這些探測項目所取得的結 果，使我們對空間帶電粒子環境 有了進一步的了解.也在計算機及大規模積體電路在空間套用的適應性和防護措施方面積累了寶貴的經驗。

研究成果

（1）SEU的計數與分布從發射之日起逐日增加，其隨磁殼參數L的分布在1.25～1.75和5.75～6.75處SEU出現次數最多；

（2）輻射帶形貌結果與國外模型比較大致相似；

（3）實驗了克服CMOS組件閂鎖的技術措施並取得成功；

（4）第一次測到了熱電漿與衛星表面電位之間的關係。