日本宇宙事業開發集團（National Space Development Agency of Japan，NASDA）為了獲取空間機器人技術和交會對接技術制定了ETS-VII的研製計畫，工程試驗衛星-7（ETS-7）是東芝公司生產的一顆在軌專門完成交會對接 、空間機器人技術試驗的先進衛星。
ETS-7計畫於1992年4月開始方案設計，1994年秋轉入正樣，1995年秋完成正樣，10月進入總裝；1996年秋進入綜合測試，1997年11月發射。原計畫工作一年半，但實際上一直工作到1999年11月，為日本的研究人員提供了大量的試驗機會。
基本介紹
- 中文名：工程試驗衛星-7
- 外文名：ETS-VII
- 國家：日本
- 研製單位：日本宇宙事業開發集團
- 生產單位：日本東芝公司
研製背景,組成和軌道,工作原理,關鍵技術,性能參數,意義,
研製背景
在21世紀初期，α國際空間站和先進的空間平台/太空飛行器將被發射入軌。NASDA目前正在研究無人有翼往返運輸系統HOPE以及與SS共軌的空間平台。HOPE將是日本航天史上第一個可重複使用的空間運輸系統。為了實現這些空間計畫，必須開發一些先進的航天技術，例如RVD技術以及利用空間機器人的在軌服務技術等，NASDA筑波空間中心已經針對這些關鍵技術進行了研究。
RVD技術是開發空間平台、軌道伺服器(OSV)，JEM後勤伺服器、HOPE以及月球探測器等空間設施的先決條件，這些空間設施可進行各種不同的空間活動，諸如：太空飛行器在軌修復、原料、消耗品和設備的補給和交換等。通過HOPE為SS提供後勤支持的任務必須在2l世紀初期實現，HOPERVD的特點是由無人太空飛行器向載人太空飛行器SS實現交會對接。
上述領域的研究工作起動於70年代初期，針對ETS一ⅣRVD系統的基礎性研究工作已在1992年到1993年間完成。ETS—VIIRVD試驗計畫是NASDA的第一次在軌驗證試驗，被認為是NASDA開發RVD技術的第一步曲。ETS—VII衛星將於1997年採用H一Ⅱ火箭發射到觀測熱帶雨林(TRMM)的工作軌道，其目的在於發展高度自動的RVD技術和空間遙操作機器人技術。
日本的一些研究機構均參加ETS一Ⅶ衛星的研製，參加的機構及其試驗儀器如下:
①高性能機械臂(通產省電子技術綜合研究所)
②天線組合機構(通信綜合研究所)
③析架結構(航空宇宙研究所)
ETS-7空間飛行試驗有三項內容：(1)自主自動空間交會對接飛行試驗（RVD）；(2)空間機器人技術試驗（RBT）；(3)通過教據中繼衛星對多星測控。
組成和軌道
ETS-VII由東芝公司生產，總質量3.0t，其中追蹤衛星2.5t，目標衛星0.5t。用H-2火箭把“熱帶降雨觀測衛星”（TRMM）和ETV-VII採用一箭雙星發射方式送到高350km、傾角35°的圓軌道，然後，ETV-VII通過星載變軌發動機進入550km圓軌道，追蹤星與目標星分離。
跟蹤星採用已成功發射的“先進地球觀測衛星”(ADEOS)所採用的高精度零動量三軸姿態控制方式，在穩態運行的全過程一直保持高精度三軸姿態控制，確保在每23小時內(15個軌道周期)完成1次RVD以及順利地完成空間遙控操作機器人(RBT)試驗。
目標星也是採用三軸控制，在RVD試驗中可保證目標星在自由飛行過程中指向地球，提供滿足試驗所需的環境。
工作原理
ETS一Ⅶ由進行RVD試驗的主動跟蹤衛星和靶衛星這兩顆衛星組成。主動跟蹤衛星與靶衛星分離後,在達到最大相對距離30~50km時,用GPS接收機和光學敏感器(交會雷達、轉向敏感器)進行高精度相對接近,在安全的速度下對接。
為了進行RBT試驗,搭載了(遠距離操縱型)遙控型機械臂,進行機械臂動作和衛星姿態控制系統的協調控制試驗;用控制台進行各種遠距離操縱試驗;用軌道替換單元(ORU)進行軌道上的儀器交換;推進劑補給模擬試驗等。此外,這些技術試驗的地面控制經由數據中繼衛星(COMET)S進行,從中掌握如何通過數據中繼衛星傳輸,進行軌道上作業的套用技術。
ETS-VII遙作業系統由星上機器人系統和地面控制系統組成。星上機器人系統主要包括機器人手臂、視覺系統、星上機器人控制系統以及包括ORU、任務版、目標衛星操作工具（TSTL）等在內的機器人手臂載荷等幾個組成部分。而地面作業系統通過數據中繼衛星的通信鏈路遠程遙操作機械臂。ETS-VII機器人系統有兩種遠程控制模式：一是非間隔命令的遠程編程模式；二是利用時間間隔命令的遠程操作模式。
關鍵技術
ETS-VII要完成自主交會對接任務，導航制導技術十分重要。ETS-VII有3中導航方式，每種方式的選擇根據兩星之間的距離而定：當兩星距離在2m以內時，安裝在追蹤星上的相機敏感器測量兩星相對位置和位姿；在2-500m時，採用雷射雷達測量兩星的相對位置和位姿；大於500m時，採用GPS接收機測量兩星的相對位置和速度。追蹤星接近目標星的軌跡由星上計算機根據測量數據計算得到。
ETS一Ⅶ衛星交會對接技術可歸納為下列四類：
(a)交會對接部件技術：檢驗為執行ETS一Ⅶ衛星交會對接任務的部件設計的正確性，例如制導和控制計算機(GCC)、逼近攝像敏感器PXS、交會雷射雷達RVR、GPS接收機以及對接機構DM等；
(b)交會對接制導、導航和控制技術(GNC)：檢驗GNC系統功能，包括RVD系統軟體的功能；
(c)交會對接飛行管理和運行操作技術：檢驗交會對接運行作業系統，包括星載系統和地面系統以及遠距離操縱的能力；
(d)先進交會對接技術：演示先進攝像敏感器等等。
性能參數
發射時間：1997年11月
運載火箭：H-2（和熱帶雨林觀測衛星一起發射）
軌道：高度550千米，傾角35°的圓軌道
發射重量：總重3.0噸，其中跟蹤星2.5噸，目標星0.5噸
發電能力：跟蹤星2.4千瓦，目標星0.6千瓦
主要飛行任務：RVD技術試驗和空間機器人技術試驗
運行方式：利用1997年發射的“通信廣播試驗衛星”（COMETS）進行數據中繼（S波段）
通信數據處理系統：跟蹤星：採用S波段高增益、全向天線和USB全向天線；目標星：採用S波段和USB全向天線；跟蹤星和目標星之間：採用S波段報文分組數據處理+CU-RIU數據處理系統
電源盒太陽電池帆板系統：50V非穩定匯流排；Si太陽電池/剛性帆板
姿軌控制系統：跟蹤星和目標星是均採用三軸姿態控制
結構、熱控系統：採用帆板/中央圓桶式結構和被動式熱控系統
推進系統：20N單元液體肼推力器；1N冷噴氣推進系統
壽命：約1.5年
意義
ETS一Ⅶ的試驗項目比較新穎，將RVD、RBT兩種技術結合在一起,用機械臂操縱靶衛星,在世界上首次進行對接試驗。
ETS-VII是世界上首顆帶有機械臂的衛星，其發射成功是在軌服務空間機器人研製中的一個重要的里程碑事件，極大推動了世界各航天國家對在軌服務的研究。
