案例研究 - 瑞典空间研究中心

Posted in 客户档案

swedish space corporation001  过去几十年见证了为航天行业提供服务和硬件的商业公司的崛起,打破了政府部门的垄断局面。其中一家此类企业就是瑞典空间研究中心 (Swedish Space Corporation),它是全球卫星任务和太空操作领域的先行者。

swedish space corporation002  瑞典空间研究中心集团 (SSC Group) 为众多客户和他们的空间项目提供服务,经常从瑞典北部基律纳市郊外的雅斯兰吉航天中心发射探空火箭和气球。雅斯兰吉航天中心的位置十分理想,位于一片广阔的无人居住的陆地中部,根本不用担心火箭会着陆在大海中,因此可轻松回收。

  正如人们所预料的,这涉及到诸多技术挑战,发射气球或探空火箭(它们本身就价值不菲,更别提它们的有效载荷)突破地球大气层绝对需要一丝不苟的准备。其中一个方面自然是航空器的 GNSS 导航能力,因此这需要安装“太空级”接收器。

  GNSS 接收器的销售和出口受到《瓦森纳协定》的限制,该协定由 41 个国家控制,他们确定和维护着一份需要许可和出口管制的技术清单。该协定成立于 20 世纪 40 年代冷战开始时,最初的名称为 CoCom(多边出口管制统筹委员会),旨在管制每个成员国的武器出口。

  随着新技术的出现,CoCom 管制范围的定义变得越来越宽,以致于它不仅限制弹药和防御,还限制“军民两用产品和技术”。换言之就是:日常生活所用并是军械系统成员的装置、软件或它们的使用培训和协助材料。

  CoCom 于九十年代初解散,由 1994 年的《瓦森纳协定》取代。GNSS 接收器此时已被包含在内,目的是确保它们不会被用于制导弹道导弹。它们的功能被限制于最高速度为 1000 节(约 1850 公里每小时),并且有效高度不超过 18 千米。任何需要使用此功能者均需申请相关的政府许可;获得许可后,他们就能将其用于规定范围以外的用途。

swedish space corporation003  瑞典空间研究中心放飞的气球主要用于大气研究、天文研究和气象监测,不会快速上升或具有很快的对地航向速度,但可达到 45 千米高度,因此即使不需要高动态能力,接收器也要达到太空级别。火箭的情况则不同,它的飞行速度可达 1.26 万公里每小时,飞行高度可达 800 千米,因此这类航空器所用的接收器必须达到现有的最高级别。

  鉴于空间探索和任务规划的特性,应做到万无一失,瑞典空间研究中心要求必须对接收器处理火箭和气球发射及轨迹数据的能力进行测试,但《瓦森纳协定》对此并无限制。他们目前使用 LabSat 模拟器执行这些测试。

  他们过去遇到的一个问题是,在接收器固件更改后(例如为了更新星座或处理闰秒),就会出现故障或错误。瑞典空间研究中心的高级技术顾问 Gunnar Andersson 解释说:

  “我们有时会要求接收器制造商对他们的固件进行更改,有时他们会因为更新较旧的芯片组而发布新代码。但我们必须始终执行测试,以确保最新的固件能在太空中启用,因为如果在火箭上升到 18 千米时突然失去了方位,我们就会遇到严重的问题,任务可能失败。我们还会对我们的系统做出一些细微改动,这些都需要在发射前进行验证。LabSat 可完全令人满意地做到这些。”

  直到最近,Gunnar 才与他的同事开始使用位于慕尼黑的一个模拟器。

  “这没有问题”,他说,“但访问它有点难度,距离也很远,有点不方便。我们的确需要在基地拥有这样的装置。在试验中使用 LabSat 的效果很理想,因此我们确定它就是合适的设备。”

swedish space corporation004  但在瑞典空间研究中心能够充分利用 LabSat 的功能前,有一些问题需要克服。尽管可以用 SatGen 模拟软件生成发射和轨道场景,但需要进一步的开发才能让飞行路径包含下降阶段,以前没有这种要求。瑞思捷总经理 Julian Thomas:

  “我们已经拥有将 LabSat 和 SatGen 用于空间应用的客户,这些应用包括发射和行星轨道在内的场景。但瑞典空间研究中心发现该软件除了能生成他们火箭的预计G力和加速率,以及一般的高动态数据外,无法生成包含火箭发射和下降轨迹的场景。”

  “一旦明白了这个要求,我们就能进行必要的更改,一周内,他们就成功进行了测试。”

swedish space corporation005

  Gunnar 证实说:

  “我们的火箭达到了 100 千米至 800 千米之间的高度,发射加速度达到了 20g,临时加加速率高达 50g,动态性很强。SatGen 软件最初无法生成这些,但我们发现瑞思捷的支持部门很棒,他们很快就解决了问题。”

  “接下来,我们想在试验台上使用我们的 LabSat 来测试我们的天线系统。出于稳定性原因,我们的大多数火箭在上升阶段都会而发生旋转,但这在使用 GPS 信号时会导致问题,因为它会产生额外的相位偏移。我们的目的是将天线和 LabSat 安装在一个转盘上,并录制我们可回放的信号,从而优化我们的天线和接受器设置。”