银河航天徐鸣：细说卫星在轨控制三个阶段，如何控制好在太空行驶的“无人驾驶汽车” | CEO专栏

在钛媒体上一篇《银河航天徐鸣：卫星的本质是一台大型计算机 | CEO专栏》中，我主要讲述了卫星地面研制的关键难点，在卫星研发和设计的过程中应该如何解决来自力、热、太空粒子辐射以及EMC（电磁兼容性）四个方面的挑战。

本文系卫星发射的“在轨控制篇”，我将从银河航天自身的角度为大家细细道来，讲清楚卫星升空后会经历哪些阶段？控制卫星的难点是什么？卫星发射又存在哪些不确定风险？银河航天为此做了哪些工作？让大家更直白的理解，控制好这辆在太空行驶的“无人驾驶汽车”究竟有什么奥妙。

什么是“轨”

在介绍卫星在轨控制三个阶段之前，我想首先为大家普及一个概念，什么是人造地球卫星轨道？卫星轨道就是卫星在地球万有引力作用下在空间环绕地球运行的轨迹。

人造地球卫星由运载火箭送入轨道，在星箭分离之后，卫星在轨分为以下三个部分：

第一是入轨段：卫星从星箭分离时刻的入轨点开始直至建立正常运行状态，即卫星“启动”的一段卫星轨道；

第二是长期运行轨道：卫星“启动”后自主运行并开始应用服务，一直到工作寿命结束；

第三是离轨段：在卫星寿命末期将其推离工作轨道，再入大气层烧毁的过程。

在理解了轨道的概念后，接下来，我们回归正题，着重讲述卫星入轨、在轨和离轨三个阶段。

卫星入轨、在轨和离轨三个阶段

首先是卫星与火箭分离后的卫星入轨阶段。火箭发射后，会在入轨点释放卫星，将卫星送入预定轨道。以低轨宽带通信星座常采用的极轨道为例，卫星入轨后，在南极附近被释放的卫星会经过南极从南向北运转，接着进入南美洲，从南美洲飞往北美洲经由北极，再经过俄罗斯，最后进入中国境内。

需要注意的是，这个时候由于星箭分离时不可避免会产生初始角速度，卫星实际上是处于翻滚的状态，卫星应立即进入“启动”过程。

首先进入速率阻尼工作模式，即由姿轨控系统逐渐消除卫星角速度。考虑低轨小卫星常采用不消耗燃料的磁力矩器进行速率阻尼，会需要用时一圈多的时间（6000秒左右），这就对卫星蓄电池供电和温度控制等都提出了较高要求，也是卫星在轨控制的最难的一步。

经过速率阻尼模式后，卫星进行太阳帆板展开，并对日捕获，即将卫星太阳帆板朝向太阳，产生充足电能，并给电池充电。同时，卫星与地面建立联接并逐步开机。

那么，卫星与地面怎么建立联接呢？

简单来说就是要用地面测控站追踪到卫星，继而与卫星进行“对话”。通过“天地对话”获取卫星当前的工作状态，例如工作模式、轨道、姿态、温度、设备状态、功耗等，这有点类似于远程操控桌面，这些测控将会对卫星进行一系列检查、维护或者排故，这也是卫星入轨“启动”过程的重点工作之一。

第二阶段则是卫星在轨运行与服务阶段，在此阶段卫星可以理解成在太空中自动运行的一个稳定且可靠的计算机，卫星平台通过感知、决策与控制过程实现卫星“自动驾驶”，同时管理通信载荷实时给地面提供宽带通信服务。

第三阶段是卫星的离轨过程，为避免失效的卫星生成空间垃圾，承担空间活动应有的社会责任，需要在卫星寿命末期将其推离工作轨道，对于低轨卫星降低其轨道至大气层能够作用的轨道高度（如400km），然后在大气阻力作用下逐渐衰减轨道高度，直至再入大气层烧毁。

卫星入轨的不确定因素

从多个视角来看，卫星的在轨三个阶段和无人驾驶汽车很是相像，但其中最为显著的不同则在于卫星入轨“启动”过程中有较长一段时间处于“失控”的翻滚阶段，需要卫星自行去调整。

但太空中的卫星又不同于行驶在路面上的汽车，举个简单的例子，比如说无人自动驾驶汽车要是在某个街角出现了故障，我们可以及时进行维修处理，而卫星一旦出现问题则是毁灭性的，因此，在地面时我们就需要做大量而周密的前期仿真、调试、测试以及试验工作。

此外，太空中的恶劣环境本身就存在非常大的不确定风险，当下人类对太空的了解程度仍有限，这也从一定程度上增加了卫星故障的风险率。如果说卫星入轨这件事本身是一张总分为80分的考卷，银河航天所明确的是，在认知风险存在的前提之下，想方设法让这80分全部得到。

需要注意的是，当下是商业航天的时代，过去传统的航天往往始于国家意志，而商业航天更加注重现实的意义，类似美国举全国之力发射土星5号（不计时间、成本）的时代已然远去。

以我个人创办银河航天为例，从一开始我并没有认为商业航天是一个发展很快速的行业，而是觉得这个行业有它存在的价值，犹记得当时我在PPT的第一页写下的话述：这不是情怀，而是商业。

如何通过精密周到的设计与生产制造，甚至实现卫星量产对标SpaceX，继而让高性价比卫星成功入轨“启动”，并开始在轨正常运行与应用服务，这才是银河航天当下以及未来的工作重点。

当然，我们还必须要认知到一个事实，即商业航天的发展是一个长期的过程，正如我之前常挂在嘴边的一句话，要耐得住十年青灯古佛，完备的产业链以及大量人才技术储备是商业航天蓬勃发展的重要前提。

（本文作者 | 银河航天创始人&CEO徐鸣；编辑 | 桑明强，来自钛媒体CEO专栏）

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