欧空局通信卫星OLYMPUS微重力加速度的在轨测量.doc

摘要在欧空局的大型通信卫星OLYPUS上,安装了一套由三个正交的微加速度测试仪组成的设备。这次试验的目的是了解和观察不同设备在太空中的运行特性,和测量对光通信有效载荷有重要影响的的振动水平。在1989年10月的此航天器的试运行期间,大量的数据由ESTEC记录下来。把测得的加速度的频谱转换成物体的基本的运转频谱,再和以前对航天器Landsat测得的数据相比,可以看出,振动的频率包含有100Hz以上的高频。振动的主要干扰源,比如太阳能电池驱动和火箭点火,在发射之前要精确的测量是不可能的。这也就证实了,在光有效载荷运行之前的空间测量是必不可少的。因此欧空局计划把这样的设备安装在其他的几个航天器上,这些航天器要在欧空局的光通信有效负荷设计平台SILEX发射之前发射。在这篇论文里,将会用实测的典型数据来描述OLYPUS上设备的运行情况。微振动环境与光学有效载荷的规格通过分析后方可得出。1、介绍了解航天器上的微振动的水平,对设计光通信系统的跟踪控制环路是很重要的。在轨测得的数据第一次公布是在1984年,并在HughesAircraft公司推出的一项研究中使用,在把角振幅能量谱密度转化成功率谱密度函数的时候,这项研究得到了一个不是很理想的的情况。测得的数据在125Hz的时候突然中止,而实际测得的数据有可能超过这一值。构造一个适合这些数据的可能的噪声模型,如图一中的模式一所示。基本运行的PSD/μrad2/Hz频率/Hz图一卫星基本运行的PSD简化的跟踪控制环路的开环传递函数如下:如图二所示,作为控制环路带宽的函数,两个模型(模型二将在下文提起)之间的偏差是线性的,。根据选择的噪声模型,输出的误差可能会以十倍频的规律的变化。偏差urad-2环路带宽/RAD/S图二线性偏差因此,欧空局用如下的功率谱密度函数作为设计光通信有效负荷系统SILEX的平台振动模型:上式和图一中的模式二很相似,其均方根值是16μrad。光通信系统的工作性能被噪声模式严重的影响着,这些噪声主要由主航天器和跟踪控制环路的最佳接收系统的容量(带宽)产生的。最佳控制环路的设计要求振动谱的在轨测量。执行该技术的任务卫星将携带欧空局第一代光学有效载荷系统SILEX的一个终端,并将于1994年中期左右发射,因此,这样的测量结果是不可用的。为了进行在轨测量,欧空局决定在1989年于KOUROU基地发射的卫星OLYMPUS上安装一个包括微重力加速度测试仪包裹。OLYMPUS不仅仅完全是执行此技术的任务卫星的代表,而且还希望通过它来观测微重力加速度的通信卫星。2、PAX实验PAX实验的核心是一固定的微重力加速度测试基地。该基地属于欧空局,由瑞士的CSEM公司依靠硅技术来经营着。重力加速度的测量是通过使用不同的电容对弹簧质量系统衰减偏移的测量来实现的。测量的范围是±100mg,。这个设备安装在OLYMPUS上,其原理框图如图三所示。三个微重力加速度测试仪安装在PAX盒子里。,经过12bit的A/D转换器以后,在用12GHz的载波以ASK的方式发送出去。,,是由ESTEC和MATRA共同研发的,从开始研发到安装在航天器上仅仅用了6个月。在1989年9月OLYMPUS的试