院无拖曳控制技术达到国际先进水平

1月18日，由中国空间技术研究院研制的“天琴一号”技术试验卫星已经成功完成无拖曳控制飞行验证，相关技术指标达到国际先进水平。

通俗讲，无拖曳控制是指抵消除引力外所有干扰卫星的力，包括太阳光压力、大气阻力等，确保卫星处于“超静超稳”状态。无拖曳控制分为加速度模式与相对位移模式两类。加速度模式无拖曳控制技术可应用于地球和地外天体等复杂引力场的空间探测；位移模式无拖曳控制技术则可应用于引力波探测及等效原理检验等相对论效应的空间科学研究领域。作为上述研究领域航天器控制的核心技术，无拖曳控制具有重要的理论意义与重大的工程实用价值。“天琴一号”技术试验卫星成功完成了上述两种无拖曳控制方式的在轨验证。

由于要时刻保证卫星不受到除引力之外的干扰，无拖曳控制从模型建立、算法设计，到卫星平台控制都面临较大挑战。2009年，欧空局在“GOCE”卫星上成功进行了无拖曳控制的在轨验证。研究院下属的北京控制工程研究所从2010年开始追踪国外相关技术，并利用各类课题支持，自主开展了相关基础性研究，取得了丰硕成果。

“天琴一号”技术试验卫星立项后，该所无拖曳控制团队在前期工作的基础上，结合工程任务需求，设计了多种无拖曳控制算法，以及为提升卫星平台稳定性的双轴和三轴磁控等算法，并申请了多项专利。“天琴一号”技术试验卫星发射后，上述技术均得到了在轨验证，并取得了较好效果。

从飞行数据来看，加速度模式下，实施无拖曳控制后“天琴一号”技术试验卫星外部干扰力对加速度的影响降到了重力加速度的四亿分之一以下，优于“GOCE”卫星的三亿分之一，比打哈欠给人带来的加速度还要小得多；位移模式下，实施无拖曳控制后外部干扰力对卫星与内部惯性基准之间相对距离的影响控制在了30纳米以内，相当于成人头发丝直径的四千分之一，优于国际著名“LISA探路者”卫星的40纳米，实现了飞行试验星任务目标。

“天琴一号”技术试验卫星无拖曳控制技术的在轨成功验证，表明我国向空间引力波探测迈出了坚实的一步，但距离真正的引力波探测应用还有一定距离。该所无拖曳控制团队将在“天琴一号”技术试验卫星在轨试验的基础上，继续攻克多自由度系统的无拖曳控制算法等关键技术，为实现我国最终的空间引力波探测做出应有的贡献。

“天琴一号”技术试验卫星是我国“天琴”引力波探测计划的首颗技术验证卫星，于2019年12月20日发射升空，拟在轨对无拖曳控制等6项关键技术进行验证。

素材：北京控制工程研究所

编辑：胡潇潇

责编：邵素芝

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