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美太空军“空间试验计划”(STP)3任务及有效载荷技术特点
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2023.03.01 江苏

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美国东部时间2021年12月7日5时19分(北京时间12月7日18时19分),美国联合发射联盟(ULA)采用最强构型的宇宙神5-551火箭(半人马上面级),从卡纳维拉尔角天军站41号发射场执行了美国太空军的一项代号为STP-3的第三次空间试验计划发射任务,将由诺·格公司研制的STPSat-6和LDPE-1两颗卫星直接送入GEO轨道。整个发射过程持续七个小时以上。
本次发射原定12月5日凌晨进行,但因前一天晚上发现发射台地面储存系统存在RP-1煤油推进剂泄漏而推迟。两颗卫星要在起飞7小时10分钟后被送入赤道上空36100公里、也就是比静地轨道稍高的一条圆轨道。上面级在此期间要3次点火工作,这创下ULA的火箭发射任务从起飞到星箭分离所用时间纪录。
一、宇宙神5-551构型火箭
此次发射是宇宙神5火箭的第90次飞行。宇宙神551型火箭采用5米直径整流罩,设5台固体捆绑,并采用单发半人马座上面级,是宇宙神5家族中运力最强的型号,此前已发射过11次。
ULA表示,宇宙神5火箭此次发射飞行将创下几项第一,包括采用非热压罐工艺制造的5米复合材料整流罩首次投入飞行使用。这项更简单的碳纤维固化工艺可节省资金、时间和重量。整流罩看上去与宇宙神5火箭以往的相同,也是由瑞士华格宇航公司建造,但建造地点是在ULA设在亚拉巴马州迪凯特的火箭工厂内新建的一座设施。宇宙神5火箭以往的整流罩由华格在瑞士生产。ULA的下一代“火神”火箭也将采用这一整流罩设计。该公司希望在“火神”2022年试射前让该整流罩取得飞行使用经历。
本次飞行还首次引入了一款飞行中供电系统,将在长时间滑行过程中为两颗卫星供电,保证星箭分离时星上蓄电池处于充满电的状态。箭上新增的还有一项GPS增强导航能力,能让半人马座上面级更精准地把卫星送入预定轨道。箭上还采用了成本更低、重量更轻的一款新的速率陀螺装置。
二、STPSat-6卫星
本次发射的主有效载荷是美国国防部“空间试验计划”(STP)下的技术试验卫星“空间试验计划卫星”(STPSat)6,具备核爆炸探测能力、高带宽激光通信能力,将演示新的空间态势感知能力、气象和核爆检测能力。该卫星采用其高端模块式A-500平台,可以提供双向Ka波段数据,下行数据率1.33Gbps,上行数据速率151Mbps,设计工作寿命至少8年。
STPSat-6上共携带8个有效载荷和实验装置,包括:
①空间和大气层爆炸报告系统-3(Space and Atmospheric Burst Reporting System,SABRS-3),用于开展核爆探测和采集空间环境数据,对现役GPS卫星上的核爆探测器形成补充-美国国家核安全局;
②激光通信中继演示(Laser Communications Relay Demonstration,LCRD)-美国国家航空航天局;
③紧凑型环境异常传感器实验 III (Compact Environmental Anomaly Sensor Experiment,CEASE III)-美国空军研究实验室;
④猎鹰固态高能电子探测器(Falcon Solid-State Energetic Electron Detector,FalconSEED)-美国空军学院;
⑤放射硬电子存储器实验(Rad-Hard Electronics Memory Experiment,RHEME)-美国空军研究实验室;
⑥空间和大气层内核爆炸监视实验和降低风险系统(Space & Endo-Atmospheric NUDET Surveillance Experiment and Risk-Reduction,SENSOR),主要对准备投产并用到下一代系统内的一些关键技术开展空间环境下的测试,以降低未来核爆探测传感器的研制风险-美国国家核安全局;
⑦碘化锶辐射仪器(Strontium Iodide Radiation Instrumentation,SIRI)-美国海军研究实验室;
⑧紫外光谱-日冕探路仪(Ultraviolet Spectro-Coronagraph Pathfinder,UVSC Pathfinder)-美国海军研究实验室。
三、LDPE-1卫星
LDPE的全称是Long Duration Propulsive EELV Secondary Payload Adapter,长寿命可变轨附属载荷搭载平台。该平台由美国空军空间和导弹中心订购,由诺·格公司基于ESPAStar平台研制。现隶属于诺·格的轨道ATK公司曾设计研制EAGLE/老鹰卫星(ESPA Augmented Geostationary Laboratory Experiment,ESPA 增强地球静止试验卫星),于2018年发射升空。ESPAStar 平台基于模块化设计,提供六个公用和可配置的有效载荷端口,可以托管寄生和可分离的实验性有效载荷。该平台可以支持在地球同步轨道、近地LEO轨道和MEO轨道的任务。LPDE 项目已经更名为 ROOSTER(Rapid On-Orbit Space Technology and Evaluation Ring,快速在轨空间技术和评估环),但是前三个任务仍然被称为 LDPE卫星。
ROOSTER计划是一款标准化卫星平台,设标准接口,可在美太空军“国家安全航天发射”(NSSL)计划的任何发射任务下,利用富余的运载能力通过类似“模块化”、“插件化”的方式搭载多个有效载荷。通过模块化的设计和标准接口,可以缩短项目研发周期,降低开发费用。
LDPE-1卫星主要参数与指标一览表
参数
指标
尺寸
高0.73m,直径1.89m
干重
430~470kg,不同轨道略有不同
轨道
主要为GEO轨道设计,可在LEO和MEO轨道运行
载荷重量
6个对接口总承载载荷质量为1920kg左右,每个接口承载质量为320kg
燃料重量
310kg
总功率
最大供电功率1200W左右,四个太阳能帆板
载荷峰值功率
根据任务配置
电源系统
96000mAh锂电池
下行速率
256kbps/1.6Mbps
上行速率
2.0kbps
星上固存容量
36Gbytes
指向精度
小于50urad,三轴稳定
姿态测量精度
小于10urad
姿态摆动角速度
大于1.2度/s
轨道定位精度
100m
飞控系统
IAU,BRE440处理器,Virtex 5 FPGA,40GB存储空间
设计寿命
1年以上,可扩展
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