卫星转发器为何突然关机

闵士权

最近发生的转发器突然关机故障

卫星转发器关机通常分正常关机和应急关机两种。正常关机是指操作人员按卫星在轨运行管理计划中预定的时间对预定的转发器进行关机操作。进行此种关机对用户造成影响必须事先作好预案。应急关机是在轨运行中卫星突然出现故障或异常现象，而引起自动或人工关机操作。本文所讲的卫星转发器突然关机就是上述的应急关机。

今年2月我国卫星公司经营的卫星中一些卫星发生了转发器突然关机故障，其中中星-6B和鑫诺-1卫星各自发生了一次全部工作转发器自动关闭现象。这些卫星转发器突然关机引起的信号中断，影响了用户的电视收看和通信。

中星-6B卫星关机：据报道今年2月9日10时59分56秒，由于中星-6B卫星发生故障，导致在该卫星上传输的中央电视台、中国教育电视台和23个省的卫视等共150套电视节目全部中断。又据报导当时该卫星控制中心的工作人员发现中星-6B卫星遥测信号出现报警，卫星自动进入安全模式，并自动关闭了卫星上所有的转发器，过了5分钟30秒，中星-6B又开始进入正常的工作状态。

鑫诺-1卫星关机：据报道今年2月25日7时许，由于鑫诺-1卫星发生故障，信号中断数小时，导致全国多家媒体和通讯公司受到影响。又据报导该卫星公司的一名工作人员证实此卫星发生故障，卫星自动进入安全模式，并自动关闭了卫星上所有的转发器。

引起转发器突然关机的几种原因

一般地说，在排除人为操作失误情况下，造成转发器突然关机的几种起因如下：

自动关闭转发器：转发器上行输入信号过大或转发器自身失常引起电流过大导致自动保护关机；转发器开关机电路误动作导致自动关闭转发器；卫星姿态控制系统失常，自动转入安全模式并关闭全部转发器。

人工关闭转发器：人为恶意干扰信号入侵，为避免转发干扰信号，卫星操作人员主动关闭转发器；转发器自身故障，不能工作或转发信号低劣，卫星操作人员主动关闭转发器；卫星转发器以外其它部件故障造成转发器不能工作，卫星操作人员主动关闭转发器。

以下对卫星姿态控制系统失常，自动转入安全模式并关闭全部转发器的原理和目的作一些说明。

卫星三轴姿态控制系统概念

卫星的姿态控制就是控制卫星的飞行姿态，保持姿态轴的稳定，并根据需要改变姿态轴的方向。由于各种干扰，卫星在空间的姿态角和姿态角速度会偏离设计值，这时就要进行控制和调整。我国现用的通信和广播卫星的控制方式是对其相互垂直的X、Y、Z三个轴进行控制的三轴姿态稳定方式。实现卫星三轴姿态控制的系统一般包括姿态敏感器、姿态控制器和姿态执行机构三部分。

姿态敏感器的作用是感受和测量卫星的姿态变化：卫星沿各个轴的转动角度、转动角速度量值和是否超出规定的范围。姿态敏感器有陀螺、地球敏感器、太阳敏感器、星敏感器等。

姿态控制器的作用是把姿态敏感器送来的卫星姿态角变化值信号，经过一系列的比较、处理，然后把产生的控制信号输送到姿态执行机构。

姿态执行机构的作用是根据姿态控制器送来的控制信号产生力矩，使卫星姿态恢复到正确的位置。通常使用的执行机构有两种。一种是气体喷管，即在卫星三个轴的方向安置若干个小的气体喷管。一旦卫星偏离所要求的姿态，相应方向的喷管就会喷出气体，产生推力，使卫星回到所要求的姿态位置。另一种是反作用飞轮（一种具有一定转动惯量的轮子）。当卫星的姿态处于所要求的姿态时，飞轮保持匀速旋转，如果卫星偏离了某一位置，则通过姿态敏感器和控制线路使飞轮加速或减速，产生一个相反方向的力矩，使卫星回复到所要求的姿态位置。卫星三个轴向各设置一个这样的飞轮，就能控制卫星三个轴方向的姿态。

卫星三轴姿态控制系统安全模式概念

为了执行各种控制任务，须将控制系统各部件组成不同工作模式。其中一种模式就是安全模式。当卫星姿态控制系统发生严重故障时，最致命的结果有卫星转速太快使结构散架；太阳电池翼长时间不面向太阳使能源耗尽；推力器长时间乱喷气使燃料喷完等。为了确保卫星的安全，防止上述致命故障产生及进行故障处理，控制系统的姿态控制器中设置了星上自主的安全模式，使地面有时间通过遥测、遥控判断故障部位，实现系统重构，恢复正常工作。

安全模式的主要功能是在控制系统发生严重故障时，进行系统相关部件的重新配置，使卫星跟踪太阳，并使卫星太阳电池翼面向太阳，确保卫星的能源供应以维持卫星的“生命”，并保持在这种安全状态下，等待地面分析和处理。

由于整个卫星上耗功最大的系统是转发器系统，而转发器系统耗功最大的工作状态是全部转发器处于开机状态。进入安全模式后，控制器的安全电路会自动发出指令关闭星上全部转发器，大幅度降低卫星耗功，保证卫星的能源用于故障处理急需。

还须说明，在安全模式情况下，因卫星姿态已偏离原定的正常运行模式姿态，将导致卫星转发器用的通信天线收发波束指向严重偏离原定服务区，从而导致卫星收不到原定服务区内上行站信号，相应地地面广大用户也就收不到转发信号，此时卫星转发器开机提供服务已无意义。

引起卫星自动转入安全模式几种原因

现讨论一下卫星在轨运行中自动转入安全模式几种起因。自动转入安全模式各种起因最简单的划分可有三种：一是卫星自身发生某种故障，符合进入安全模式判别准则，导致控制系统自动转入安全模式，这是正常的，正是我们设计安全模式的目的。当然，我们还是希望卫星的可靠性尽量高，少出故障，特别是严重故障，要减少这类事件发生。二是外部空间高能粒子等强干扰，引起控制系统相关姿态敏感器或控制器输出数据失常，错误导致控制系统转入安全模式，这是难免的小概率事件，但是我们还是要加强防范功能，尽量减少这类事件发生；三是测控卫星人员操作失误，测控卫星是一项高度紧张和复杂的工作，在卫星某种恶劣运行环境或特定工作状态下偶尔发生操作失误是难免的，当然我们还是希望尽量避免这种现象发生。

我们相信有关单位对于今年2月中星-6B卫星和鑫诺-1卫星各自发生的自动转入安全模式并关闭全部转发器的故障事件会得出正确的分析结果，并采取相应防范措施。