日报标题：日本价值 2.7 亿美元的望远镜，上天后碎成了十多块 相关链接：日本 2.7 亿美元望远镜已解体成十余块太空碎片 @英国那些事儿 的报道 据称这个天文望远镜由于追星仪故障，螺旋仪出错，喷气方向的代码写反……这一系列 bug 最终导致解题，真实情况是这样么？上天前都不检查一下？bug 也太多了…… 姚飞，再邀请我回答民科相关问题我就要骂人了！ 估计日本卫星出问题的原因在于没有设置副总祭拜师，主任烧香师，发射前没有去五台山、法门寺、XX 基地大槐树等地磕头，特别是缺乏 D 组织的领导和科学作风男 @鱼塘童鞋 -310 这样的高科技民工… 那个“英国 XXX”的文青乱翻译误导了很多人…… 看英文新闻稿的意思是一连串的低层次错误，最后是因为上载的推力器配置表有误了，导致喷气极性反了，变成了正反馈，越转越快…… 高速旋转一定是发生了极性错误，负反馈变正反馈然后发散了。飞控软件极性不是错在发动机控制就错在姿态确定数据滤波处理。陀螺有大量的测试可排除极性出错可能，发动机地面不好测出错可能大得多。 Star Tracker 我们不叫“追星仪”，叫“星敏感器”，简称“星敏”。但目前可以考虑请几个国内的研制单位也把名字改成“追星仪”，好浪漫啊…… 星敏感器技术研究现状及发展趋势 --《红外与激光工程》2007 年 S2 期 高精度星敏感器星点提取与星图识别研究 CNKI 文献 基于星载敏感器的卫星自主导航及姿态确定方法研究 CNKI 文献 惯性基准的核心是陀螺仪。 执行部件叫“反作用飞轮”、“磁力矩器”。 基于反作用飞轮和磁力矩器的卫星姿态控制系统研究 CNKI 文献 正常模式下，姿控系统使用两种传感器获得星体姿态：星敏感器和惯性基准。 姿态机动完成后，系统才使用星敏数据去修正陀螺积分误差。机动期间陀螺误差是很大的，修正需要一点点时间。 姿态机动之后，卫星进入了地影，星敏看不到星星，4:09 分出地影后按计划执行了星敏初始化操作。4:10 分开始星敏进入跟踪模式，开始修正陀螺误差，似乎滤波算法初值很高，逐渐修正。 星敏遇到某种原因出错（比如单粒子事件，大概视场里全是假星星?），短暂进入了采集模式（就是丢失了星图跟踪，重新匹配星图），没有输出数据，于是陀螺的误差停止了修正，残留误差大约每小时 21.7 度每小时。 大约 4:14 的时候星敏回到了跟踪模式，但是此时星敏测量的数据跟陀螺的数据相差超过了一度。姿控设计方案是正常模式下如果星敏数据和陀螺数据如果相差超过 1 度，就只用陀螺，不理睬星敏，星敏的正确数据被丢弃了。 于是现在软件就要依靠一个错误的输入来控制姿态了。 既然发现星体有绕 Z 轴旋转的角速度，自然要使用反作用飞轮抵消掉这个旋转角速度。而且这时候姿控系统不用太阳敏感器数据，所以没有发现姿态异常。于是反作用飞轮真正让卫星开始旋转起来了。 飞轮很快就会达到最高转速饱和，所以飞轮加速的过程要同时使用磁力矩器对飞轮卸载，但是磁力矩器的能力毕竟是有限的，还要依赖于正确的姿态和地球磁场。所以在错误的姿态下，卸载也不成功。角动量开始逐渐积累。大约 9:50-10:04 期间，飞轮达到设计最大值 120Nms，饱和了。 这中间还有些不闭环的地方，到底是怎么处理陀螺数据的，磁棒怎么配置和处理的。如果陀螺的那个误差一直存在的话，星体应该最后能保持在 29 度每小时的转速，怎么会导致飞轮饱和呢？莫非是开环控制？ 当飞轮达到饱和后，系统最后进入了最小安全模式，这种情况下一般的处理是控制航天器对日定向，保证帆板能源供给。 系统方案设计是认为此时飞轮控制已经失效，要靠推力器来保持对日定向。 于是姿控软件启动了推力器做喷气调姿和卸载，但是似乎几天前上载的推力器参数表有问题，喷气效果是喷反了，本来要减缓旋转，结果加速了旋转。 二月 17 日发射时，采用的是一组预置的推力器参数，针对的是入轨收拢状态构型，配合太阳敏感器控制，工作是正常的。 二月 28 日，地面重新上注了新的推力器参数，针对的是望远镜展开后整星质心变化的新力学状态。据信，这组新的推力器参数，从建立到上注的整个过程中，在地面没有充分验证和试验。 总的情况可能是这样：软件判断发动机需要工作一小下，可能只是例行卸载，结果我去，陀螺发现角速度还是大，软件说干扰挺厉害啊我再喷，tmd 又大了，软件心想不怕我早有预案，x 轴角速度超过 1 度每秒是吧，5 号发动机喷 400ms 先，卧槽 2 度每秒了，再喷…这时地面苦逼的设计已经发现了，该是 4 号发动机啊！ 但是看这个姿控系统框图，有两个星敏啊？每个视场 8x8 度，采样速率 1Hz。另外还有两组陀螺，四个飞轮，三个磁棒，八个 3N 推力器。 而且据 JAXA 宣称，这个姿控方案还是继承成熟型号的，不是新的。 光学部件展开后整星力学特性变了，推力器配置数据不匹配，这个推力器配置还是发射后另外上载上去的。 总之这事儿跟软件没关系。如果质心数据有误，特别是 Y 轴搞错，无论怎么喷都有可能在 Z 轴产生正力矩。 但是这个新的配置数据地面就没有测试过？搞姿控的这种极性啦、指向精度啦都是要再三测试的啊。 最后，整星旋转得越来越快，在强大的离心力作用下，一些部件，比如帆板、望远镜支架等等，开始从星体上被甩了出去，卫星解体了。 总体而言，日本这个卫星的姿控系统方案设计水平大致还不如闵行区二十年前的…… 阅读原文
