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长缨在手 敢缚苍龙

 
 
 
 
 

日志

 
 

朝鲜发射“光明星4号”   

2016-02-09 12:45:14|  分类: 半岛风云 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2016年2月7日,朝鲜宣布成功发射了“光明星4号”对地观测卫星。

朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
 
朝中社平壤2月7日电 朝鲜国家宇宙开发局7日发布关于成功发射对地观测卫星“光明星四号”的公报。公报如下:
    主体105(2016年)2月7日9时,朝鲜国家宇宙开发局科技工作者在平安北道铁山郡西海卫星发射场,用“光明星”运载火箭成功发射根据国家宇宙开发五年计划2016年计划新研制的对地观测卫星“光明星四号”。9分46秒后,卫星顺利进入轨道。
    卫星轨道斜角为97.4度,近地点为494.6公里,远地点为500公里,周期为94分24秒。
    卫星装载有对地观测所需的测量设备和通讯器材。
    “光明星四号”卫星发射取得完全成功,是伟大的朝鲜劳动党重视科技政策的辉煌硕果,是在堂堂行使自主的和平利用宇宙权利来发展国家科技、经济和国防力量中具有划时代意义的事件。
    在太阳朝鲜的最大民族节日——光明星节来临之际,主体卫星在2月的春天苍穹留下令人入迷的飞行云,是朝鲜科技工作者献给伟大的金正恩同志及有尊严的朝鲜党、国家和人民的一份最纯洁的忠诚礼物。
    朝鲜国家宇宙开发局将遵循党的重视科技政策,继续发射更多的主体卫星。(完)

朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
此次发射的火箭与2012年12月发射的“银河3号”外形完全一致,但箭体上写的是“光明星”。从一、二级发动机和整流罩落区看,两次发射也几乎一样。这次发射的火箭技术能力并未得到提升,朝鲜正在研制的80吨级推力液体火箭发动机尚未堪用。朝鲜明知此次发射后将面临外界更为严厉的制裁,而试验本身又未能得到实质性的技术能力提升,这说明此次发射的动机主要是政治性的——迎接劳动党七大,巩固朝鲜领导人的执政地位。

下图为2012年12月和2016年2月两次发射图的叠加比较
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙

2012年和2016年两次发射的残骸落区比较:
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 
此次发射使用了更为高大的新发射塔架,未来可发射更大的“银河9号”火箭。目前的“银河3号”若改装成远程/洲际导弹,投掷能力仅有几百公斤,可能超出了朝鲜的核武器小型化能力。而“银河9号”的投掷能力有可能达到1吨级,足以将原子弹扔到美国本土(能否正常爆炸则是另一个问题)。

朝鲜发射“光明星4号” - kktt - 长缨在手  敢缚苍龙
 

NORAD随后发布了卫星的入轨参数(TLE)
光明星-4:
1 41332U 16009A   16038.14644914 -.00000078  00000-0  00000+0 0  9995
2 41332  97.5252  86.5353 0025077 338.8338 109.9351 15.27468129    16
火箭第三级:
1 41333U 16009B   16038.14607882 -.00000088  00000-0  00000+0 0  9990
2 41333  97.5365  86.5377 0050434 335.5935 113.4545 15.32867593    19

===

朝鲜官方宣布的卫星轨道:近地点494.6 km, 远地点500 km,倾角97.4°;
美国军方监测的卫星轨道:近地点465 km, 远地点502 km,倾角97.5°。

近地点相差了30 km,比上一次远地点偏差88 km稍好一点。两种可能:
1,朝鲜宣布的是预设值,而非实测值。这样的入轨精度换算成射程10000km的洲际导弹,相当于纵向偏近约50km,横向偏差约10km。
2,美方的最初几圈的轨道参数测量值有误差(但一般不会那么大)。

如果美方数据准确,该“卫星”进入的轨道不是严格的SSO,会有升(降)交点地方时漂移。造成入轨参数偏差较大的原因可能包括:火箭制导控制系统不够准确,火箭第三级工作不完全正常。

===

2月8日CNN报道,美国军方消息人士说,光明星4号在轨道上翻滚,与2012年的光明星3号情况类似。

目前尚无地面接收到“光明星4号”遥测信号的报道。结合上述报道,卫星很可能姿态失控,无法正常工作。朝鲜的航天技术尚处于初级阶段,运载火箭已经进行了6次发射试验,只有最近的两次实现了卫星入轨,但仍未实现卫星正常在轨工作,这几次发射主要还是为了验证运载火箭技术。

  时间发射场
 火箭/卫星 预定轨道实际轨道
 发射情况
 1 1998.08.31 东海
 白头山1号/光明星1号 218.82 x 6978.2 km 火箭第三级爆炸,连同卫星坠入太平洋
 2 2006.07.05 东海 大浦洞2号 亚轨道 火箭一级失败,坠入日本海
 3 2009.04.05 东海 银河2号/光明星2号 490 x 1426 km x 40.6° 火箭第三级失败,连同卫星坠入太平洋
 4 2012.04.13 西海 银河3号/光明星3号 500 x 500 km x 97.4° 火箭第一级爆炸,连同卫星坠入黄海
 5 2012.12.12 西海
 银河3号/光明星3号02星 500 x 500 km x 97.4°
 494 x 588 km x 97.4°
 卫星入轨,但姿态失控,未能正常工作
 6 2016.02.07 西海
 光明星/光明星4号 494.6 x 500 km x 97.4°
 465 x 502 km x 97.5°
 卫星入轨,但姿态失控,未能正常工作

朝鲜的火箭技术来自80年代初从埃及获得的苏制“飞毛腿”B,先仿制为“火星5”,然后改进为“火星6”,再放大为“火星7”。“白头山1号”火箭是“火星7”一级+“火星5/6”二级+小型发动机三级;“银河3号”是四机并联的“火星7”发动机一级+“火星5/6”二级+R-27游机小推力发动机三级。总的来说,朝鲜的液体火箭发动机技术仍停留在“飞毛腿”B的9D21水平上,使用红烟硝酸+煤油推进剂,一二级发动机比冲都很低。

  级数 起飞质量/吨 运载能力 一级推进剂 起飞推力/kN 一级比冲/s 二级比冲/s 首飞时间
 银河3号(朝) 3 91 100kg@500km SSO
 硝酸+煤油 1100 225 247 2012
 罗老号(韩)
 2
 140
 100kg@LEO
 液氧+煤油 1670
 311
 250
 2009
 宇宙1号(苏) 2 43 600kg@LEO 硝酸+煤油 635
 230 352 1962
 长征1号(中) 3 81.57 300kg@440km LEO 硝酸+UDMH 1020 240 280 1970
 长征6号(中) 3 103 1080kg@700km SSO
 液氧+煤油 1340 300 342 2015
  

光明星-1、2、3
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人造卫星的姿态控制分为两类:被动稳定(自旋稳定、重力梯度稳定等)和主动稳定(如三轴稳定)。早期的卫星姿控技术水平较低,采用被动姿态稳定,后来逐步发展到主动姿态稳定。对地观测卫星可以采用自旋稳定或三轴稳定。采用自旋稳定的卫星通常是轴对称外形,且需要有消旋机构,以保证相机和天线等载荷对地定向稳定,比如中国的风云二号气象卫星。采用三轴稳定的卫星对外形没有限制,但要保证对地载荷朝向地球,而太阳能电池板朝向太阳。这要求星箭分离平稳,卫星自身能测量得到自己的姿态(利用红外地平仪、太阳敏感器、星敏感器等),并能精确控制卫星的姿态变化(利用小推力发动机),并保持姿态(利用飞轮)。【感兴趣的读者可以参考西北工业大学的网络课程《航天器控制原理》】

光明星1号类似于中国的第一颗人造地球卫星“东方红一号”,采用自旋稳定,由末级发动机起旋,没有对地定向天线。从外形看,光明星2号和3号都是三轴稳定,尽管失败的原因尚不清楚,但三轴稳定姿控技术显然超出了朝鲜的能力。可能的失败因素包括:星箭分离异常,导致卫星入轨初始滚转速率过大;卫星姿态敏感器件工作异常,无法正确感知自身姿态;卫星主动姿控系统工作异常,无法正确控制姿态变化。

从技术上说,远程/洲际导弹的弹头姿态控制要比三轴稳定卫星的姿态控制容易些。早期的弹头是无控的,弹头与弹体分离前由末级发动机调整到设定的姿态角(再入攻角接近零),然后惯性自由飞行直至再入。为了提高命中精度,后来的弹头改为自旋稳定,由导弹末级姿控发动机或弹头自身的姿控发动机调姿并起旋。对于初级技术水平的远程/洲际导弹,弹头的姿控精度不需要很高,只要气动特性设计合理,即使再入攻角稍大,也不会在再入过程中姿态失控(尽管命中精度较低)。但是,迄今为止朝鲜只做过一次远程导弹亚轨道飞行试验(2006年),而且一级发动机就失败了,未能试验弹头再入过程。朝鲜即使已经两次成功的发射了卫星,也不能说明其已经解决了弹头姿控和再入防热等技术问题,因此外界并不认为朝鲜已经真正掌握了远程/洲际导弹技术。从朝鲜缓慢的技术进步速度来看,要实现对美国本土的核打击能力,还需要相当长的时间。

===

更新:

美国官员9日说,卫星姿态已经稳定,但仍无信号传回。
North Korea satellite in stable orbit but not seen transmitting: U.S. sources

仅过了一天,美国官员10日说,卫星姿态又失控了。
N. Korea's controversial satellite is tumbling again

网友“慢慢爬和快快跑”的分析:卫星姿态失稳有两种可能:一是发生了硬件故障,比如姿态传感器、控制器坏了,且无冗余或冗余设备因软件设计不正确没有发挥作用;二是控制策略、算法有设计错误(最常见是极性错误、参数设置不当、工况考虑不周全等)。从入轨后翻滚、重新稳定、再次失控的过程看,应该是第二种情况。比如,设计时没有考虑到某种长期作用(月亮在姿态敏感器视场中出现)或偶发现象(计算机出现单粒子事件)的影响,设计不当。这也符合朝鲜的新手身份。

===

朝鲜前三次发射卫星后宣布,卫星使用470 MHz频率向地面发送《金日成将军之歌》和《金正日将军之歌》,并在UHF频段发送遥测信号。然而实际上由于发射失败或卫星姿态失控,地面没有收到任何信号。此次发射后,迄今也没有地面收到遥测信号的报道,说明卫星工作不正常。由于朝鲜发射前和发射后都没有公开光明星4号所使用的通信频率,国际电联(ITU)向朝鲜提出了抗议,因为这有可能造成对其他国家航天器的干扰。

2月11日朝鲜中央电视台画面,光明星4
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光明星4号与3号的外形基本一致,但是对地载荷从卫星的顶部移动到了卫星背部。
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韩国媒体的图:

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