飞轮,是航天器姿态控制执行机构,也称为动量轮、惯性轮,其根据姿态控制系统指令,将自身角动量与航天器进行交换,通过自身加速或减速产生合适的控制力矩,实现航天器姿态调整。
飞轮固定在航天器上,在电能驱动下自身旋转产生角动量,根据能量守恒定律,当改变飞轮角动量大小或者方向时,航天器角动量会随之发生变化,即飞轮与航天器之间角动量交换。这是飞轮的工作原理。
卫星主要由有效载荷、卫星平台两大部分组成,姿轨控系统是卫星平台的重要组成部分,是姿态控制系统、轨道控制系统的统称,其由测量子系统、控制子系统、执行子系统组成,执行子系统主要包括飞轮、磁力矩器、推力器等部件。
从工作原理来看,卫星执行机构包括动量交换类、质量喷射类两种,飞轮属于动量交换类,能耗低且易于补充(可采用星上太阳帆板持续补充电能),因此是长寿命卫星姿态控制系统主流执行机构。按照角动量调整方式来划分,飞轮可以分为反作用飞轮、偏置飞轮、框架飞轮等类型。其中,反作用飞轮较为常见,通常与磁力矩器配合使用。
早期在我国飞轮市场中,国外厂商份额占比大,近年来我国航天产业发展迅速,相关技术瓶颈不断突破,国产飞轮竞争力不断增强,市场份额占比不断提高。我国飞轮研发机构及生产企业主要有上海航天803所、航天科工206所、国机精工、揽月机电等。
2017年3月,航天科工206所研制的星载飞轮搭载在“天鲲一号”卫星上成功发射,至2023年7月连续在轨运行并工作6年多时间。揽月机电是我国微小型商业卫星姿控系统零部件研发、生产及销售厂商,是国内唯一一家研制卫星反作用飞轮的民营企业。
新思界
行业分析人士表示,我国卫星通信产业发展迅速,预计2023年市场规模将达到940亿元左右。我国商业航天产业发展潜力巨大,预计2023年市场规模将达到1.8万亿元左右。在此背景下,我国飞轮行业发展空间大。