什么是星敏感器——星敏感器介紹
星敏感器是以某一顆亮度高于+2可見星等的恒星為基準(zhǔn)，測(cè)量其相對(duì)于航天器的角位 置，并同星歷表中該星的角位置參數(shù)進(jìn)行比較，來(lái)確定航天器的姿態(tài)。也即通過(guò)對(duì)恒星星光的敏感來(lái)測(cè)量航天器的某一個(gè)基準(zhǔn)軸與該恒星視線之間的夾角。由于恒星張角非常小，因此星敏感器的測(cè)量精度很高。
一般說(shuō)來(lái)，星敏感器是航天器姿態(tài)敏感器中最精確的敏感器，其精度比太陽(yáng)敏感器高一個(gè)數(shù)量級(jí)，比紅外地平儀高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可達(dá)到角秒量級(jí)。但是由于星光非常微弱，其成像裝置需要使用高靈敏度的析像管或光電倍增管。同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)的處理和識(shí)別只有計(jì)算機(jī)才能完成。
因此星敏感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗大，質(zhì)量體積大，價(jià)格昂貴，而且每給出一次測(cè)量結(jié)果往往需要1～5 s時(shí)間。
星敏感器分星圖儀和星跟蹤器兩種類型，星跟蹤器又可分為框架式和固定式兩種形式。
?。?） 星圖儀：又稱星掃描器。一般都是狹縫式，用在自旋衛(wèi)星上，利用星體的旋轉(zhuǎn)來(lái)搜索和捕獲目標(biāo)恒星。
?。?） 框架式星跟蹤器：是把敏感頭裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的框架上，且通過(guò)旋轉(zhuǎn)框架來(lái)搜索和捕獲 目標(biāo)。
?。?） 固定式星跟蹤器：這種跟蹤器的敏感頭相對(duì)航天器固定，在一定的視場(chǎng)內(nèi)具有搜索和跟蹤能力，例如采用析像管電子掃描和CCD器件成像。
星敏感器的應(yīng)用——應(yīng)用范疇
1、應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)氣球的星敏感器
作為星敏感器的一種，星相機(jī)常用于科學(xué)試驗(yàn)氣球的精確定位。通常，實(shí)驗(yàn)
氣球工作的 40 km 海拔處仍有較為明亮的天空背景。因此，氣球用星相機(jī)要成為自主式姿態(tài)敏感器，就要解決白天觀星的問(wèn)題［7］。Balloon-borne Large-Aperture Submillimeter Telescope（BLAST）的空中精確定位就使用了一對(duì)冗余的星相機(jī) ISC 和 OSC。
其白天觀星是通過(guò)選用大口徑長(zhǎng)焦距的鏡頭以及適當(dāng)波長(zhǎng)的紅光濾光片，配合 4 英尺長(zhǎng)的遮光罩解決的，冗余星相機(jī)保證了太陽(yáng)在 任何方向都可觀星。2005 年，BLAST 在瑞典基律納成功飛行 4 天，證實(shí)了在典型的白天條件下，ISC 可提供絕對(duì)精度《5″， 輸出頻率 1 Hz 的實(shí)時(shí)定位。
High Energy Replicated Optics （HERO）［8］ 實(shí)驗(yàn)也使用了星相機(jī)進(jìn)行定位?！癏ERO”的星相機(jī)如圖 5 所示。2001 23 May 16:30 UT 進(jìn)行升空實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)巨蟹座區(qū)域，理論計(jì)算的星等靈敏度為 9.7 Mv，實(shí)際識(shí)別 11 星，巨蟹座所有亮于 8 等的和一半 8~8.5 等的星在白天被識(shí)別。
2、應(yīng)用于射電望遠(yuǎn)鏡的星敏感器
ST 星跟蹤器安裝在 INAF-IRA（意大利國(guó)家天體 物理學(xué)院的射電天文學(xué)院）位于意大利 Bologna 的 32 m 射電望遠(yuǎn)鏡上。用于射電望遠(yuǎn)鏡高頻率觀測(cè)的高精度定位。其光學(xué)系統(tǒng)使用 Maksutov-Cassegrain 折反望遠(yuǎn)鏡，18 cm 的孔徑，f/10，因?yàn)樵诘孛媸褂茫?ST 的焦距與孔徑設(shè)計(jì)的很大。有利于白日觀星和暗星探測(cè)，并提高了分辨率。
因?yàn)榭捎^星數(shù)足夠多，射電望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向速度很低，所以視場(chǎng)僅為 19.5 ′×19.5 ′。
對(duì)于暗星的觀測(cè)，ST 可以靠增加積分時(shí)間實(shí)現(xiàn)，如Mv《12，10s 的曝光時(shí)間，則S/N》20。ST 在白天觀星，通過(guò)附加兩片截止在紅外的高通濾光片實(shí)現(xiàn)。圖6 給出使用IR PRO 809 濾光片在白天對(duì)金星的觀測(cè)結(jié)果（July， 25， 15:00 UT Venus Mv=-3.6）。
“HERO”的星相機(jī)
3、應(yīng)用于導(dǎo)彈等軍事領(lǐng)域的星敏感器
SED20 星跟蹤器是 SODERN 公司專門為法國(guó) M51 彈道導(dǎo)彈（計(jì)劃于 2010年取代 M4）設(shè)計(jì)的，SED20 的研發(fā)在 2005 年底已經(jīng)完成。2006 年 3 月，美國(guó) Microcosm 公司宣布可在海平面白天觀測(cè) 7.1 等恒星。
的 DayStar 系統(tǒng)研制成功。實(shí)驗(yàn)表明午后太陽(yáng)位于天頂時(shí)，DayStar 系統(tǒng)仍能探 測(cè)到 7.1 等星。Microcosm 公司稱即使在天空有薄云的情況下 DayStar 系統(tǒng)仍能可靠工作，比 DayStar 系統(tǒng)體積更小、性能類似的星敏感器系統(tǒng)將在飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)上得到應(yīng)用，與慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行組合提供高精度的導(dǎo)航參數(shù)。
SED20 星跟蹤器