國(guó)外衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展綜述

劉豪（北京空間科技信息研究所）

從20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，商業(yè)通信衛(wèi)星進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。為了縮短研制周期、降低研制成本、提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)外制造商提出采用模塊化設(shè)計(jì)的衛(wèi)星公用平臺(tái)取代傳統(tǒng)的衛(wèi)星平臺(tái)，建立衛(wèi)星公用平臺(tái)產(chǎn)品線(xiàn)，從而大幅提高通信衛(wèi)星的產(chǎn)能。在嘗到甜頭后，各個(gè)制造商大力發(fā)展衛(wèi)星公用平臺(tái)，并把它應(yīng)用于涵蓋通信、遙感、導(dǎo)航、科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)等不同領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)40多年的推陳出新和穩(wěn)步發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)宇航企業(yè)建立了不同的衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜（國(guó)外習(xí)慣稱(chēng)“家族”）和產(chǎn)品線(xiàn)。

1 各衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域公用平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r

在衛(wèi)星公用平臺(tái)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，最典型的是通信和遙感，這兩類(lèi)應(yīng)用衛(wèi)星一般各具有相對(duì)穩(wěn)定的性能，比如質(zhì)量、軌道和電源，而且發(fā)射數(shù)量較多，因此研制衛(wèi)星公用平臺(tái)有利于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

通信衛(wèi)星領(lǐng)域

通信衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)不斷向模塊化、系列化和多任務(wù)適應(yīng)性方向發(fā)展。通信衛(wèi)星平臺(tái)越做越大，有效載荷載承比逐漸提高。目前，超大型通信衛(wèi)星平臺(tái)的有效載荷承載能力達(dá)到1200kg，發(fā)射質(zhì)量達(dá)到6t以上，功率達(dá)到15kW以上。衛(wèi)星平臺(tái)姿軌控能力正日益提高，以適應(yīng)通信有效載荷容量不斷增大、種類(lèi)不斷增多的發(fā)展趨勢(shì)。采用新技術(shù)、新工藝和新材料，例如電推進(jìn)技術(shù)和新型高效電源技術(shù)的應(yīng)用，提高了衛(wèi)星平臺(tái)的壽命和承載能力，微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展也促進(jìn)了衛(wèi)星平臺(tái)能力的提高。地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)在中低軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星、靜止軌道遙感衛(wèi)星中的應(yīng)用也是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

遙感衛(wèi)星領(lǐng)域

在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，目前有兩大發(fā)展趨勢(shì)：一方面發(fā)展更大型、可承載多種載荷的綜合遙感衛(wèi)星；另一方面利用小型衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)等更加靈活地完成遙感任務(wù)。國(guó)外大中型遙感衛(wèi)星質(zhì)量已達(dá)6～8t，壽命達(dá)5年或更長(zhǎng)。目前，由不同公司開(kāi)發(fā)的低軌遙感衛(wèi)星平臺(tái)基本覆蓋了各類(lèi)需求，體現(xiàn)了遙感衛(wèi)星平臺(tái)的先進(jìn)性、通用性和可擴(kuò)展性，可向有效載荷提供多種服務(wù)，綜合了各種技術(shù)（光學(xué)、主動(dòng)和被動(dòng)微波）的未來(lái)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的需要。遙感小衛(wèi)星采用微機(jī)電、新材料等新技術(shù)，以及柔性設(shè)計(jì)思想，使衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)向模塊化、系列化和集成化方向發(fā)展。

導(dǎo)航衛(wèi)星領(lǐng)域

目前，國(guó)外還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為導(dǎo)航衛(wèi)星而開(kāi)發(fā)新型衛(wèi)星平臺(tái)，它一般采用成熟的通信衛(wèi)星平臺(tái)或多用途衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行適應(yīng)性修改，如美國(guó)“全球定位系統(tǒng)”（GPS）衛(wèi)星采用過(guò)洛馬公司的LM－4000和A2100衛(wèi)星平臺(tái)，俄羅斯“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）采用了“快訊”（Express）衛(wèi)星平臺(tái)，日本“準(zhǔn)天頂”（QZS）系統(tǒng)采用了DS－2000衛(wèi)星平臺(tái)，歐洲“伽利略”（Galileo）系統(tǒng)的試驗(yàn)衛(wèi)星采用薩瑞衛(wèi)星技術(shù)有限公司（SSTL，以下簡(jiǎn)稱(chēng)薩瑞公司）的小衛(wèi)星平臺(tái)，業(yè)務(wù)衛(wèi)星采用德國(guó)OHB公司的多用途衛(wèi)星平臺(tái)等。導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)一般采用同類(lèi)衛(wèi)星構(gòu)成星座，各星狀態(tài)基本相同，所以適于批量生產(chǎn)和“一箭多星”發(fā)射。

科學(xué)衛(wèi)星領(lǐng)域

科學(xué)衛(wèi)星包括用于研究行星、天體物理學(xué)、磁氣圈研究、基礎(chǔ)物理學(xué)等任務(wù)的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星均具有各不相同的任務(wù)要求，比如具有不同的軌道幾何學(xué)、不同的科學(xué)設(shè)備、不同的任務(wù)操作等，而且飛行機(jī)會(huì)比任何其他類(lèi)型任務(wù)都少。因此，對(duì)于科學(xué)任務(wù)來(lái)說(shuō)，難以考慮使用衛(wèi)星公用平臺(tái)。但是，為了有效地應(yīng)對(duì)廣泛的科學(xué)要求、降低成本、縮短制造進(jìn)度和降低研制風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)外開(kāi)發(fā)了多種多用途衛(wèi)星平臺(tái)，并成功應(yīng)用于多項(xiàng)科學(xué)任務(wù)，如歐洲的MITA、“靈活平臺(tái)”（Flexbus）、“海神”（Proteus，它是“可重構(gòu)的觀測(cè)、通信與科學(xué)平臺(tái)”的縮寫(xiě)）和“無(wú)數(shù)”（Myriade）等衛(wèi)星平臺(tái)，以及美國(guó)的LM－900、“微小衛(wèi)星”（MicroStar）、“低軌星”（LEOStar）等衛(wèi)星平臺(tái)。

2 主要宇航企業(yè)衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展?fàn)顩r

采用A2100衛(wèi)星平臺(tái)的回聲星－10（Echostar－10）衛(wèi)星

如上所述，衛(wèi)星公用平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋到通信、遙感、導(dǎo)航、科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)等各類(lèi)應(yīng)用衛(wèi)星中，但衛(wèi)星公用平臺(tái)大體可以分為三類(lèi)，即通信衛(wèi)星平臺(tái)、遙感衛(wèi)星平臺(tái)和多用途衛(wèi)星平臺(tái)。下面對(duì)國(guó)外宇航企業(yè)衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

泰雷茲-阿萊尼亞公司

在通信衛(wèi)星平臺(tái)方面，泰雷茲-阿萊尼亞公司以“空間客車(chē)”（Spacebus）系列衛(wèi)星平臺(tái)為主，尤其是空間客車(chē)－4000系列通信衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展了空間客車(chē)－4000B1、4000B2、4000B3、4000C1、4000C2、4000C3和4000C4等多種型號(hào)，可提供5～15kW功率，衛(wèi)星最大發(fā)射質(zhì)量可達(dá)5900kg。此外，在歐洲航天局（ESA）的主導(dǎo)下，該公司與阿斯特留姆（Astrium）公司正在聯(lián)合研制具有18kW有效載荷功率的“阿爾法平臺(tái)”（Alphabus）。

在多用途衛(wèi)星平臺(tái)方面，近幾年來(lái)該公司開(kāi)發(fā)了兩種先進(jìn)的多用途小衛(wèi)星平臺(tái)：“海神”和“意大利多應(yīng)用可重構(gòu)平臺(tái)”（PRIMA）。其中，“海神”衛(wèi)星平臺(tái)在經(jīng)過(guò)修改后，憑借出色的性能，已被“全球星”（Globalstar）星座、O3b星座和“銥”（Iridium）星星座等廣泛采用，獲得了大批訂單。該衛(wèi)星平臺(tái)已入選美國(guó)航空航天局（NASA）快速航天器研制辦公室（RSDO）第三批衛(wèi)星平臺(tái)目錄。

阿斯特留姆公司

阿斯特留姆公司近幾年來(lái)通過(guò)廣泛并購(gòu)，建立了種類(lèi)最多的衛(wèi)星平臺(tái)型譜。其中，通信衛(wèi)星平臺(tái)包括歐洲星－1000、2000、3000（Eurostar－1000、2000、3000）系列，當(dāng)前主打的是歐洲星－3000，衛(wèi)星最大發(fā)射質(zhì)量達(dá)到6150kg；大型遙感衛(wèi)星平臺(tái)包括斯波特-MK（SPOT MK）系列衛(wèi)星平臺(tái)和“極軌”（PPF）衛(wèi)星平臺(tái)，另外還有衛(wèi)星質(zhì)量覆蓋130～1200kg的低軌星－200、500、XO系列，“無(wú)數(shù)”衛(wèi)星平臺(tái)和“天體星”（Astrosat）系列衛(wèi)星平臺(tái)。阿斯特留姆公司收購(gòu)了曾由道尼爾衛(wèi)星系統(tǒng)公司（DSS）研制的“靈活平臺(tái)”；2011年又收購(gòu)了薩瑞公司，將其多種小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星平臺(tái)納入麾下，包括“薩瑞納衛(wèi)星應(yīng)用平臺(tái)”（SNAP）、微小衛(wèi)星－70和100、Constella，以及SSTL－150、300、400、600、900等衛(wèi)星平臺(tái)。

目前，阿斯特留姆公司主打的衛(wèi)星平臺(tái)覆蓋領(lǐng)域全面，尤其是在收購(gòu)薩瑞公司之后，衛(wèi)星平臺(tái)包括從納衛(wèi)星到超大型衛(wèi)星各個(gè)層次。

洛馬公司

洛馬公司在早期研制了LM－3000、4000、5000、7000等地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)，隨著地球靜止軌道通信衛(wèi)星不斷向大質(zhì)量、高功率方向發(fā)展，這些衛(wèi)星平臺(tái)也逐漸被其A2100衛(wèi)星平臺(tái)所代替。A2100系列衛(wèi)星平臺(tái)包括A2100A、A2100AX、A2100AXS、A2100M等型號(hào)，功率覆蓋范圍為5.7～15kW，衛(wèi)星最大發(fā)射質(zhì)量達(dá)到6169kg。其中，LM－4000和A2100衛(wèi)星平臺(tái)經(jīng)適應(yīng)性修改也曾被用于導(dǎo)航衛(wèi)星。另外，洛馬公司還擁有“國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（DSCS）和 “軍事星”（Milstar）衛(wèi)星平臺(tái)。LM－700衛(wèi)星平臺(tái)在20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初研制，主要用于“銥”星低地球軌道通信衛(wèi)星。

在遙感領(lǐng)域，泰羅斯-N（TIROS N）衛(wèi)星平臺(tái)廣泛應(yīng)用于“國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃”（DMSP）和“諾阿”（NOAA）等美國(guó)氣象衛(wèi)星系列。其小型遙感衛(wèi)星平臺(tái)LM－900也可修改后用于科學(xué)應(yīng)用。?

軌道科學(xué)公司

軌道科學(xué)公司在中、小型衛(wèi)星研制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，主打中、小型衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜，建立了覆蓋通信、遙感和科學(xué)應(yīng)用多個(gè)系列。

在通信衛(wèi)星領(lǐng)域，軌道科學(xué)公司主推“星”（Star）衛(wèi)星平臺(tái)。該衛(wèi)星平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕便，專(zhuān)為簡(jiǎn)便集成而設(shè)計(jì)，可降低衛(wèi)星研制周期。雖然“星”衛(wèi)星平臺(tái)主要面向衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)，但是經(jīng)過(guò)適應(yīng)性調(diào)整后，也可用于地球和空間科學(xué)應(yīng)用，以及技術(shù)驗(yàn)證或風(fēng)險(xiǎn)降低項(xiàng)目。采用星－2衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量不到2500kg，有效載荷質(zhì)量400kg。在星－2衛(wèi)星平臺(tái)的基礎(chǔ)上，軌道科學(xué)公司進(jìn)一步發(fā)展了星－2.4和2.7兩種衛(wèi)星平臺(tái)。采用星－2.4衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量為2400kg，有效載荷功率提高到5kW；星－2.7衛(wèi)星平臺(tái)有效載荷功率達(dá)到7.5kW。

SA－200系列衛(wèi)星平臺(tái)原是由美國(guó)的光譜宇航公司（Spectrum astro，后屬通用動(dòng)力先進(jìn)信息系統(tǒng)公司）在多年小衛(wèi)星研制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成的一個(gè)高性能平臺(tái)，適用于低軌道空間任務(wù)，通過(guò)適應(yīng)性修改，也能支持中高軌道和靜止軌道空間任務(wù)。2010年，軌道科學(xué)公司收購(gòu)了通用動(dòng)力先進(jìn)信息系統(tǒng)公司的航天器研制業(yè)務(wù)，從而使該系列衛(wèi)星平臺(tái)歸軌道科學(xué)公司所有。在美國(guó)航空航天局快速航天器研制辦公室第三批衛(wèi)星平臺(tái)目錄中，軌道科學(xué)公司的300HP和300S兩種衛(wèi)星平臺(tái)實(shí)際上就來(lái)源于光譜宇航公司的SA－200HP和SA－200S。

在小型多用途衛(wèi)星平臺(tái)方面，軌道科學(xué)公司發(fā)展了“低軌星”系列和“迷你星”（Ministar）、“微小衛(wèi)星”等衛(wèi)星平臺(tái)，適用于通信、遙感、技術(shù)驗(yàn)證和空間科學(xué)等多種飛行任務(wù)。

波音公司

采用BSS－702衛(wèi)星平臺(tái)的電視直播－12（DirecTV－12）衛(wèi)星

波音公司主打通信衛(wèi)星系列平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了以BSS－601和702為代表的地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)。BSS－601系列衛(wèi)星平臺(tái)共推出基本型、高功率型BSS－601HP、專(zhuān)用于中地球軌道移動(dòng)通信的BSS－601M、用于地球靜止軌道業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星（GOES）的BSS－601 GOES、用于“跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星”（TDRS）的BSS－601 TDRS等型號(hào)，最大可提供10kW功率。BSS－702系列衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展了高功率型BSS－702HP、中功率型BSS－702MP和全電推進(jìn)型BSS－702SP，可提供的功率范圍為3～18kW，衛(wèi)星最大發(fā)射質(zhì)量達(dá)到6116kg。波音公司近幾年開(kāi)始在衛(wèi)星研制中采用“精益制造”模式，其BSS－702MP和702SP衛(wèi)星平臺(tái)分別一次性簽署了4顆衛(wèi)星訂單，通過(guò)批量生產(chǎn)降低研制成本和周期。目前，除了BSS－601HP衛(wèi)星平臺(tái)偶爾用于數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星以外，該系列衛(wèi)星平臺(tái)已基本不再使用，取而代之的是全新的BSS－702衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品線(xiàn)。

勞拉公司

采用BSS－702衛(wèi)星平臺(tái)的國(guó)際通信衛(wèi)星－22結(jié)構(gòu)圖

勞拉公司在1990年10月收購(gòu)福特宇航公司之后，成立了勞拉空間系統(tǒng)公司，并回購(gòu)了原屬歐洲制造商的全部股權(quán)，自此勞拉公司成為發(fā)展最快的商業(yè)通信衛(wèi)星及分系統(tǒng)的制造商。勞拉公司提供整星服務(wù)，包括衛(wèi)星平臺(tái)、通信有效載荷、風(fēng)險(xiǎn)管理、保險(xiǎn)、運(yùn)行控制和發(fā)射系統(tǒng)采購(gòu)。其LS－1300衛(wèi)星平臺(tái)的研制始于20世紀(jì)80年代中期，期間經(jīng)歷了數(shù)次升級(jí)換代，功率、通信能力和壽命都得到了很大改進(jìn)。目前，LS－1300衛(wèi)星平臺(tái)主要用于地球靜止軌道通信衛(wèi)星，其型譜包括：LS－1300（基本型）、1300GOES-NEXT（用于下一代地球靜止軌道業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星）、1300S（擴(kuò)展型）等。不同版本的LS－1300衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星功率從5～25kW不等，衛(wèi)星最大發(fā)射質(zhì)量可達(dá)6910kg，最大有效載荷質(zhì)量為1200kg。

3 國(guó)外衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展途徑分析

縱觀國(guó)外衛(wèi)星公用平臺(tái)的發(fā)展歷程，可以看出其大致有兩種發(fā)展途徑。

綜合優(yōu)選途徑

最初的衛(wèi)星公用平臺(tái)是通過(guò)某種衛(wèi)星型號(hào)的研制和發(fā)射，以該型號(hào)的衛(wèi)星平臺(tái)為基礎(chǔ)，進(jìn)行適當(dāng)修改，建立標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星平臺(tái)，使其不僅能適用于同一型號(hào)不同批次的衛(wèi)星，而且也能適應(yīng)其他型號(hào)衛(wèi)星。比如在波音的BSS－301～393系列近20種衛(wèi)星平臺(tái)中，最為成功的是BSS－376衛(wèi)星平臺(tái)，該衛(wèi)星平臺(tái)從1980年首次發(fā)射一直使用到2003年，共發(fā)射衛(wèi)星60顆，先后推出BSS－376基本型、376HP、376L和376W等多種型號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)。

規(guī)劃發(fā)展途徑

在新衛(wèi)星平臺(tái)開(kāi)發(fā)初期，是按照模塊化思想加強(qiáng)衛(wèi)星平臺(tái)頂層設(shè)計(jì)，使之具有一定的適應(yīng)性和靈活性，滿(mǎn)足各種型號(hào)，甚至不同系列衛(wèi)星的有效載荷，以及兼顧未來(lái)可能出現(xiàn)的新型號(hào)衛(wèi)星需要，進(jìn)行功能擴(kuò)展。這種思路使得衛(wèi)星平臺(tái)的開(kāi)發(fā)更具有針對(duì)性，避免重復(fù)研制和無(wú)序改進(jìn)，從而有規(guī)劃、有步驟地發(fā)展。目前，國(guó)外主流的衛(wèi)星公用平臺(tái)均采用此種思路，如勞拉公司的LS－1300系列、波音公司的BSS－601和702系列、洛馬公司的A2100系列、軌道科學(xué)公司的“星”系列、泰雷茲-阿萊尼亞公司的“空間客車(chē)”系列和“海神”小衛(wèi)星平臺(tái)、阿斯特留姆公司的“歐洲星”系列、日本的DS－2000系列衛(wèi)星平臺(tái)等。

總體而言，無(wú)論是哪種發(fā)展途徑，國(guó)外都將衛(wèi)星平臺(tái)看作是一種系統(tǒng)級(jí)的產(chǎn)品，通過(guò)應(yīng)用不同程度的模塊化設(shè)計(jì)，積極在衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品線(xiàn)中引入新技術(shù)，不斷對(duì)已有衛(wèi)星公用平臺(tái)進(jìn)行能力擴(kuò)展，不斷淘汰落后衛(wèi)星平臺(tái)，發(fā)展出先進(jìn)的、最具效費(fèi)比的公用衛(wèi)星平臺(tái)型號(hào)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 啟示

目前，國(guó)外先進(jìn)宇航企業(yè)已經(jīng)為不同用途的衛(wèi)星研制了不同系列的衛(wèi)星公用平臺(tái)，形成了真正意義上的通用化、系列化和模塊化衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品。其以衛(wèi)星公用平臺(tái)和現(xiàn)貨產(chǎn)品為基礎(chǔ)，基本實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星型號(hào)研制生產(chǎn)的準(zhǔn)流水線(xiàn)作業(yè)，型號(hào)研制過(guò)程是以采購(gòu)貨架產(chǎn)品為主進(jìn)行系統(tǒng)快速集成創(chuàng)新的過(guò)程。在控制和縮短研制周期的同時(shí)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性，降低了項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益。

我國(guó)雖已初步形成了衛(wèi)星公用平臺(tái)系列型譜，但型譜的覆蓋性不夠完整，綜合技術(shù)能力存在一定差距，產(chǎn)品化、通用化程度較低，技術(shù)升級(jí)緩慢，影響型號(hào)研制成本、周期和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為了加快構(gòu)建我國(guó)航天科技工業(yè)新體系，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星研制能力從大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型的更高需求，我國(guó)應(yīng)認(rèn)真規(guī)劃和完善衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜，有組織、有目的地加強(qiáng)衛(wèi)星公用平臺(tái)技術(shù)升級(jí)，建立健全衛(wèi)星公用平臺(tái)配套產(chǎn)品型譜體系，促進(jìn)衛(wèi)星公用平臺(tái)更快、更好地發(fā)展。