大火箭和大衛(wèi)星的大智慧

楊蕾　巡天

小編的話：

2019年12月2了日，我國(guó)最大推力運(yùn)載火箭“長(zhǎng)征五號(hào)”搭載著基于“東方紅五號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“東五平臺(tái)”）的首顆新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證衛(wèi)星——“實(shí)踐二十號(hào)”，在我國(guó)海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。此次“長(zhǎng)征五號(hào)”發(fā)射任務(wù)之所以被寄予厚望，是因?yàn)槠潢P(guān)系到中國(guó)航天后續(xù)一系列重大工程的順利實(shí)施。大火箭配大衛(wèi)星注定會(huì)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，那么大家心心念念的大火箭到底給太空送去了什么“共享大禮包”？被譽(yù)為“共享大禮包”的大衛(wèi)星又有什么特別之處？

衛(wèi)星平臺(tái)的“共享”功能

此次“長(zhǎng)征五號(hào)”發(fā)射的“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星是一顆基于東五平臺(tái)研制的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。東五平臺(tái)作為此次發(fā)射任務(wù)的另一個(gè)主角，是我國(guó)下一代地球同步軌道大型衛(wèi)星公用平臺(tái)，具有高承載、大功率、高散熱、長(zhǎng)壽命、可擴(kuò)展、多適應(yīng)等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足未來(lái)5～15年內(nèi)通信、微波遙感和光學(xué)遙感等載荷對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的需求。換言之，它將是未來(lái)幾年“孕育”各型衛(wèi)星的“母體”。

那么，什么是“衛(wèi)星平臺(tái)”？它是如何實(shí)現(xiàn)“共享”的？舉一個(gè)更生活化的例子，我們看到街上跑的卡車(chē)，它們?cè)诔鰪S的時(shí)候，一般是以底盤(pán)的形式運(yùn)往各地進(jìn)行銷(xiāo)售。如果將購(gòu)車(chē)用戶(hù)分成了兩類(lèi)：一類(lèi)用戶(hù)是在經(jīng)銷(xiāo)商處購(gòu)買(mǎi)車(chē)輛底盤(pán)，另一類(lèi)則是購(gòu)買(mǎi)經(jīng)銷(xiāo)商已經(jīng)裝好的貨箱，而購(gòu)買(mǎi)底盤(pán)的用戶(hù)就可以根據(jù)自己的需求對(duì)汽車(chē)進(jìn)行改裝。衛(wèi)星平臺(tái)也是如此，我們提供最基礎(chǔ)的功能給衛(wèi)星用戶(hù)，根據(jù)任務(wù)需要再添加各種專(zhuān)用功能模塊。

對(duì)于大部分的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星平臺(tái)不論安裝什么有效載荷，其基本功能都是一致的，只是具體的技術(shù)性能會(huì)有所差別。根據(jù)這一特點(diǎn)，世界上許多國(guó)家在衛(wèi)星設(shè)計(jì)研制中都采取這種類(lèi)似車(chē)子底盤(pán)的衛(wèi)星公用平臺(tái)思路，設(shè)計(jì)具有通用性的載荷平臺(tái)，接口和供能等參數(shù)能夠在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同有效載荷的要求。也就是說(shuō)，裝載不同的有效載荷，衛(wèi)星平臺(tái)只需要做少量適應(yīng)性修改即可。

目前，我國(guó)在通信衛(wèi)星領(lǐng)域已經(jīng)形成了“東方紅”平臺(tái)家族，包括有“東方紅三號(hào)”平臺(tái)和“東方紅四號(hào)”平臺(tái)等。這種共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，大大縮短了衛(wèi)星研制周期，節(jié)省了研制經(jīng)費(fèi)，提高了衛(wèi)星的可靠性。如今，隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及、移動(dòng)通信和高清數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，同步軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)正在向大型化、高通量、長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。

聰明又穩(wěn)重的“大塊頭”

被大家稱(chēng)為“大塊頭”的東五平臺(tái)可不是浪得虛名，東五平臺(tái)有著我國(guó)迄今為止面積最大、展開(kāi)方式最復(fù)雜的太陽(yáng)翼。和現(xiàn)役的“東方紅三號(hào)”“東方紅四號(hào)”平臺(tái)相比，東五平臺(tái)的“塊頭”明顯大了很多，起飛重量由上一代的5噸增加到8噸以上。

“塊頭”大了，“力氣”自然也小不了，它的載荷承載能力是“東方紅四號(hào)”平臺(tái)的2.5倍以上。就拿太陽(yáng)翼來(lái)說(shuō).它的單翼長(zhǎng)度相當(dāng)于兩輛普通公交車(chē)首尾相連，而雙翼展開(kāi)則比波音737飛機(jī)的翼展還要寬10米。

“聰明”是對(duì)東五平臺(tái)“智商”最直白的表述。比如，為了應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的在軌故障，平臺(tái)采用了智能故障診斷與處理系統(tǒng)，相當(dāng)于在衛(wèi)星上安排了一位“坐診醫(yī)生”;針對(duì)日漸擁擠的空間環(huán)境，東五平臺(tái)配備了智能化的頻譜感知系統(tǒng)，避免發(fā)生有害的頻率干擾……

另外，太陽(yáng)能帆板的設(shè)計(jì)也令人拍案叫絕，它配置了兩幅太陽(yáng)翼，由之前的單翼4塊板增加到單翼6塊板。這種太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)采用二維二次展開(kāi)方式，復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“東方紅四號(hào)”平臺(tái)。

什么是二維展開(kāi)？太陽(yáng)能帆板先縱向呈“一”字形展開(kāi)，再橫向呈“+”字型展開(kāi)。這種結(jié)構(gòu)在增大太陽(yáng)能帆板面積的同時(shí)，減小了展開(kāi)長(zhǎng)度，同時(shí)配合全新的半剛性設(shè)計(jì)，有效提高了太陽(yáng)翼剛度，同時(shí)提升了衛(wèi)星的姿態(tài)控制穩(wěn)定性。

熟悉漫威電影的人都知道，擁有神奇戰(zhàn)甲的“鋼鐵俠”之所以無(wú)所不能，是因?yàn)樾乜诘哪菈K能量源。對(duì)于衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，提升“戰(zhàn)斗值”的能源就是電力。而東五平臺(tái)的大面積太陽(yáng)能帆板，再配合高性能鋰電池和大功率供配電系統(tǒng)，使得整星輸出功率達(dá)28千瓦，提供給有效載荷的電源功率達(dá)18千瓦以上，同時(shí)配合可展開(kāi)式熱輻射器，加大了衛(wèi)星的散熱能力。在這樣強(qiáng)勁的電力能源供應(yīng)和散熱能力之下，東五平臺(tái)的“武力值”飆升，它能夠承載的有效載荷也由“東方紅四號(hào)”平臺(tái)的600千克，一躍增加到1.5噸以上，與國(guó)際上最先進(jìn)的通信衛(wèi)星平臺(tái)相當(dāng)。

“領(lǐng)跑者”的新本領(lǐng)

經(jīng)常旅行的人都知道，目前，無(wú)論是在飛行的飛機(jī)上、遠(yuǎn)洋航行的船舶上，還是在高速運(yùn)行的高鐵上，我們都還無(wú)法享受網(wǎng)絡(luò)沖浪帶來(lái)的快感。但隨著未來(lái)高通量通信衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)構(gòu)建衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。到那個(gè)時(shí)候，無(wú)論你身處萬(wàn)米高空的飛機(jī)、急速飛馳的高鐵，還是在茫茫大海的輪船上，以及那些荒無(wú)人煙之地，都可以高速瀏覽網(wǎng)頁(yè)，甚至視頻通話。

原來(lái)的衛(wèi)星通信終端受衛(wèi)星設(shè)計(jì)的限制，尺寸都比較大，一般都安裝在建筑物上或者大型車(chē)輛上。而依托高通量衛(wèi)星，通信衛(wèi)星的終端接收裝置就可以小型化，甚至是普通的家用SUV都可以安裝，東五平臺(tái)就瞄準(zhǔn)了這樣的應(yīng)用。

東五平臺(tái)在軌壽命長(zhǎng)達(dá)16年，同時(shí)，該平臺(tái)將首次搭載Q和V波段載荷，覆蓋33～75GHz的全部頻段。衛(wèi)星定點(diǎn)后，將能提供高達(dá)1TB的數(shù)據(jù)通信帶寬，為通信、廣播、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供支持。

這就意味著我國(guó)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將會(huì)更快、更好，為后續(xù)開(kāi)展全球商業(yè)化服務(wù)奠定基礎(chǔ)，能夠較大地提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。年輕的東五平臺(tái)正在努力奔跑，逐夢(mèng)前行。它每走一步都在見(jiàn)證中國(guó)航天的發(fā)展速度。