“亞太6E”：更智能的全電推通信衛(wèi)星

文/顧航瑜

2023年1月13日凌晨，亞太6E衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長二丙運載火箭成功發(fā)射。亞太6E衛(wèi)星將為印度尼西亞全境提供高速便捷的高通量寬帶通信服務(wù)，有效填補其寬帶通信市場空白。為此，衛(wèi)星與火箭均應(yīng)用了一系列新技術(shù)、新工藝，確保未來發(fā)揮更出色的通信效能。

▲ 長二丙火箭成功發(fā)射亞太6E衛(wèi)星

▲ 亞太6E衛(wèi)星進行測試

▲ 亞太6E衛(wèi)星蓄勢待發(fā)

▲ 從另一個角度看亞太6E衛(wèi)星

平臺換新更智能

亞太6E衛(wèi)星是一顆地球靜止軌道高通量Ku頻段寬帶通信衛(wèi)星，衛(wèi)星載荷針對印度尼西亞市場特殊定制，將為移動基站回傳、印度尼西亞企業(yè)網(wǎng)和個人消費者帶寬業(yè)務(wù)等應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)、高效、靈活、低成本的衛(wèi)星寬帶通信服務(wù)。按設(shè)計，該衛(wèi)星波束將覆蓋印度尼西亞全境，通信總?cè)萘砍^30千兆位/秒，比傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的容量高出數(shù)倍。

據(jù)了解，亞太6E衛(wèi)星是東方紅三號E平臺的首發(fā)星，也是我國首顆全電推進、自主飛行變軌的地球同步軌道通信衛(wèi)星，具有低成本、高承載比、高自主性的特點，有望進一步提升我國通信衛(wèi)星平臺的國際競爭力和智能自主水平。其中，東方紅三號E平臺承載了航天科技集團“高質(zhì)量、高效率、高效益”的發(fā)展理念，是我國未來開拓通信衛(wèi)星國際市場的主力平臺。

目前，大力發(fā)展衛(wèi)星電推進技術(shù)已成為各航天大國的共識，更是衡量未來衛(wèi)星先進性的重要“標(biāo)桿”。

全電推進衛(wèi)星平臺可以帶來哪些好處呢？一般來講，它能夠大幅降低對推進劑的需求，提高衛(wèi)星承載比，進而增強衛(wèi)星的有效載荷能力。亞太6E衛(wèi)星是我國首次在軌驗證全電推進自主飛行變軌、大功率離子和霍爾電推、可展開矢量調(diào)節(jié)機構(gòu)等全電推平臺關(guān)鍵技術(shù)，能夠為突破全電推衛(wèi)星核心技術(shù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，又為未來全電推技術(shù)發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

為達成設(shè)計目標(biāo)，亞太6E衛(wèi)星需要驗證長周期電推變軌以及在軌穩(wěn)定運行，有望極大推動我國長壽命、高可靠全電推進衛(wèi)星的發(fā)展。據(jù)悉，在發(fā)射成功10天后，亞太6E衛(wèi)星與獨立推進艙星間分離成功，正式開啟了電推變軌的旅程。

此外，東方紅三號E平臺可適配低成本小型運載火箭，通過采用自主飛行并首次在軌驗證自主化推軌道轉(zhuǎn)移、星間分離、獨立推進艙自主離軌、自主電推軌道轉(zhuǎn)移與位置保持等多項新技術(shù)，將大幅拓展航天科技集團五院多種領(lǐng)域產(chǎn)品的能力?！蹦Ｊ剑瑴p少對地面測控系統(tǒng)的依賴，進一步降低項目成本，未來應(yīng)用前景廣闊。

亞太6E衛(wèi)星總設(shè)計師王敏強調(diào)，本次任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計極為復(fù)雜：“首次采用長二丙運載火箭發(fā)射高軌通信衛(wèi)星，首次采用可分離獨立推進艙技術(shù)，

▲ 未來亞太6E衛(wèi)星在軌工作示意圖

正是在諸多先進技術(shù)助力下，“亞太6E”成為一顆更加智能的衛(wèi)星，將實現(xiàn)自主飛行任務(wù)管理、自主軌道測定以及自主衛(wèi)星故障診斷、恢復(fù)。

亞太6E衛(wèi)星將首次實現(xiàn)自主軌道轉(zhuǎn)移。星箭分離后，亞太6E衛(wèi)星將飛出“最遙遠的升軌旅程”，完成當(dāng)前世界上升軌高度最高、用時最長的飛行任務(wù)。具體來講，在長達10個月的自主軌道轉(zhuǎn)移過程中，該衛(wèi)星將依次開展自主化推軌道轉(zhuǎn)移、星間分離、星外大部件（太陽翼、矢量調(diào)節(jié)機構(gòu)、天線）解鎖展開、獨立推進艙自主離軌、電推軌道轉(zhuǎn)移等飛行任務(wù)。衛(wèi)星定點后，還將應(yīng)用自主位置保持、自主任務(wù)管理等多項智能管理技術(shù)。這些都有望極大提升衛(wèi)星的好用性和易用性。

此外，在亞太6E衛(wèi)星變軌過程中，衛(wèi)星上高低軌一體的自主軌道測定系統(tǒng)能通過兼容北斗系統(tǒng)和GPS信號，實現(xiàn)全軌道自主測定能力，為衛(wèi)星長周期多圈次自主變軌“保駕護航”。

▲ 亞太6E衛(wèi)星研制隊伍工作現(xiàn)場

在漫長的飛行途中，亞太6E衛(wèi)星具備自主故障診斷及恢復(fù)能力?？紤]到衛(wèi)星在長時間自主變軌過程中會反復(fù)穿越范·艾倫輻射帶，高能粒子將對星上設(shè)備產(chǎn)生一定危害，同時由于衛(wèi)星入軌軌道較低，測控弧段無法完全覆蓋，針對可能發(fā)生的在軌故障，衛(wèi)星自主故障診斷及恢復(fù)能力將為衛(wèi)星安全飛行提供有力保障。

商業(yè)創(chuàng)新克難關(guān)

“高通量衛(wèi)星都是定制衛(wèi)星，對于市場來說，服務(wù)壽命至少15年。市場抓不準(zhǔn)的話，業(yè)務(wù)就難以推廣出去?！眮喬?E衛(wèi)星主任設(shè)計師侯衛(wèi)國解釋稱，這就意味著型號發(fā)展既有機遇也有風(fēng)險，有必要采取新的發(fā)展策略。

可以說，亞太6E衛(wèi)星項目開拓了全新的商業(yè)模式。由五院聯(lián)合亞太公司、長城公司、一院共同籌劃，在香港成立亞太星聯(lián)合資公司，負責(zé)采購并運營衛(wèi)星。這是航天科技集團旗下制造商、承包商、運營商首度共同投資設(shè)立境外公司。衛(wèi)星在軌交付后，亞太星聯(lián)將與印度尼西亞TELOMSAT公司開展合作，為該國市場提供高通量衛(wèi)星寬帶服務(wù)。不難看出，這種運營模式實現(xiàn)了五院由衛(wèi)星制造商向綜合服務(wù)提供商的轉(zhuǎn)變。有人戲稱，亞太6E衛(wèi)星有著“眾籌”背景。

這顆衛(wèi)星被寄予厚望。對五院來說，此次新的研制合作模式是從單一的衛(wèi)星制造商向衛(wèi)星綜合服務(wù)提供商轉(zhuǎn)變的重要嘗試。對亞太公司而言，有望借此實現(xiàn)分攤投資風(fēng)險的目標(biāo)，用較低的成本鞏固東南亞市場。

擔(dān)負著如此重任，亞太6E衛(wèi)星的研制過程中當(dāng)然少不了克服各種挑戰(zhàn)。據(jù)悉，研制隊伍完成了6項系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，先后開展了東方紅三號E平臺初樣設(shè)計專項審查、平臺初樣“回頭看”、出廠質(zhì)量確認及技術(shù)風(fēng)險“交底”“把關(guān)”等多輪次評審和審查，確保衛(wèi)星“技術(shù)見底”、質(zhì)量受控、風(fēng)險可控。

從平臺及衛(wèi)星立項到成功發(fā)射，衛(wèi)星研制周期與新冠疫情3年來高度重合，亞太6E衛(wèi)星研制隊伍為此一路攻堅克難。為了提高研制效率、盡快搶占市場，研制隊伍采取了亞太6E衛(wèi)星和東方紅三號E平臺并行研制的策略，頂住了高技術(shù)難度、高工作負荷及疫情困擾等多重壓力，大幅壓縮了研制周期。

2022年5月，研制隊伍開啟了持續(xù)近7個月的24小時不間斷工作機制，最終創(chuàng)造了衛(wèi)星加電時間超過2100小時、衛(wèi)星驗證平臺加電時間超過2200小時的衛(wèi)星研制紀錄。

▲ 科研人員正在一線忙碌

▲ 衛(wèi)星研制隊伍合影留念

亞太6E衛(wèi)星總指揮魏強介紹：“亞太6E衛(wèi)星研制團隊始終追求‘技術(shù)經(jīng)濟一體化’，不斷提升產(chǎn)品集成度和平臺承載比，減少研制成本，向著智能化、模塊化、批產(chǎn)化、自主化水平的方向邁進！”

“金牌老將”再革新

1982年，長二丙火箭完成首飛，將我國首顆應(yīng)用型返回式衛(wèi)星送入太空，此后接續(xù)創(chuàng)造了中國航天史上一個又一個“第一”。41年后，長二丙火箭將亞太6E衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，打響自身2023年“第一戰(zhàn)”。為了滿足新需求，這位“金牌老將”實施了多項技術(shù)改進，成效顯著。

一方面，火箭運載能力大幅提升。長二丙火箭副總師崔照云介紹，亞太6E衛(wèi)星重量從論證之初的1000千克逐步增加至最終的4300千克，大大超過了長二丙火箭的常規(guī)運載能力，也是該型火箭有效載荷重量首次突破4噸。為了將這名“胖子乘客”送到目標(biāo)軌道，長二丙火箭可謂使出了“洪荒之力”，型號團隊不斷開拓新思路。

正所謂“一克重量一克金”，火箭提升運載能力極為不易。長二丙火箭這次應(yīng)用了很多新措施，減輕自重，包括結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、動力挖潛等，最終實現(xiàn)了末級結(jié)構(gòu)減重目標(biāo)。

冬季的西昌高空風(fēng)很大，成為影響火箭發(fā)射的重要因素。在進行大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和彈道計算等工作之后，型號團隊巧妙地使高空風(fēng)由火箭安全飛行的“威脅因素”轉(zhuǎn)變?yōu)槌晒Πl(fā)射的“助力劑”，起飛的火箭最終在同向西南風(fēng)的幫助下“乘風(fēng)而行”。

當(dāng)然，想要借助自然力量，并非易事?！盀闇?zhǔn)確掌握風(fēng)力因素，本次任務(wù)統(tǒng)計了西昌發(fā)射場15年的風(fēng)場歷史數(shù)據(jù)。若高空風(fēng)過大，可能導(dǎo)致橫向載荷過大，超出箭體結(jié)構(gòu)能夠承受的范圍；若高空風(fēng)過小，可能造成運載能力不足、一子級殘骸落區(qū)超限。”長二丙運載火箭總體副主任設(shè)計師邢建偉介紹。試驗隊還制定方案，在臨發(fā)射前對原設(shè)計彈道進一步精細化修定，確保真正能夠“借風(fēng)飛行”。

另一方面，火箭滿足了極高的落區(qū)安全性要求。隨著經(jīng)濟、社會快速發(fā)展，和幾十年前相比，內(nèi)陸發(fā)射場周邊的火箭殘骸落區(qū)不再是“絕對無人區(qū)”，原定的火箭殘骸落區(qū)如今布滿了各種需要規(guī)避的目標(biāo)點。長二丙火箭作為目前我國服役年限最長的火箭，始終高度重視落區(qū)安全問題。

此次任務(wù)，火箭采用了全新射向，意味著要對落區(qū)重新勘查，復(fù)雜的落區(qū)情況讓彈道設(shè)計難度更是前所未有的。針對火箭一子級和整流罩落區(qū)限制，綜合考慮西昌衛(wèi)星發(fā)射中心冬季高空風(fēng)因素，設(shè)計師系統(tǒng)通過大量統(tǒng)計以往飛行數(shù)據(jù)，開展了飛行彈道和制導(dǎo)方法優(yōu)化設(shè)計。最終，一子級和整流罩落區(qū)面積均縮減了60%以上。

邢建偉對此形容，落區(qū)安全性是火箭發(fā)射任務(wù)的重要因素，就像是既需要把乘客送到最終位置，還必須保證把車停到指定停車位，不能亂停車，更不能停在許可范圍之外。

這次任務(wù)進場初期受疫情影響，最初計劃到崗的60余人實際只有20多人按時到位，連卸車都需要從場內(nèi)其他型號任務(wù)試驗隊借人。崔照云透露：“這次任務(wù)相比以往變動很多，但為了保證可靠性，每一次調(diào)整和更新都要重新進行分析驗證，這也就帶來了更多的工作量，投入精力比平時幾發(fā)任務(wù)的總和還要多?！?/p>

據(jù)悉，長二丙火箭今年宇航發(fā)射規(guī)模將達兩位數(shù)以上，每發(fā)任務(wù)的技術(shù)狀態(tài)都不一樣。作為我國第一型在酒泉、太原、西昌3個發(fā)射場都成功執(zhí)行過任務(wù)的火箭，今年長二丙火箭將繼續(xù)輾轉(zhuǎn)3個內(nèi)陸發(fā)射場。

▲ 火箭整流罩吊裝

▲ 火箭整流罩室內(nèi)工作現(xiàn)場

隨著型號隊伍的技術(shù)水平不斷提升，總體素質(zhì)更高，業(yè)務(wù)能力也更強。如今，新的設(shè)計手段加持，以及仿真設(shè)計與試驗技術(shù)的充分運用等，都在為長二丙火箭不斷注入新活力。長二丙火箭的高性價比、高可靠性等優(yōu)勢持續(xù)得到鞏固，同時朝著進一步提升可靠性、任務(wù)適應(yīng)性的方向不斷努力，始終煥發(fā)著生機與活力。