文昌發(fā)射場通信衛(wèi)星塔架電纜設計方案及測試驗證

戴 萌，王 濤，白穎利

（中國空間技術研究院 通信與導航衛(wèi)星總體部，北京 100094）

0 引言

海南文昌發(fā)射場主要由總裝測試廠房、加注扣罩廠房、垂直總裝廠房、1#塔架發(fā)射工位和2#塔架發(fā)射工位組成[1]。作為我國首個低緯度濱海發(fā)射基地，其建成滿足了中國航天發(fā)展的新需求。文昌發(fā)射場獨特的地理優(yōu)勢不僅可使火箭在發(fā)射時能借助接近赤道的較大線速度以及慣性帶來的離心力而大大減少燃料的消耗，并提升殘骸墜落的安全性，亦可通過海運解決巨型航天器運輸難題。但是與我國其他航天發(fā)射場相比，文昌發(fā)射場獨有的沿海環(huán)境因素，如鹽霧、高溫高濕氣候、多雨和臺風天氣等，也會給航天器發(fā)射帶來不利影響。因此，在文昌發(fā)射場的建設和使用過程中，必須綜合考慮環(huán)境因素的影響，優(yōu)化發(fā)射場各部分的設計，使其滿足航天器發(fā)射需求。

塔架電纜是為航天器在發(fā)射場進行地面測試及發(fā)射試驗提供必要的供電及有線檢測、控制通路的地面電纜。在發(fā)射場綜合測試全過程中，塔架電纜主要在垂直總裝廠房和塔架發(fā)射工位的測試中使用。不同類型的衛(wèi)星因其運載不同故而所用塔架的結構和電纜也不同。在通信衛(wèi)星地面測試全過程中，要求具備100 V 穩(wěn)壓供電能力，因此地面配套使用的電纜在設計、研制、使用等各階段中，都需要按照此要求開展工作，以滿足電纜與地面設備、電纜與衛(wèi)星接口的匹配要求。

文昌發(fā)射場通信衛(wèi)星使用的塔架電纜是在西昌發(fā)射場傳統(tǒng)塔架電纜的基礎上，結合文昌發(fā)射場特殊的鹽霧、高溫和高濕環(huán)境而設計。本文給出該塔架電纜的最終設計方案及測試驗證情況。

1 塔架電纜設計

1.1 塔架電纜組成

文昌發(fā)射場的塔架電纜設計既借鑒了西昌發(fā)射場塔架電纜的成熟技術，又充分考慮了文昌發(fā)射場發(fā)射塔架的構造，該塔架電纜由A、B 段電纜，以及A、B 界面轉接箱組成（如圖1 所示）。A 段電纜鋪設于擺桿上，連接運載脫落插頭與A 界面轉接箱。B 段電纜鋪設于塔架發(fā)射工位的豎井內，連接A 界面轉接箱和B 界面轉接箱。A 界面轉接箱放置在塔架發(fā)射工位的“衛(wèi)星電纜間”內，分別與A 段電纜和B 段電纜連接。B 界面轉接箱放置在塔架發(fā)射工位的“衛(wèi)星測試間”內，分別與B 段電纜和地面設備連接。

圖1 文昌發(fā)射場塔架電纜組成Fig.1 Composition of tower cable at Wenchang launch site

1.2 塔架電纜設計方案

在對文昌發(fā)射場的使用場地環(huán)境進行全面了解，以及與發(fā)射場、運載火箭方相關人員的深入溝通后，最終確定了塔架電纜的設計方案，其中根據文昌發(fā)射場特點而有別于西昌發(fā)射場塔架電纜的設計主要有以下幾方面：

1）由于通信衛(wèi)星在文昌發(fā)射場使用的塔架發(fā)射工位結構與其在西昌發(fā)射場使用的不同，故設計文昌發(fā)射場塔架電纜總長度約150 m，短于西昌塔架電纜的總長度（約400 m），這樣供電通路壓降小，供電安全系數(shù)高。

2）在電纜分支的設計和鋪設方面，考慮到電纜在垂直測試廠房、塔架發(fā)射工位使用過程中需具備鋪設便利、快速測試的特點，故將A 段電纜再設A1、A2 兩段分支。這樣在垂直測試廠房的A1 段電纜配合衛(wèi)星進行測試的同時，完成塔架發(fā)射工位的A2 段電纜的鋪設和檢查，從而可節(jié)省時間，提高工作效率。

3）在A1 段、A2 段和B 段電纜的使用率方面，因A1 段電纜處于火箭發(fā)射時的高溫燒蝕環(huán)境，為確保后期使用安全，故定義其為一次性使用電纜，而A2 段及B 段電纜為可重復使用電纜。而西昌塔架電纜A 段為可重復使用電纜，每次發(fā)射任務結束后將電纜收回，待下次繼續(xù)使用。

4）衛(wèi)星與火箭組合體從垂直測試廠房轉運至塔架發(fā)射工位前，A1 段電纜已鋪設并固定在擺桿上，并保持此狀態(tài)直至發(fā)射任務結束，因此在電纜鋪設的同時要做好一系列保護措施：在電纜兩端的接插件上蓋防塵蓋、包覆保鮮膜和氣泡膜，以應對潮濕、高溫和下雨天氣，以及防止電纜在轉運期間的磕碰及顛簸；在擺桿上加蓋防雨布，保護電纜；在對電纜進行鋪設固定的過程中，須使用鐵絲等防火材料工具進行綁扎固定，嚴禁使用全棉人字帶，以防止電纜自燃等情況發(fā)生。

5）考慮到文昌發(fā)射場地處濱海地區(qū)，塔架電纜在研制過程中需特別關注對電纜、電連接器及轉接箱的防潮、防鹽霧、防霉菌（“三防”）[2]。

①電纜

文昌發(fā)射場塔架電纜選用的電纜類型與西昌發(fā)射場的一致，為交聯(lián)聚乙烯絕緣金屬膜一體化屏蔽控制電纜[2]。電纜的技術指標滿足綜合測試和文昌發(fā)射場環(huán)境的需求，詳見表1。

表1 選用的電纜型號及主要技術指標Table 1 Types of the selected cables and their main technical indexes

②電連接器

塔架電纜使用的電連接器主要包括JF5 脫落電連接器（主要用于與衛(wèi)星的接口）、J599 系列電連接器（主要用于與電纜轉接箱的接口）。每個電連接器配置獨立的保護插頭，在空置時期起到保護作用；配置獨立的保護袋，保護袋中放置干燥劑，用于在空置時期的防潮保護。電連接器的技術指標滿足綜合測試和文昌發(fā)射場環(huán)境的需求，詳見表2。

表2 選用的電連接器型號及主要技術指標Table 2 Types of the selected connectors and their main technical indexes

③轉接箱

電纜轉接箱采用奧氏體不銹鋼（鈍化處理）材質[3]，并噴涂三防涂料，以確保其箱體在鹽霧環(huán)境下不會受到腐蝕。轉接箱內部采用密封結構，電連接器固定在電纜轉接箱內部，在非測試期間所有扣蓋擋板全部安裝的情況下電連接器與外部環(huán)境隔絕。轉接箱使用的金屬構件、緊固件全部采用不銹鋼件（鈍化處理），對暴露在外的結構件，特別是螺釘、鉚釘連接處和部件貼面閉合處，緊固后需點硅橡膠處理，以清除縫隙和隔絕外部環(huán)境[3]，防止因積水、灰塵和鹽霧的侵蝕造成縫隙處的腐蝕。

2 塔架電纜測試驗證

西昌發(fā)射場塔架電纜測試是一次性完成，因為西昌發(fā)射場發(fā)射區(qū)廠房只有一個，測試時將所有電纜連成完整通路就可以完成所有檢查內容。而文昌發(fā)射場則不同，它將原概念的發(fā)射區(qū)廠房分成了兩個有聯(lián)系的廠房，即垂直總裝廠房和塔架發(fā)射工位。在垂直總裝廠房測試完成后，衛(wèi)星與火箭組合體將整體隨臍帶塔一起轉運至塔架發(fā)射工位。因此為了保證檢查項目全面覆蓋又節(jié)省時間提高效率，在塔架發(fā)射工位分兩次開展塔架電纜測試。

2.1 塔架電纜第1 次測試

一般在衛(wèi)星加注期間，最晚在地面設備轉場到垂直總裝廠房前對塔架電纜全部分支進行第1 次測試。首先確認電纜狀態(tài)，即在插接前對電連接器表面有無損傷、有無歪針、有無縮針縮孔、有無多余物、尾罩有無松動進行檢查確認；然后進行電纜連接，此過程中須確保插接正確以及受力情況滿足要求；電纜連接后導通檢查；最后是絕緣檢查，要求滿足≥20 MΩ的判據要求。

第1 次測試完成后，將A1 段電纜轉場至垂直總裝廠房，參與垂直總裝廠房的系統(tǒng)聯(lián)調工作。對留存在塔架發(fā)射工位的其余分支電纜做好防護，以防止空閑時期環(huán)境、天氣變化對塔架電纜的影響：首先將A2 段電纜放置在電纜豎井中，接插件包覆保鮮膜和氣泡膜，電纜整體覆蓋防雨布；其次將電纜轉接箱擺放在專用轉接箱支架上，綁扎固定牢靠，未使用的插座插接保護插頭；最后張貼警示標識，提醒無關人員勿動、勿碰。

2.2 塔架電纜第2 次測試

在衛(wèi)星與火箭組合體轉場至塔架發(fā)射工位前，對除A1 段的其他塔架電纜分支進行第2 次測試。首先確認電纜狀態(tài)，此時電纜與轉接箱應處于插接狀態(tài)，要對電纜表面有無磕碰、電纜受力情況進行檢查確認；同時要檢查整段電纜上是否有凝結水珠的情況，如果存在則表明電纜處于高潮濕環(huán)境條件，需要采取補救措施[4]；然后進行導通檢查，電纜阻值應小于第1 次電纜檢查時的阻值，要將兩次導通測試數(shù)據進行比對；最后是絕緣檢查，此時距離第1 次檢查已間隔一段時間，所以對電纜絕緣性要進行重點關注，絕緣應滿足≥20 MΩ的判據要求，不滿足要求的接點要重新檢查。第2 次測試時需注意以下事項：

1）第2 次測試對于電纜的絕緣性要求比較嚴格。絕緣性是衡量電連接器電氣性能的一個重要指標，若絕緣電阻值低，則表示泄漏電流大，過大的泄漏電流將會產生大量的熱和直流電解，最終造成絕緣性能的破壞或使電連接器的電性能變差[5]。

2）衛(wèi)星與火箭組合體轉場至塔架發(fā)射工位后，塔架電纜A1 段與A2 段連接前，需對兩段電纜的接插件狀態(tài)進行檢查（電連接器表面有無損傷、有無歪針、有無縮針縮孔、有無多余物、尾罩有無松動），檢查完畢后方可進行插接。

3）插接完成后，A1 段與A2 段連接處要包覆保鮮膜和氣泡膜，并盡量放置在平臺角落及其他不影響他人工作的位置，電纜要綁扎固定好。此狀態(tài)將保持至衛(wèi)星發(fā)射后，因此電纜通路的各環(huán)節(jié)均需進行確認，并拍照留存記錄。

4）對電纜檢查的同時，還需檢查擺放設備房間內的溫、濕度，以保證綜合測試設備運行正常。溫度要求為16～25 ℃，相對濕度要求為40%～70%。

3 結束語

本文提出的塔架電纜設計方案是在充分繼承西昌發(fā)射場塔架電纜研制經驗的基礎上，結合文昌發(fā)射場特有的鹽霧、高溫高濕環(huán)境以及天氣情況進行了相應的改進。目前，1#塔架發(fā)射工位塔架電纜的設計、測試和使用已在3 顆通信衛(wèi)星正樣星上得到驗證，測試流程已基本固化，并形成了相應的操作性文件；2#塔架發(fā)射工位的塔架電纜在設計上無繼承性，但充分借鑒了1#塔架發(fā)射工位的塔架電纜狀態(tài)和遙感衛(wèi)星在2#塔架發(fā)射工位的塔架電纜狀態(tài)，最終確定了最優(yōu)設計方案，達到了優(yōu)化設計的目的。2#塔架發(fā)射工位的塔架電纜已完成研制，目前處于測試、使用的驗證階段。