國(guó)外新一代高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)狀與分析

李正舉 崔穎慧 蔡亞星 呂紅劍 姚遠(yuǎn) 李鳳簪 蘇宏博

(中國(guó)空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部,北京 100094)

衛(wèi)星平臺(tái)是指在一定范圍內(nèi),能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行適應(yīng)性變化或調(diào)整部分配置,從而支持多種有效載荷、滿足多種任務(wù)要求的衛(wèi)星平臺(tái),是衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)部門的核心產(chǎn)品。通信衛(wèi)星的發(fā)展歷史也是通信衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展史,構(gòu)建衛(wèi)星平臺(tái)型譜序列,實(shí)施平臺(tái)發(fā)展戰(zhàn)略,是國(guó)內(nèi)外宇航企業(yè)提升衛(wèi)星系統(tǒng)性能、搶占市場(chǎng)的重要措施。

近年來(lái),得益于電推進(jìn)、供配電、熱控等平臺(tái)技術(shù)的快速發(fā)展,國(guó)外高軌通信衛(wèi)星主要制造商陸續(xù)完成新一代高軌全電推衛(wèi)星平臺(tái)的研發(fā)定型工作,并快速占領(lǐng)了國(guó)際高軌通信衛(wèi)星市場(chǎng)的大部分份額,這些平臺(tái)主要有Spacebus-NEO、Eurostar-NEO、Space Inspire、Onesat和BSS-702X等衛(wèi)星平臺(tái)[1-7],它們的共同特點(diǎn)有全電推進(jìn)、承載能力高、集成化程度高、展開機(jī)構(gòu)多和成本低,在設(shè)計(jì)理念、新技術(shù)應(yīng)用、低成本等方面對(duì)我國(guó)高軌衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展有重要的借鑒意義。

2014年2月,在歐洲航天局和法國(guó)航天局的支持下,TAS公司(Thales Alenia Space)和ADS公司(Airbus Defence & Space)開始了Neosat平臺(tái)C/D階段的研制工作[7];除此之外,美國(guó)的洛馬公司(Lockheed Martin)、勞拉公司(Space System Loral)、波音公司(Boeing)等航天企業(yè)也先后對(duì)其高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行了升級(jí)換代工作。截至2023年7月,隨著歐洲通信衛(wèi)星-Konnect(Eutelsat-Konnect)、熱鳥-13F(Hotbird-13F)、衛(wèi)訊-3(Viasat-3)、丘比特-3(Jupiter-3)等衛(wèi)星成功發(fā)射入軌,歐美新一代大型高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)的升級(jí)換代基本完成。在高軌中型通信衛(wèi)星平臺(tái)領(lǐng)域,TAS公司、ADS公司和波音公司于2019年先后推出了Space Inspire平臺(tái)、Onesat平臺(tái)和BSS-702X平臺(tái)。

本文通過梳理國(guó)外新一代高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀,分析國(guó)外高軌衛(wèi)星平臺(tái)在有效載荷承載力、電推力器、空間展開機(jī)構(gòu)、熱控、太陽(yáng)翼等方面的發(fā)展趨勢(shì),為中國(guó)未來(lái)高軌衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展提出建議。

1 國(guó)外高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

在全球高軌通信衛(wèi)星市場(chǎng)上,洛馬公司、勞拉公司、波音公司、諾格公司、ADS公司、TAS公司等幾家航天企業(yè)占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額,這幾家公司的平臺(tái)產(chǎn)品也代表了全球高軌衛(wèi)星制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。圖1所示為近五年在國(guó)際通信衛(wèi)星市場(chǎng)上推出的新一代衛(wèi)星平臺(tái)。

圖1 國(guó)外主要新一代衛(wèi)星平臺(tái)研發(fā)時(shí)間線Fig.1 R&D timeline of foreign new generation satellite platform

1.1 國(guó)外新一代大型GEO通信衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)狀

1)Eurostar-NEO和Spacebus-NEO平臺(tái)

在歐洲航天局(ESA)的先進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)研究(ARTES)項(xiàng)目支持下[1,6-7],ADS公司和TAS公司分別開發(fā)了歐洲新一代高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)——Eurostar-NEO平臺(tái)和Spacebus-NEO平臺(tái),接替原有的Eurostar-3000和Spacebus-4000系列平臺(tái)。ESA為NEO平臺(tái)提出的目標(biāo)是相比Eurostar-3000和Spacebus-4000系列平臺(tái)能力提升30%,在2018—2030年期間實(shí)現(xiàn)50%的市場(chǎng)占有率。圖2和圖3為Eurostar-NEO和Spacebus-NEO衛(wèi)星示意圖。

圖2 Eurostar-NEO平臺(tái)效果圖Fig.2 Satellite drawing of Eurostar-NEO platform

圖3 Spacebus-NEO平臺(tái)SES-17衛(wèi)星效果圖Fig.3 SES-17 satellite drawing of Spacebus-NEO platform

SpaceBus-NEO平臺(tái)與EuroStar-NEO平臺(tái)總體技術(shù)指標(biāo)基本接近,主要指標(biāo)如下[6-8]:①發(fā)射質(zhì)量3000～6000kg,可擴(kuò)展至6500kg;②整星功率28kW;③有效載荷質(zhì)量2000kg,可擴(kuò)展至2500kg左右;④有效載荷功率約20kW;⑤推進(jìn)系統(tǒng)配置4～5臺(tái)PPS 5000霍爾推力器;⑥適應(yīng)運(yùn)載適應(yīng)阿里安5號(hào)、獵鷹9號(hào)等多種運(yùn)載火箭。

Spacebus-NEO平臺(tái)典型全電推衛(wèi)星為2021年10月24日發(fā)射的SES-17衛(wèi)星,其發(fā)射質(zhì)量為6411kg,整星功率28kW,是截至目前TAS公司制造的規(guī)模最大的一顆衛(wèi)星[9-10]。Eurostar-NEO平臺(tái)首發(fā)全電推衛(wèi)星為2022年10月15日發(fā)射的Hotbird-13F衛(wèi)星,其發(fā)射質(zhì)量為4500kg,整星功率22kW,有效載荷質(zhì)量超過2000kg[11]。

2)A2100/LM 2100平臺(tái)

2016年以后,美國(guó)洛馬公司將A2100系列平臺(tái)升級(jí)為新一代LM2100平臺(tái)[12-13],全新的LM2100平臺(tái)相比以前的A2100系列平臺(tái)有26項(xiàng)性能提升,其中最重要的創(chuàng)新就是采用柔性太陽(yáng)翼、開發(fā)石墨桅桿展開系統(tǒng)和高效霍爾電推進(jìn)系統(tǒng),整星功率更大,質(zhì)量更輕,包絡(luò)空間更小。LM2100平臺(tái)推進(jìn)系統(tǒng)提供全電、全化學(xué)、混合推進(jìn)3種方式,平臺(tái)具有可擴(kuò)展制造特性,使用了包括3D打印、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字設(shè)計(jì)等多項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù),使衛(wèi)星研制各階段裝配更加精準(zhǔn)、周期更短、成本更低等。

基于LM2100平臺(tái)的衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量2300～6500kg,整星功率20kW,載荷質(zhì)量和功率為1000kg和12kW,配置4個(gè)XR-5(BPT-4000)霍爾推力器。LM2100平臺(tái)首飛衛(wèi)星為赫拉衛(wèi)星-4(Hellassat-4)通信衛(wèi)星,于2019年2月5日成功發(fā)射入軌,發(fā)射質(zhì)量6495kg。A2100M/LM2100M是專用于軍用衛(wèi)星的平臺(tái),其增加了強(qiáng)抗干擾能力、高自主能力等,美軍的先進(jìn)極高頻衛(wèi)星(AEHF)、移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(MUOS)、天基紅外系統(tǒng)(SBIRS)、GPS系統(tǒng)III(GPS 3)和下一代過頂紅外預(yù)警系統(tǒng)(NG-OPIR-GEO)均采用A2100M/LM2100M平臺(tái)研制。

3)其他大型高軌衛(wèi)星平臺(tái)

除了LM 2100平臺(tái)、Eurostar-NEO和Spacebus-NEO平臺(tái)以外,美國(guó)勞拉公司的SSL-1300和波音公司的BSS-702HP也進(jìn)行了技術(shù)更新,承載能力得到大幅度提升。

2023年4月30日,Viasat-3衛(wèi)星由重型獵鷹火箭發(fā)射成功,進(jìn)入近地點(diǎn)高度34568km,遠(yuǎn)地點(diǎn)高度34642km的準(zhǔn)GEO軌道。這顆衛(wèi)星是BSS-702MP+平臺(tái)首發(fā)星,發(fā)射質(zhì)量6418kg,采用全電推進(jìn)方式,衛(wèi)星配置4臺(tái)XIPS 25離子推力器。衛(wèi)星每側(cè)太陽(yáng)翼配置8塊電池板,整星功率達(dá)30kW,有效載荷功率20kW[14]。它是目前為止人類設(shè)計(jì)的通信容量規(guī)模最大的Ka頻段高通量衛(wèi)星,通信容量高達(dá)1Tbit/s,但其大天線在軌未能正常展開,主要性能未得到在軌驗(yàn)證[14-15]。

2023年7月29日,Jupiter-3(EchoStar 24)衛(wèi)星由重型獵鷹火箭發(fā)射成功,進(jìn)入近地點(diǎn)高度8001km,遠(yuǎn)地點(diǎn)高度35504km的GTO軌道。這顆衛(wèi)星基于SSL-1300平臺(tái)研制,衛(wèi)星配置了4臺(tái)SPT-100霍爾推力器。Jupiter-3衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量9200kg,干重5817kg,通信容量為500Gbit/s,是目前為止發(fā)射質(zhì)量最大的一顆商業(yè)通信衛(wèi)星[16]。

1.2 國(guó)外新一代中型高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)狀

2019年以來(lái),國(guó)外主要的通信衛(wèi)星制造商相繼推出了高度集成的中型在軌可重構(gòu)通信衛(wèi)星平臺(tái):TAS公司的Space Inspire平臺(tái)、ADS公司的Onesat平臺(tái)和波音公司的BSS-702X平臺(tái)。這類平臺(tái)衛(wèi)星均為全電推進(jìn),收納比高,可適應(yīng)一箭三星發(fā)射,其有效載荷在軌可重構(gòu),可根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整其覆蓋范圍、功率和帶寬。在歐洲航天局ARTES項(xiàng)目支持下,OHB公司開發(fā)了SmallGEO平臺(tái),這是一款多用途GEO中型衛(wèi)星平臺(tái),能廣泛適應(yīng)對(duì)地觀測(cè),常規(guī)通信和激光通信等各類用戶需求[6]。這些中型通信衛(wèi)星平臺(tái)在全球范圍內(nèi)形成了航天器研制技術(shù)的新趨勢(shì)。

1)Space Inspire平臺(tái)

TAS公司于2019年9月推出Space Inspire平臺(tái),首飛衛(wèi)星預(yù)計(jì)2025年發(fā)射[4,17]。Inspire平臺(tái)為全電推衛(wèi)星平臺(tái),采用離子推力器開展升軌和位保任務(wù)。衛(wèi)星平臺(tái)采用卷軸式柔性太陽(yáng)翼、泵驅(qū)流體回路、展開式熱輻射器和高性能中心化信息系統(tǒng)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),配置3臺(tái)T6離子推力器,衛(wèi)星結(jié)構(gòu)緊湊,可采用一箭三星方式發(fā)射,Space Inspire平臺(tái)一箭三星發(fā)射狀態(tài)如圖4所示。Inspire平臺(tái)衛(wèi)星典型技術(shù)指標(biāo)為:發(fā)射質(zhì)量約3800kg,有效載荷約850kg,有效載荷功率最大15kW。

圖4 Space Inspire平臺(tái)一箭三星發(fā)射收攏圖Fig.4 Launch state of three Space Inspire satellites together

2)Onesat平臺(tái)

ADS公司于2019年推出Onesat平臺(tái),Onesat平臺(tái)采用了全新的設(shè)計(jì)概念,該平臺(tái)基于一種標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)方法,研制成本和研制周期均可節(jié)省50%[5,18]。Onesat平臺(tái)為全電推衛(wèi)星平臺(tái),配置4臺(tái)RIT 2X離子推力器,大量采用可展開結(jié)構(gòu),太陽(yáng)翼為桅桿展開式柔性太陽(yáng)翼,可采用一箭三星方式發(fā)射。衛(wèi)星展開狀態(tài)如圖5所示。Onesat平臺(tái)衛(wèi)星典型技術(shù)指標(biāo)為:發(fā)射質(zhì)量約3830kg,有效載荷約900kg,有效載荷功率最大15kW。

圖5 Onesat平臺(tái)衛(wèi)星展開圖Fig.5 Unfold state of Onesat satellite

3)BSS-702X平臺(tái)

波音公司于2019年9月推出BSS-702X平臺(tái),該平臺(tái)基于O3b mPower衛(wèi)星(O3b mPower衛(wèi)星是波音公司為SES生產(chǎn)的MEO星座高通量衛(wèi)星)研制[3,19]。BSS-702X平臺(tái)衛(wèi)星展開狀態(tài)如圖6所示。該平臺(tái)采用了一系列創(chuàng)新技術(shù),比如綜合數(shù)字處理、先進(jìn)熱控管理、先進(jìn)制造技術(shù)以及優(yōu)化的地面資源管理工具。衛(wèi)星有效載荷采用了波音公司目前最先進(jìn)的柔性在軌可重構(gòu)的數(shù)字處理器。

圖6 BSS-702X平臺(tái)衛(wèi)星展開圖Fig.6 Unfold state of BSS-702X satellite

BSS-702X平臺(tái)衛(wèi)星典型技術(shù)指標(biāo)為:發(fā)射質(zhì)量約2300kg(干重約1900kg),有效載荷約900kg,有效載荷功率最大15kW,衛(wèi)星配置4臺(tái)XIPS 25離子推力器。3顆BSS 702X平臺(tái)衛(wèi)星可堆疊在一起以一箭三星方式發(fā)射。

4)SmallGEO平臺(tái)

OHB系統(tǒng)公司的SmallGEO平臺(tái)定位為3t級(jí)中型衛(wèi)星,適用于商業(yè)項(xiàng)目、科學(xué)研究和政府需求,可應(yīng)用P,S,C,X,Ku和Ka頻段的有效載荷,包括移動(dòng)和固定通信業(yè)務(wù)、軍事通信業(yè)務(wù)以及高通量通信業(yè)務(wù)[6,20]。SmallGEO平臺(tái)衛(wèi)星如圖7所示。

圖7 基于SmallGEO平臺(tái)研制的衛(wèi)星Fig.7 Satellites of SmallGEO platform

SmallGEO平臺(tái)包含化學(xué)推進(jìn)、化電混合推進(jìn)、全電推進(jìn)3種子型,采用星敏感器為主要敏感器,并配置了GNSS系統(tǒng)。SmallGEO平臺(tái)發(fā)射質(zhì)量約3500kg,可擴(kuò)展至3800kg。當(dāng)發(fā)射質(zhì)量3200kg時(shí),化電混合推進(jìn)和全電推進(jìn)兩種子型對(duì)應(yīng)的有效載荷質(zhì)量分別為450kg和800kg,有效載荷功率分別為4kW和10kW[20]。SmallGEO平臺(tái)配置8臺(tái)SPT-100霍爾推力器或會(huì)切場(chǎng)推力器(HEMPT)。

1.3 國(guó)外小型高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

2015年以來(lái),國(guó)外涌現(xiàn)了多款小型高軌通信衛(wèi)星平臺(tái),比較成功的平臺(tái)為美國(guó)的Astranis平臺(tái)。2018年3月,美國(guó)初創(chuàng)公司Astranis公司宣布推出小型低成本高軌通信衛(wèi)星,采用數(shù)字化有效載荷,提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2023年5月1日,首顆Astranis衛(wèi)星搭載重型獵鷹運(yùn)載火箭進(jìn)入低于GEO軌道1000km的準(zhǔn)GEO軌道,Astranis衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量約400kg,整星功率2kW,通信容量超過7.5Gbit/s,服務(wù)壽命8年[21]。Astrains衛(wèi)星展開狀態(tài)如圖8所示。

圖8 Astrains衛(wèi)星展開圖Fig.8 Unfold state of Astrains satellite

2 國(guó)外通信衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展特點(diǎn)分析

2.1 全電推衛(wèi)星平臺(tái)成為市場(chǎng)主力

2018年至2022年,國(guó)際通信衛(wèi)星市場(chǎng)共有69個(gè)有效訂單,其中全電推進(jìn)衛(wèi)星占比58.0%,混推衛(wèi)星占比30.4%,全化推及其他衛(wèi)星占比約11.6%,如表1所示[22]。可以看出,全電推衛(wèi)星訂單占比接近六成,已經(jīng)成為國(guó)際通信衛(wèi)星市場(chǎng)主力,而全化推通信衛(wèi)星訂單約占一成。

表1 近五年國(guó)際通信衛(wèi)星市場(chǎng)有效訂單占比表Table 1 Proportion of orders in international telecommunication satellite market in past five years

2018年至2022年,全電推衛(wèi)星訂單共40個(gè),大型全電推衛(wèi)星、中型全電推衛(wèi)星、小型全電推衛(wèi)星分別占全電推衛(wèi)星的37.5%、55.0%和7.5%,如表2所示[22]?？梢钥闯?中型全電推衛(wèi)星占比超過一半。

表2 不同質(zhì)量全電推進(jìn)衛(wèi)星占比表Table 2 Proportion of all electric propulsion satellites with different weights

圖9為近五年國(guó)際通信衛(wèi)星訂單中各宇航公司市場(chǎng)占有率圖?？梢钥闯?得益于NEO平臺(tái)、Space Inspire平臺(tái)和Onesat平臺(tái)等新一代平臺(tái)的成功開發(fā),歐洲兩大通信衛(wèi)星制造商ADS和TAS公司市場(chǎng)占有率達(dá)接近50%。

圖9 各宇航公司市場(chǎng)占有率(2018—2023)Fig.9 Market share of aerospace companies (2018—2023)

2.2 平臺(tái)承載能力大幅提升

歐洲上一代主力高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)Eurostar-3000和Spacebus-4000,其載重比通常為18%～20%,載干比約為36%?；贓urostar-NEO研制的Hotbird-13F衛(wèi)星,發(fā)射質(zhì)量4500kg,有效載荷質(zhì)量大于2000kg,有效載荷功率約16kW,載重比為44.4%,載干比為56%;基于Spacebus-NEO研制的SES-17衛(wèi)星,其發(fā)射質(zhì)量為6411kg,整星功率28kW,預(yù)計(jì)其有效載荷約為2500～2800kg,載重比約為39%～43.6%,載干比約為50%～55%?？梢钥闯?新一代大型衛(wèi)星平臺(tái)的有效載荷質(zhì)量、有效載荷功率和載干比等指標(biāo)均有大幅提升[7-11]。

2.3 廣泛采用多模式電推力器

由2.1節(jié)可以看出,2018年至2022年之間的國(guó)際通信衛(wèi)星訂單中全電和混推衛(wèi)星共61顆,占比約88.4%,這說明電推力器在GEO通信衛(wèi)星領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。表3列出了目前主要GEO衛(wèi)星平臺(tái)使用的電推力器,表4為主要電推力器的重要性能指標(biāo),數(shù)據(jù)源自文獻(xiàn)[23-27]。由表3和表4可以看出,發(fā)射質(zhì)量超過4000kg的衛(wèi)星一般采用多模式霍爾推力器,變軌任務(wù)選用大功率大推力模式,在軌位置保持任務(wù)選用小功率小推力模式。

表3 用于GEO衛(wèi)星平臺(tái)的主要電推力器Table 3 Electric propulsion thrusters for GEO satellite platforms

表4 各電推力器的主要性能指標(biāo)Table 4 Main specifications of some electric thrusters

2.4 廣泛采用高收納比空間展開機(jī)構(gòu)

歐洲和美國(guó)衛(wèi)星在電推力器、天線等方面廣泛采用多自由度機(jī)械臂,實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星收攏狀態(tài)的高收納比,并提升電推和天線的在軌性能指標(biāo)。空客公司針對(duì)天線和電推力器研制了多種空間展開機(jī)構(gòu)[28],電推力器矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)最長(zhǎng)達(dá)3.2m,可大幅提升衛(wèi)星電推位保的幾何效率,天線多自由度展開臂展開長(zhǎng)度可達(dá)3.5m,可緩解天線在星體上布局的限制,并滿足天線大范圍指向調(diào)整的要求。Eurostar-NEO平臺(tái)電推力器矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖10所示,Onesat平臺(tái)天線展開機(jī)構(gòu)如圖11所示。Space Inspire平臺(tái)電推矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(TDTM)可兼容不同的離子推進(jìn)器,臂長(zhǎng)1.5m,小于25kg[29]。

圖10 Eurostar-NEO 電推力器矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Fig.10 Vector adjustment mechanism of Eurostar-NEO electric thruster

2.5 廣泛應(yīng)用高效熱控系統(tǒng)

隨著通信衛(wèi)星規(guī)模和復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)以及有效載荷功率的不斷提升,傳統(tǒng)的熱控技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足熱控需求。泵驅(qū)流體回路(單相、兩相)和展開式熱輻射器等新型高效熱控技術(shù)不僅可以提升散熱系統(tǒng)的功率密度和散熱能力,還可提升衛(wèi)星溫度穩(wěn)定性,進(jìn)一步保證衛(wèi)星各類單機(jī)在軌性能穩(wěn)定。Spacebus-NEO、Eurostar-NEO平臺(tái)、Space Inspire平臺(tái)和Onesat平臺(tái)均采用泵驅(qū)流體回路,并配置擴(kuò)熱板/展開式熱輻射器,熱控能力大幅增強(qiáng)[4-5,8,30-32]。Spacebus-NEO平臺(tái)每副展開式熱輻射器可以提供2kW的散熱能力,該平臺(tái)熱控分系統(tǒng)散熱能力可達(dá)7～20kW[30]。圖12和圖13分別為Spacebus-Neo平臺(tái)的泵驅(qū)兩相流體回路原理圖[31]和歐洲ARTES大平臺(tái)項(xiàng)目展開式熱輻射器組成圖[32]。洛馬公司研發(fā)了可展開式東西板熱輻射器,既方便衛(wèi)星總裝和測(cè)試又提升了平臺(tái)散熱能力[33]。

圖12 Spacebus-Neo平臺(tái)的泵驅(qū)兩相流體回路Fig.12 2 MPL drawing of Spacebus-Neo

圖13 ARTES大平臺(tái)展開式熱輻射器Fig.13 Deployable panel radiator of ARTES large platform

2.6 廣泛采用輕質(zhì)柔性高收比太陽(yáng)翼

Eurostar-NEO平臺(tái)采用二維二次展開的剛性+半剛性混合太陽(yáng)電池陣技術(shù),與傳統(tǒng)剛性太陽(yáng)翼相比,這種混合太陽(yáng)翼功率質(zhì)量比提升44%,功率體積比提升72%,可為衛(wèi)星提供最大30kW的功率需求[34]。Space Inspire平臺(tái)采用了勞拉公司的衛(wèi)星采用了卷繞式柔性太陽(yáng)翼(ROSA),ROSA的質(zhì)量和體積與傳統(tǒng)剛性太陽(yáng)翼相比有較大幅度降低,對(duì)于15kW太陽(yáng)翼來(lái)說,ROSA質(zhì)量降低30%,體積縮減75%[35]。

2.7 衛(wèi)星研制成本大幅降低

中型通信衛(wèi)星平臺(tái)Space Inspire、Onesat和BSS-702X平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式均采用了扁平式,結(jié)構(gòu)緊湊,充分利用火箭運(yùn)載能力和整流罩空間,適應(yīng)一箭多星發(fā)射,可有效降低單星發(fā)射成本,大幅提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[3-5]。另外,與原有同等能力的衛(wèi)星平臺(tái)相比,Onesat平臺(tái)的研制周期和研制成本縮減50%[5]。

TAS公司在低軌星座第二代銥星(Iridium Next)研制中積累了大量的商用現(xiàn)貨(COTS)成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),其在研制高軌衛(wèi)星平臺(tái)Space Inspire平臺(tái)時(shí),在蓄電池和綜合電子多個(gè)單機(jī)上使用了經(jīng)過鑒定的COTS器件,并在星載計(jì)算機(jī)中應(yīng)用了COTS芯片,以較小的成本獲得了20～40倍的性能提升[36]。

3 我國(guó)高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展建議

我國(guó)航天采用型譜化理念發(fā)展了東方紅系列高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)。目前我國(guó)主力高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)主要有DFH-3E平臺(tái)、DFH-4E系列平臺(tái)和DFH-5平臺(tái)[37]。結(jié)合國(guó)外高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì),根據(jù)我國(guó)高軌衛(wèi)星未來(lái)發(fā)展需求,對(duì)我國(guó)高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展建議如下。

(1)在現(xiàn)有平臺(tái)成功研制的基礎(chǔ)上,開發(fā)中大型全電推衛(wèi)星平臺(tái),進(jìn)一步提升我國(guó)高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)承載能力。

(2)加強(qiáng)輕質(zhì)高收納比大功率太陽(yáng)翼技術(shù)、高效熱控技術(shù)和大推力霍爾電推力器技術(shù)的研究和驗(yàn)證工作,推動(dòng)我國(guó)高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)的升級(jí)換代。

(3)深入開展高軌通信衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化研究工作,優(yōu)化系統(tǒng)性能與平臺(tái)成本,進(jìn)一步提升我國(guó)高軌通信衛(wèi)星的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外通信衛(wèi)星平臺(tái)呈現(xiàn)全電推進(jìn)、高承載比、大量應(yīng)用展開機(jī)構(gòu)和高效費(fèi)比等發(fā)展趨勢(shì),近年來(lái)新一代全電推大型和中型衛(wèi)星平臺(tái)陸續(xù)首飛成功,并搶占了大量的市場(chǎng)份額,以Eurostar-NEO和Spacebus-NEO為典型代表的歐洲通信衛(wèi)星平臺(tái),通過創(chuàng)新技術(shù)、流程優(yōu)化、貨架模式,以降低成本、縮短生產(chǎn)周期,使其整體競(jìng)爭(zhēng)力與歐洲原有平臺(tái)相比提升30%;以SSL-1300(全電)和BSS-702MP+(全電)為典型代表的美國(guó)通信衛(wèi)星平臺(tái),通過平臺(tái)和有效載荷技術(shù)能力升級(jí),平臺(tái)承載能力和衛(wèi)星通信能力大幅提升。

結(jié)合國(guó)外高軌衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì),根據(jù)當(dāng)前中國(guó)高軌通信衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)需求,建議我國(guó)盡快開發(fā)中大型全電推衛(wèi)星平臺(tái),加強(qiáng)輕質(zhì)高收納比大功率太陽(yáng)翼技術(shù)、高效熱控技術(shù)和大推力霍爾電推力器技術(shù)的研究和在軌驗(yàn)證工作,提升我國(guó)高軌通信衛(wèi)星承載能力,持續(xù)實(shí)現(xiàn)我國(guó)通信衛(wèi)星高質(zhì)量發(fā)展。