叫响东方红通信卫星的靓丽品牌

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  5月2日,中星11号卫星成功发射。由中国空间技术研究院抓总研制的中星11号,是我国目前自行研制民商用通信卫星中,利用东方红四号卫星平台研制的转发器路数最多、载荷功率最高、质量最大的通信卫星。至此,我国利用东方红四号平台已成功研制和发射了10颗,实现了整星出口零的突破,已成功签订了尼日利亚、委内瑞拉、巴基斯坦、玻利维亚、老挝、白俄罗斯、尼加拉瓜、刚果、亚太142E等9颗通信卫星研制合同,若干卫星处于论证与市场开拓状态。而东方红四号增强型平台的开发,将把中国卫星制造业带人一个新的天地——
  两种通讯卫星平台争奇斗妍
  我国通信卫星坚持独立自主发展、瞄准国际水平、科研结合实践的原则,已经发展了三代,走过了从探索到实践,从试验到实用,从国内到国际的道路。经过几十年的创新发展,通信卫星研制技术实现了从东方红二号、东方红三号到东方红四号的“三级跳”。东方红二号通信卫星开辟了我国卫星通信新纪元,其平台至今仍然被气象卫星所应用;东方红三号通信卫星平台面向社会,实现了商业化,促进了广播通信事业新发展;东方红四号平台实现了大容量,开创了我国航天器整星出口新局面,成为我国进军国际市场的主打平台。
  目前,我国有两种现役通信卫星平台:东方红三号平台(简称“东三”平台)和东方红四号平台(简称“东四”平台)。
  “东三”平台是九十年代开发的中等容量卫星平台,已成功研制并发射20多颗,其中5颗超期服役,超期服役时间最长的已达4年。该平台应用规模和领域不断开拓,北斗导航业务、深空探测业务、天链一号空间组网等卫星,都是基于“东三”平台研制的。
  “东四”平台是我国2001年开始研发的大容量通信卫星平台,2006年完成了首颗星的研制工作,正在成为国内卫星通信和国际市场开拓的主力平台。该平台在继承“东三”平台成熟设计的基础上,首次采用了100V高压全调节母线技术、大功率配电技术、星上数据管理等先进技术。目前,已成功研制和发射了10颗,其中8星在轨运行;此外,还有9颗卫星在研,若干卫星处于论证与市场开拓状态。“东四”平台不仅已成为捍卫我国通信卫星国际先进水平地位的主力军,而且是我国航天器进军国际市场的拳头产品。“东四”平台虽然发展迅速,应用领域不断扩大,性能不断提升,但是,同国际主流通信卫星平台的应用情况相比,还存在一定的差距。一是应用案例相对较少。国外主流平台的应用案例累计已达几十颗卫星,而我国目前通信卫星主力平台东方红四号仅有10颗卫星,成功经验积累量仍很有限。二是累计在轨时间较短。“东四”平台卫星在轨最长时间目前还只有4年多,国外主流平台已实现十几年,“东四”平台亟待通过更多的卫星应用数量来提升技术成熟度和积累平台品牌效应。
  打造我国通信卫星平台升级版
  面对国际通信卫星研制技术的日益进步和市场的蓬勃发展,我国通信卫星研制技术和产业化面临很大的竞争态势。在应用数量上,东方红四号平台无论从应用数量和时间上,部与国际主流平台存在较大差距;在承载能力上,该平台与国外主流平台的有效载荷承载能力和卫星干重比方面存在一定差距;在规划与演进路线上,该平台与国际主流平台存在一定差距。提升东方红四号平台的承载能力,平稳演进至其升级版本,通过不断的技术改进,持续提升东方红四号平台的能力,已成为快速应对市场需求和平稳发展平台技术的关键。
  国际主流平台采取平滑演进策略,其演进过程中的技术增量与能力增量匹配适中,而我国平台产品的发展大多为“能力跨越式”发展,虽符合了特定时代的发展需要,却不利于实现持续、稳步的提升,具体体现在产品与市场需求的失配、新产品研制风险上。我国主力平台在演进路线上与国际主流平台存在一定差距。通过不断的技术改进,对东方红四号平台能力进行持续提升,有利于快速应对市场需求和平稳发展平台技术。为此,去年下半年,中国空间技术研究院宣布启动东方红四号增强型平台的开发,在继承东方红四号平台基本型技术的基础上进行技术创新,通过采用大量现有的卫星工程新技术,着力解决增加卫星服务寿命和提升有效载荷容量的问题。研制队伍将在应用中国空间技术研究院东方红三号卫星平台现有的电推进、综合电子、锂离子电池、南北板热耦合等成熟技术的基础上,进行适应性修改,从而,保证平台产品在较短时间内完成开发和应用。目前,研制队伍对东方红四号增强型平台所涉及的大承载能力结构、重叠天线技术、多层通信舱技术、大功率配电等关键技术进行攻关,关键技术实现了突破,正在进行关键技术硬件配套与试验验证,预计将在今年完成平台开发及相关的工作,达到产品成熟、技术先进,具备市场推广条件的要求。
  升级版之一
  ——东方红三号B平台
  “东三”B卫星平台是一款中等容量地球同步轨道公用卫星平台,可填补现有“东三”、“东四”平台之间的能力空缺,从而,提升国际竞争力。
  “东三”B平台于2009年3月25日立项,2011年4月完成方案总结,2011年11月完成初样设计评审。2012年底完成了平台初样阶段的研制工作。
  平台特点:首次在长寿命卫星上使用全新架构的综合电子、锂离子电池、南北热耦合热管、高比冲的电推进。
  升级版之二
  ——东方红四号增强型平台
  为进一步开发东方红四号平台技术,提升平台能力,增强该平台在国内外市场上的竞争力,近年来,中国空间技术研究院通信卫星事业部集中力量,进行了“东四”增强型平台的研发工作。
  “东四”增强型平台在“东四”平台基本型的基础上,首要解决的问题是增加卫星服务寿命和提升有效载荷容量。
  东方红四号增强型平台将继承下列几颗在轨运行状态良好的东方红四号通信卫星技术:
  鑫诺6号——2010年9月5日发射,定点125°E。该卫星是一颗满足国家广播电视信息传输安全要求的广播电视专用卫星,卫星采用了预失真输入多工器、多通道输出多工器、双栅天线等先进载荷技术,有效载荷质量和体积有效降低,且得到更好的载荷性能。   中星10号——2011年6月20日发射,定点110.5°E。该星采用全新国际合作的研制模式,卫星有效载荷与TAS公司合作,采用双行波管电源、通信舱测控单元等先进技术,是东方红四号商用卫星中载荷路数最多、质量最重、功率需求最大的卫星。
  中星11号——2013年5月2日成功发射,定点98.2°E。该星有效载荷的承制由国内载荷制造商承担,多项技术属国内创新,包括介质输入多工器、自研载荷综合业务单元、CSB总线、矩阵式指令和遥测、高低温分区布局等,有效载荷的要求与中星10号基本相同。
  东方红四号增强型平台,继承“东三”B平台的技术主要有:电推进、综合电子、锂离子电池、南北板热耦合等。
  “东四”增强型需要突破的技术
  一、大承载能力结构技术
  解决途径:开展中心承力筒的加强设计;对与贮箱连接强度进行分析;中心承力筒需投产鉴定件一套,开展相关的鉴定验证;根据通信舱高度抬高、通信舱质量增加及增加水平通信舱板的设计需要,开展相应的承载设计;试验验证,投产结构星一套,开展相关力学试验,用来验证卫星结构强度。
  可行性分析:大承载能力结构的主要部件为中心承力筒,中心承力筒主要继承“东四”平台的状态,“东四”平台中心承力筒经过多颗卫星的试验验证,具有丰富的试验经验,同时,中心承力筒设计单位、生产单位以及试验单位均有丰富的经验,并且利用“东四”平台中心承力筒研制基础,通过开展详细的仿真分析和试验验证,可以满足平台对结构承载能力的要求。
  二、大功率SADA
  解决途径:利用新型大功率太阳帆板驱动机构(SADA)工程样机的成果,进一步根据“东四”增强型平台功率需求、传输通道数量需求(16正16负功率环结构)开展相关的设计。
  可行性分析:从上世纪80年代开始,我国开始SADA的研究。国内已完成寿命为15年的长寿命SADA的研制、生产和定型,目前单个SADA的最大的传输功率达7.2千瓦。
  三、多层通信舱
  解决途径:针对多层通信舱带来的操作问题,进行数字化装配仿真分析及人机工程分析;综合考虑多种约束条件,合理优化热控、结构、载荷、推进等分系统的综合设计;确定多层通信舱构型,完成与原东四通信舱的接口设计,解决在卫星上的布局和装配问题;投产多层通信舱工程件,进行必要的模拟装配演练,提早发现问题并解决问题。
  可行性分析:相对于东四平台卫星结构板,其设计、制造工艺等基本相同,有很好的继承性。同时东四平台研制技术流程成熟、固化,可以借鉴其部装、总装设计经验,通过初样星部装、总装工作可以有效解决多层通信舱的安装流程问题。
  四、重叠可展开天线
  解决途径:重叠可展开天线技术总体设计:包括结构形式设计、空间兼容性分析、重叠天线之间的接口关系、重叠天线与整星接口的关系、指向及可调精度等;重叠可展开天线压紧方式研究;重叠可展开天线展开流程研究;重叠可展开天线零重力展开方式研究;投产重叠可展开天线工程件,进行地面零重力展开试验验证。
  可行性分析:中国空间技术研究院在单天线零重力展开方面有较多的工程应用经验,如采用太阳翼展开桁架滑轨零重力卸载、氦气球零重力卸载等方式。在单舱板双天线展开方面已进行了探索和尝试。
  在进行关键技术硬件配套与试验验证后,力争2013年,实现产品成熟、技术先进,推向市场的目标。
  急需政府和市场双翼驱动
  通信卫星平台是提升一个国家通信卫星整体水平、促进其行业化和产业化应用的基础,具有公用性、整体性和战略性意义。笔者认为,应从以下几个方面,大力推动“东四”平台增强型的快速发展。
  一方面应由政府主导支持其发展。国际上,不乏政府相关部门主导通信卫星平台发展和投资的例子,例如:欧洲空间局的ARTES计划对Alphabus平台及其诸多关键技术研究进行了资助,为新平台的立项与研制奠定了基础,同时,欧洲空间局在项目协调和管理中起到了主导作用;日本政府对三菱电机公司开发DS2000平台进行了大力扶持。在我国卫星平台的开发过程中,建议政府相关部门加大投入力度、促进持续投入,确保平台及时响应市场需求并推向市场,不断提升我国商业通信卫星的竞争实力,实现由政府型市场主导向成熟国际运营商主导的国际商业市场转变。
  二是商业运营商广泛参与,推动“东四”增强平台首发星应用。“东四”增强型平台研制在大量继承已有成果的基础上引入新技术,技术路线清晰、计划制定合理,可提高平台的整体性能和市场竞争力,并最大限度地降低技术风险。国外在研制与鉴定新的Alphabus平台过程中,欧洲空间局也面向卫星通信产业发布了搭载有效载荷飞行的机会公告。国际海事卫星公司积极响应,与之签署了平台首发星的建造合同,对平台的研制起到了促进作用,该星同时大胆搭载了四项技术验证项目,为新技术试验提供了机会。
  “东四”增强型平台2013年将推向市场,建议及时启动首发星项目,寻求商业运营商或有搭载需求的机构合作,共同建造首发星。
  三是改善运载火箭发射能力,进一步提升“东四”增强型能力。我国通信卫星整星出口一直与运载火箭捆绑进行市场开拓,取得了很多成功的范例;综合考虑国际卫星主流平台发射质量及“东四”增强型平台能力情况,长征三号乙运载火箭的发射能力是制约“东四”增强型平台能力进一步提升的因素之一。建议有关部门尽快协调,适时提升运载火箭发射能力,使其满足6吨的运载能力。
  我国通信卫星成长、发展的数十年经验表明,在各级政府的大力支持、培育下,在相关科研机构的努力下,完全可以在自主创新、国际合作的基础上,瞄准国际先进水平,走出一条国际化道路。
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