波音公司打造全新的BSS－702衛(wèi)星平臺型譜

劉 悅（北京空間科技信息研究所）

在通信衛(wèi)星制造領(lǐng)域，波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司（BSS，以下簡稱波音公司）是勇于創(chuàng)新，敢于做“第一個吃螃蟹”的公司。21世紀(jì)初，波音公司便在早期的BSS－702衛(wèi)星平臺的太陽電池翼上率先采用聚光器設(shè)計，以期獲得更大功率。事實表明，聚光器設(shè)計是一項失敗的設(shè)計，導(dǎo)致衛(wèi)星太陽電池發(fā)電效率很快大幅降低。無獨有偶，波音公司的BSS－601衛(wèi)星平臺較早采用了電推進(jìn)裝置用于南北位置保持，其電推進(jìn)產(chǎn)品為13cm直徑氙離子推進(jìn)器（XIPS）。而統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在2000年以來全球通信衛(wèi)星發(fā)生的電推進(jìn)故障事件中，BSS－601衛(wèi)星平臺電推進(jìn)故障事件占60%以上。上述兩大挫折曾導(dǎo)致波音公司的商業(yè)通信衛(wèi)星市場一度跌入低潮。隨后，波音公司采取了相應(yīng)措施，在BSS－702衛(wèi)星平臺的設(shè)計中取消了聚光器設(shè)計，引入了新型25cm直徑氙離子推進(jìn)系統(tǒng)，衛(wèi)星可靠性顯著提高。數(shù)據(jù)表明，迄今采用BSS－702衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星只發(fā)生了2次電推進(jìn)故障事件。25cm直徑氙離子推進(jìn)器成為一款應(yīng)用成熟、可靠性較高的產(chǎn)品。而今，波音公司為了重返商業(yè)市場，大膽推出了全球首款全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺—BSS－702SP。

1 BSS－702衛(wèi)星平臺型譜

目前，BSS－702系列衛(wèi)星平臺已發(fā)展了BSS－702HP（高功率平臺）、702MP（中功率平臺），如果加上BSS－702SP（小功率平臺），波音公司將會具備大、中、小型完整的固定、移動業(yè)務(wù)領(lǐng)域兼?zhèn)涞男l(wèi)星型譜系列。

BSS－702HP是高功率衛(wèi)星平臺，采用鋰離子電池，有效載荷功率達(dá)12～18kW。BSS－702HP衛(wèi)星平臺的姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)采用小推力電弧發(fā)動機(jī)（ARC）、太陽和地球敏感器、星上處理器和2個61N?m?s兩軸萬向動量輪。具有4個球形貯箱，承載推進(jìn)劑超過1700kg。2臺第二代氙離子推力器提供南北位置保持，2臺備份。在正常工作中，氙離子推進(jìn)系統(tǒng)每年使用的推進(jìn)劑不超過5kg。雙組元化學(xué)推力器可為電推進(jìn)提供備份。衛(wèi)星在軌指向精度為0.025°。

BSS－702MP衛(wèi)星平臺的有效載荷功率為6～12kW，采用該衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量可達(dá)5.8～6.16t，壽命初期在軌質(zhì)量為3.58～3.83t。與BSS－702HP衛(wèi)星平臺相比，BSS－702MP衛(wèi)星平臺除了具備高通信能力的優(yōu)點之外，對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)，推進(jìn)系統(tǒng)有所簡化。為提高可靠性，衛(wèi)星電源系統(tǒng)采用超三結(jié)砷化鎵太陽電池。這種新型電池的地面試驗太陽能轉(zhuǎn)換效率可達(dá)41.6%，是波音公司下屬子公司—波音光譜實驗室（Spectrolab）公司開發(fā)的。在控制方面，采用雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，同時采用電推進(jìn)方式。BSS－702MP衛(wèi)星平臺的高度模塊化可以實現(xiàn)高效的總裝與測試。在天線設(shè)計上，BSS－702MP衛(wèi)星平臺采用的是即插即用式的模塊化設(shè)計，在滿足用戶需求上有很強(qiáng)的靈活性。

2 BSS－702衛(wèi)星平臺的設(shè)計特點

具有較高性能

BSS－702是一個超大型衛(wèi)星平臺，可以提供1200kg的有效載荷承載能力和18kW的電源供電能力，其衛(wèi)星的最大發(fā)射質(zhì)量可達(dá)6100kg，在軌壽命為15年。

采用桁架式結(jié)構(gòu)

BSS－702衛(wèi)星平臺放棄了HSS－601衛(wèi)星平臺的支撐板結(jié)合支撐桿的方式，采用桁架式結(jié)構(gòu)，方便衛(wèi)星平臺和分系統(tǒng)進(jìn)行模塊化的設(shè)計。衛(wèi)星平臺桁架結(jié)構(gòu)呈X型布置在對角線方向，為安裝面板節(jié)省了更多空間。

采用模塊化結(jié)構(gòu)

BSS－702衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)仍延續(xù)了BSS－601衛(wèi)星平臺的兩艙式，包括衛(wèi)星平臺和有效載荷艙兩部分。各分系統(tǒng)如散熱設(shè)計等也仍然采用模塊化的設(shè)計，BSS－702衛(wèi)星平臺能夠采用6種不同的太陽電池翼設(shè)計，以適應(yīng)各種載荷對電源功率的需求。為了實現(xiàn)模塊化設(shè)計，衛(wèi)星平臺和有效載荷的熱環(huán)境也是隔離的。

采用了多項新技術(shù)

為了提高系統(tǒng)性能，BSS－702衛(wèi)星平臺采用了多項新技術(shù)。散熱器使用柔性熱管技術(shù)，帶有4個可展開輻射器，增大了有效散熱面積。衛(wèi)星平臺還采用了氙離子推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)還可用于軌道轉(zhuǎn)移和動量輪卸載，能節(jié)省更多的燃料。

具備一系列優(yōu)點

由于BSS－702衛(wèi)星平臺使用了桁架式結(jié)構(gòu)和模塊化的設(shè)計，使得衛(wèi)星平臺具有一系列的優(yōu)點：

1）有效載荷與衛(wèi)星平臺接口明確簡單。BSS－702衛(wèi)星平臺僅用4個機(jī)械連接位置和6組電連接件，就可以將有效載荷和衛(wèi)星平臺連接起來。這一設(shè)計使廠家不必為每種有效載荷而修改公用艙，用戶也可以對有效載荷進(jìn)行剪裁而不影響公用艙，從而縮短了研制周期，降低了成本。

BSS－702系列衛(wèi)星平臺的基本參數(shù)

2）增加了有效安裝面積。由于使用了桁架結(jié)構(gòu)，使4個貯箱能并聯(lián)放置，降低了衛(wèi)星平臺高度，所以增加了衛(wèi)星平臺對地面積，使衛(wèi)星可以裝上各種結(jié)構(gòu)的大孔徑、高增益天線，同時還保證了天線以簡單、可靠的單軸展開。

3）增加了衛(wèi)星平臺對載荷的適應(yīng)能力。由于該衛(wèi)星平臺實現(xiàn)了模塊化設(shè)計，可以對各種配置如電池、推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的功能實現(xiàn)自由剪裁，以適應(yīng)各種載荷對衛(wèi)星平臺能力的要求。該衛(wèi)星平臺除了能適應(yīng)一般轉(zhuǎn)發(fā)器對天線的要求外，還可以安裝大型天線。

3 BSS－702SP全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺

2012年，波音公司引入了新產(chǎn)品—BSS－702SP全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺。該衛(wèi)星平臺是在BSS－702衛(wèi)星平臺基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性設(shè)計，延續(xù)了波音公司在過去50年積累的衛(wèi)星平臺的技術(shù)水平。BSS－702SP繼承了部分BSS－702衛(wèi)星平臺技術(shù)，并引入了新技術(shù)，為用戶提供一款價格低廉、質(zhì)量輕的衛(wèi)星平臺。

采用BSS－702SP衛(wèi)星平臺的墨西哥衛(wèi)星－5（Satmex－5）

波音公司在2010年之前就開始設(shè)計BSS－702SP全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺，該衛(wèi)星平臺的功率為3～8kW，并將BSS－702系列衛(wèi)星平臺的功率范圍擴(kuò)展至3～18kW。BSS－702SP衛(wèi)星平臺完全采用了電推進(jìn)技術(shù)，減輕了衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量，最大化有效載荷。該衛(wèi)星平臺最多能夠安裝5副天線反射器，提高了運營商提供服務(wù)的靈活性，并采用了下一代星上電子設(shè)備。BSS－702SP衛(wèi)星平臺質(zhì)量較輕，能夠使用大多數(shù)的商業(yè)發(fā)射系統(tǒng)，包括獵鷹－9、阿里安－5、天頂-3SL、質(zhì)子號、聯(lián)盟號、宇宙神－5和 德爾他－4運載火箭，并且1枚火箭上能夠發(fā)射2顆采用BSS－702SP衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星，能夠最多節(jié)省20%的成本。

與其他BSS－702系列衛(wèi)星平臺一樣，BSS－702SP衛(wèi)星平臺也能搭載S、X、C、Ku和Ka頻段的有效載荷，設(shè)計壽命15年，提高了用戶使用的靈活性。衛(wèi)星平臺采用全電推進(jìn)，機(jī)動能力大大提高，在壽命周期內(nèi)可以多次變更軌位。

2012年3月13日，波音公司宣布贏得了亞洲廣播衛(wèi)星（ABS）公司和墨西哥衛(wèi)星公司（SATMEX）的4顆衛(wèi)星訂單，它們分別為：亞洲廣播衛(wèi)星－3A、TBD（ABS－3A、TBD），以及Satmex－7和ABSSatmex衛(wèi)星。其中，ABS－3A和Satmex－7衛(wèi)星計劃在2014年末和2015年初發(fā)射，另外2顆衛(wèi)星的發(fā)射時間尚未公布。

BSS－702SP全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺的設(shè)計更加貼近用戶的實際需要，是一款專門為中小型運營商提供的低風(fēng)險、低成本、設(shè)計靈活的衛(wèi)星平臺。采用BSS－702SP衛(wèi)星平臺的ABS－3A衛(wèi)星將使得亞洲廣播衛(wèi)星公司的業(yè)務(wù)擴(kuò)展至太平洋、大西洋和印度洋等區(qū)域，為該公司發(fā)展成全球性的運營商奠定了基礎(chǔ)。同樣采用BSS－702SP衛(wèi)星平臺的Satmex－7衛(wèi)星是一顆C和Ku頻段混合衛(wèi)星，為該公司在拉美地區(qū)的用戶提供服務(wù)。Satmex－7衛(wèi)星能夠滿足墨西哥衛(wèi)星公司未來10年衛(wèi)星容量快速增加的需要。