國外商業(yè)通信衛(wèi)星平臺可靠性分析

劉豪（北京空間科技信息研究所）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，通信衛(wèi)星技術(shù)高速發(fā)展，大容量、高功率、長壽命、高可靠的通信衛(wèi)星是當(dāng)前全球商業(yè)通信衛(wèi)星領(lǐng)域發(fā)展的主流。通信衛(wèi)星平臺的可靠性已成為衛(wèi)星運營商、衛(wèi)星制造商以及航天保險人和經(jīng)紀(jì)人所關(guān)注的焦點。商業(yè)通信衛(wèi)星平臺的可靠性通常用衛(wèi)星故障率、保險損失率等指標(biāo)來衡量。2004年左右，國外咨詢機構(gòu)對商業(yè)通信衛(wèi)星平臺的可靠性進(jìn)行了研究，認(rèn)為美國洛馬公司的A2100衛(wèi)星平臺是全球可靠性最高的衛(wèi)星平臺。而今，上述結(jié)論似乎已經(jīng)成為歷史，研究表明，歐洲星－3000（Eurostar－3000）衛(wèi)星平臺已成為目前全球可靠性最高的衛(wèi)星平臺。

1 國際市場主要通信衛(wèi)星平臺及其應(yīng)用情況

自1989年6月5日發(fā)射超鳥－A（Superbird－A）衛(wèi)星以來，截止到2012年1月1日，采用勞拉公司的LS－1300衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)射了83顆，年均發(fā)射數(shù)量達(dá)到3.6顆。其中，采用LS－1300基本型衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星已發(fā)射63顆，采用LS－1300S擴(kuò)展型衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星2003年進(jìn)行了首次發(fā)射，迄今已發(fā)射了20顆衛(wèi)星。

采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的首顆衛(wèi)星—歐洲的W3A于2004年3月15日發(fā)射，雖然該衛(wèi)星平臺投入市場較晚，但取得了不俗的業(yè)績，迄今共應(yīng)用于27顆上天的衛(wèi)星，年均發(fā)射3.4顆。

A2100平臺憑借洛馬公司在武器裝備研制領(lǐng)域的良好信譽，自用于1996年9月8日發(fā)射的美國通信－1（AMC－1）衛(wèi)星以來，共應(yīng)用于43顆衛(wèi)星，年均發(fā)射2.7顆。

軌道科學(xué)公司的星－2（Star－2）衛(wèi)星平臺自用于2002年7月5日發(fā)射的N-星c（N-STAR c）衛(wèi)星起，共發(fā)射了22顆衛(wèi)星，年均發(fā)射2.2顆。

泰雷茲-阿萊尼亞公司的空間客車－4000（Spacebus－4000）衛(wèi)星平臺自用于2002年11月25日首發(fā)衛(wèi)星以來，共發(fā)射20顆衛(wèi)星，年均發(fā)射2.0顆。

波音公司的BSS－702衛(wèi)星平臺自用于1999年12月22日首發(fā)衛(wèi)星以來，共發(fā)射23顆衛(wèi)星，年均發(fā)射1.8顆。

采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的W3A衛(wèi)星

主要通信衛(wèi)星平臺承載能力

2 采用主要衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星故障統(tǒng)計分析

采用LS－1300衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過150次故障，涉及38顆衛(wèi)星，故障率為45.8%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為1.81次。其中，測控分系統(tǒng)故障10次，姿軌控分系統(tǒng)故障24次，供配電分系統(tǒng)故障56次，推進(jìn)分系統(tǒng)故障15次，有效載荷分系統(tǒng)故障32次，運載火箭導(dǎo)致的故障4次；Ⅰ類故障10次，Ⅱ類故障69次（I類故障指導(dǎo)致航天器全損或任務(wù)失敗的重大故障；II類故障指導(dǎo)致航天器部分功能喪失或壽命顯著減少的重要故障；Ⅲ類故障指通過分系統(tǒng)功能重組或使用冗余設(shè)備，可維持航天器正常運行的故障；Ⅳ類故障指可恢復(fù)的輕度故障）。

采用LS－1300衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用A2100衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過48次故障，涉及22顆衛(wèi)星，故障率為51.2%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為1.12次。其中，供配電分系統(tǒng)故障20次，有效載荷分系統(tǒng)故障19次，推進(jìn)分系統(tǒng)故障3次，運載火箭導(dǎo)致的故障2次；Ⅰ類故障3次，Ⅱ類故障32次。

采用A2100衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用BSS－702衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過20次故障，涉及12顆衛(wèi)星，故障率為52.2%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為0.87次。其中，供配電分系統(tǒng)故障6次，測控、推進(jìn)和有效載荷分系統(tǒng)故障各4次，運載火箭導(dǎo)致的故障1次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障12次。

采用BSS－702衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用主要衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星故障統(tǒng)計

采用星－2衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過6次故障，涉及4顆衛(wèi)星，故障率為18.2%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為0.27次。其中，測控分系統(tǒng)故障2次，有效載荷分系統(tǒng)故障4次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障5次。

采用星－2衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過7次故障，涉及6顆衛(wèi)星，故障率為22.2%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為0.26次。其中，姿軌控、供配電和推進(jìn)分系統(tǒng)故障各1次，有效載荷分系統(tǒng)故障2次，運載火箭導(dǎo)致的故障1次，未知原因故障1次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障5次。

采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用空間客車－4000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共發(fā)生過10次故障，涉及9顆衛(wèi)星，故障率為45%，平均每顆衛(wèi)星的故障數(shù)為0.5次。其中，測控分系統(tǒng)故障4次，姿軌控和推進(jìn)分系統(tǒng)故障各2次，有效載荷分系統(tǒng)和運載火箭導(dǎo)致的故障各1次；Ⅰ類故障3次，Ⅱ類故障1次。

采用空間客車－4000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星分系統(tǒng)故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用LS－1300衛(wèi)星平臺的“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議星”（iPstar）

采用A2100A衛(wèi)星平臺的地球靜止業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星－R（GOES-R）

3 主要衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星保險損失率數(shù)據(jù)分析

衛(wèi)星保險損失率不僅與衛(wèi)星故障率有關(guān)，也與故障的等級有關(guān)，是一個綜合指標(biāo)。從統(tǒng)計表中的數(shù)據(jù)可以看出：

1）歐洲星－3000和星－2衛(wèi)星平臺的故障率和保險損失率數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他衛(wèi)星平臺，體現(xiàn)出很高的可靠性。

2）LS－1300、A2100和BSS－702衛(wèi)星平臺的故障率接近，但LS－1300和A2100衛(wèi)星平臺的保險損失率均較低，由于BSS－702衛(wèi)星平臺早期多個型號的太陽電池翼采用比較失敗的聚光器設(shè)計，所以保險損失較大，后期型號摒棄了這種設(shè)計方案。

3）雖然空間客車－4000衛(wèi)星平臺故障率處于中等水平，但其嚴(yán)重故障次數(shù)較多，例如，采用空間客車－4000衛(wèi)星平臺的歐洲W3B和非洲區(qū)域衛(wèi)星通信組織衛(wèi)星－1（Rascom－1）發(fā)射失敗，原因是這兩顆衛(wèi)星的推進(jìn)分系統(tǒng)發(fā)生重大故障，導(dǎo)致該衛(wèi)星平臺整體的保險損失率升高。

采用主要衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星保險損失率

采用BSS－702衛(wèi)星平臺的泛美衛(wèi)星－1R（PAS－1R）

4 結(jié)論

通過綜合對比國際商業(yè)通信衛(wèi)星市場主流平臺的故障率、平均故障數(shù)、Ⅰ類和Ⅱ類故障比例、故障部位、保險損失率等情況，發(fā)現(xiàn)國外商業(yè)通信衛(wèi)星平臺中可靠性最高的是歐洲星－3000衛(wèi)星平臺，星－2衛(wèi)星平臺次之，其他依次為LS－1300、A2100、空間客車－4000和BSS－702衛(wèi)星平臺。

當(dāng)前，代表我國通信衛(wèi)星平臺最高水平的東方紅－4衛(wèi)星平臺，在應(yīng)用初期有兩顆衛(wèi)星的供配電分系統(tǒng)發(fā)生故障，其中一顆衛(wèi)星的姿軌控分系統(tǒng)也發(fā)生了故障，導(dǎo)致故障率和保險損失率較高。隨著我國加強對東方紅－4衛(wèi)星平臺可靠性工作的重視，近幾年發(fā)射的多顆采用東方紅－4衛(wèi)星平臺的通信衛(wèi)星在軌運行良好，并獲得玻利維亞通信衛(wèi)星、老撾－1衛(wèi)星、白俄羅斯衛(wèi)星等多個訂單。未來幾年，隨著衛(wèi)星平臺的進(jìn)一步成熟應(yīng)用，預(yù)計將會顯著提高東方紅－4衛(wèi)星平臺的可靠性。同時，我們要積極學(xué)習(xí)國外先進(jìn)通信衛(wèi)星制造商的研制和管理經(jīng)驗，不斷改進(jìn)，努力打造高可靠、高水平的通信衛(wèi)星平臺，在國際商業(yè)通信衛(wèi)星市場中占有更多份額。