中國(guó)通信衛(wèi)星平臺(tái)簡(jiǎn)介

通信衛(wèi)星平臺(tái)的功能強(qiáng)弱對(duì)通信衛(wèi)星的整體技術(shù)水平具有較大的影響，它是除了轉(zhuǎn)發(fā)器和天線以外的衛(wèi)星重要組成部分，主要包括結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控制和電源等分系統(tǒng)，為轉(zhuǎn)發(fā)器和天線正常工作提供支持、控制、指令和管理保障服務(wù)。中國(guó)先后研制了東方紅－2、3、4小型、中型、大型3種通信衛(wèi)星平臺(tái)，它們均由中國(guó)空間技術(shù)研究院研制，對(duì)中國(guó)通信衛(wèi)星的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。

1 東方紅－2小型衛(wèi)星平臺(tái)

1984年4月8日，中國(guó)首顆通信衛(wèi)星東方紅－2順利升空，邁出了中國(guó)通信衛(wèi)星的第一步，使中國(guó)成為世界上第5個(gè)獨(dú)立研制、發(fā)射和運(yùn)行地球靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家。

此后，中國(guó)又成功發(fā)射了1顆東方紅－2和3顆東方紅－2A實(shí)用通信衛(wèi)星，它們都采用了中國(guó)第1代地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)—東方紅－2衛(wèi)星平臺(tái)。該衛(wèi)星平臺(tái)是小型通信衛(wèi)星平臺(tái)，采用自旋穩(wěn)定方式。不過(guò)，東方紅－2A衛(wèi)星比東方紅－2衛(wèi)星在設(shè)計(jì)上有較大改進(jìn)，性能有較大提高。其星上通信轉(zhuǎn)發(fā)器由2臺(tái)增至4臺(tái)（C頻段），使電視轉(zhuǎn)播能力由2個(gè)頻道增至4個(gè)頻道，電話傳輸能力由1000路增至3000路，設(shè)計(jì)壽命由3年增至4年半，衛(wèi)星的等效輻射功率也提高了許多，使中國(guó)的衛(wèi)星通信和電視轉(zhuǎn)播跨入一個(gè)新階段。

東方紅－2衛(wèi)星平臺(tái)為雙同心圓筒式結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為承力筒，外筒為上、下太陽(yáng)電池殼，中間用腰帶連接，外部敷貼太陽(yáng)電池片。其星體外形呈圓柱體，高1.606m，直徑2.1m，表面粘貼了近2萬(wàn)片太陽(yáng)電池片。星箭分離后，衛(wèi)星最大高度4.376m，遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)分離后衛(wèi)星高度3.081m。該衛(wèi)星平臺(tái)的自旋轉(zhuǎn)速為（100±1）r/min。

東方紅－2衛(wèi)星平臺(tái)的性能參數(shù)

2 東方紅－3中型衛(wèi)星平臺(tái)

1997年5月12日，中國(guó)東方紅－3通信衛(wèi)星順利升空并成功運(yùn)行。它載有24臺(tái)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，工作壽命達(dá)8年，使中國(guó)通信衛(wèi)星水平跨越了20年。

這顆衛(wèi)星是首顆采用中國(guó)第2代地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)—東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的人造衛(wèi)星。此后，東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)先后用于“中星”系列通信衛(wèi)星、鑫諾－3通信衛(wèi)星、天鏈－1數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、“北斗”系列導(dǎo)航衛(wèi)星、嫦娥－1和2月球探測(cè)器等。所以，該衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)已成為成熟的中型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)。

東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)采用了許多當(dāng)時(shí)的新技術(shù)，例如，全三軸穩(wěn)定技術(shù)、統(tǒng)一雙組元液體推進(jìn)技術(shù)、大面積密柵太陽(yáng)電池翼、雙柵雙拋物面多饋源賦形波束天線、正交線極化隔離頻率復(fù)用技術(shù)和高強(qiáng)度輕質(zhì)量碳纖維多層復(fù)合材料，等等。

該衛(wèi)星平臺(tái)本體為2.22m×1.72m×2.2m的箱式結(jié)構(gòu)，裝有展開(kāi)式太陽(yáng)電池翼和直徑達(dá)2m的通信天線。發(fā)射時(shí)天線處于折疊狀態(tài)，衛(wèi)星入軌后先后展開(kāi)，翼展達(dá)18.1m，高度為5.7m。

該衛(wèi)星平臺(tái)采用分艙段設(shè)計(jì)，即分為通信艙、推進(jìn)艙和服務(wù)艙，這種設(shè)計(jì)有利于各艙段并行總裝測(cè)試。衛(wèi)星又分為控制、電源、測(cè)控、推進(jìn)、熱控、結(jié)構(gòu)和通信7個(gè)分系統(tǒng)，前6個(gè)分系統(tǒng)組成衛(wèi)星的平臺(tái)部分，后者為衛(wèi)星的有效載荷。

采用東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的“北斗”導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行熱真空試驗(yàn)

它的姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)由敏感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)3類硬件及軟件組成。敏感器包括太陽(yáng)敏感器、地球敏感器和速率積分陀螺；控制器包括中心線路和星上計(jì)算機(jī)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、偏置動(dòng)量輪及太陽(yáng)電池翼驅(qū)動(dòng)裝置等，推進(jìn)分系統(tǒng)的490N發(fā)動(dòng)機(jī)和10N推力器也用作執(zhí)行部件。

東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的電源分系統(tǒng)由一次電源、直流-直流變換器、配電器、火工品管理器及電纜網(wǎng)組成。一次電源包括1對(duì)太陽(yáng)電池翼（每翼有3塊板）和鎘鎳蓄電池。在日照區(qū)由太陽(yáng)電池翼為整星供電，在星蝕區(qū)由蓄電池為整星供電，保證全部轉(zhuǎn)發(fā)器24h不間斷工作。星上母線電壓為直流26.5～42.5V，2個(gè)太陽(yáng)電池翼總面積為22.7m2，貼有21776片規(guī)格為20cm×40cm的太陽(yáng)電池片。

其測(cè)控分系統(tǒng)包括跟蹤、遙測(cè)、遙控及測(cè)控天線等部分，用于完成星地間的工程測(cè)控和業(yè)務(wù)測(cè)控任務(wù)。

其推進(jìn)分系統(tǒng)的主要任務(wù)是為衛(wèi)星變軌機(jī)動(dòng)、地球同步軌道位置捕獲、位置保持和姿態(tài)控制提供力和力矩，它包括推進(jìn)劑貯箱、氫氣瓶、490N發(fā)動(dòng)機(jī)和10N推力器，以一甲基肼和綠色四氧化二氮為推進(jìn)劑。由于把遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌機(jī)動(dòng)用的推進(jìn)劑與姿態(tài)和軌道控制用的推進(jìn)劑貯存在統(tǒng)一的貯箱內(nèi)，可以調(diào)節(jié)使用，故稱統(tǒng)一推進(jìn)系統(tǒng)。

采用東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的嫦娥－1月球探測(cè)器進(jìn)行天線展開(kāi)試驗(yàn)

其熱控分系統(tǒng)以被動(dòng)熱控方式為主，輔以部分主動(dòng)熱控措施。所采用的熱控措施有：包敷多層隔熱材料，粘貼光學(xué)太陽(yáng)反射器，鋪設(shè)熱管、電加熱器、涂層涂料等。通過(guò)對(duì)星內(nèi)、外熱交換進(jìn)行控制，保證星上所有儀器、設(shè)備的環(huán)境溫度都處于正常的工作溫度范圍。

其結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的功能是將各分系統(tǒng)組成一個(gè)整體，承受并傳遞運(yùn)載火箭主動(dòng)段等各種條件下的力學(xué)載荷，并滿足剛度和強(qiáng)度要求。衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)為中心承力筒加壁板構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)。

東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的成功研制，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)地球靜止軌道通信衛(wèi)星從自旋穩(wěn)定型到三軸穩(wěn)定型的飛躍。衛(wèi)星平臺(tái)采用了全新的總體設(shè)計(jì)和總裝、試驗(yàn)思路，對(duì)分系統(tǒng)提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，并攻克了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使其有效載荷能力（質(zhì)量、功率、天線安裝面、指向精度和轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)等）有了明顯的提高。

由于東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)采用分艙設(shè)計(jì)，具有較大的適應(yīng)性，所以在一定的質(zhì)量和功耗范圍內(nèi)可用于搭載不同有效載荷的多種衛(wèi)星。這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星制造的批量化，具有較高的可靠性；同時(shí)，也使衛(wèi)星的研制周期縮短，性價(jià)比提高，市場(chǎng)應(yīng)用前景變好。因此，充分發(fā)揮東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的作用是中國(guó)通信衛(wèi)星現(xiàn)在發(fā)展的方向之一。

東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的性能參數(shù)

東方紅－3A衛(wèi)星平臺(tái)的性能參數(shù)

東方紅－3B衛(wèi)星平臺(tái)的性能參數(shù)

東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的有效載荷質(zhì)量220kg，功率980W。通過(guò)采用衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)備的減重措施和提高電源分系統(tǒng)性能，就能使有效載荷的質(zhì)量和功率分別增加30%和13%左右，這一改進(jìn)已經(jīng)在地面得到了驗(yàn)證，而且并未影響衛(wèi)星平臺(tái)的鑒定狀態(tài)，還拓寬了應(yīng)用范圍，提高了參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。此外，在東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)上采用砷化鎵太陽(yáng)電池翼后可較大幅度提高供給有效載荷的功率和延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命。

現(xiàn)在，技術(shù)更先進(jìn)的東方紅－3A衛(wèi)星平臺(tái)也已問(wèn)世。它在東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)容和改進(jìn)，載荷艙高度增加了400mm，有效載荷承載能力提高了40%～50%。該衛(wèi)星平臺(tái)采用六面體結(jié)構(gòu)，由推進(jìn)艙、服務(wù)艙、通信艙、天線和太陽(yáng)電池翼組成，并采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制。

中國(guó)空間技術(shù)研究院還在研制東方紅－3B衛(wèi)星平臺(tái)，它也是東方紅－3衛(wèi)星平臺(tái)的升級(jí)版本。

3 東方紅－4大型衛(wèi)星平臺(tái)

東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)是中國(guó)空間技術(shù)研究院新研制的中國(guó)第3代靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)，具有輸出功率大、承載能力強(qiáng)和服務(wù)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，衛(wèi)星整體性能達(dá)到國(guó)際同類通信衛(wèi)星的先進(jìn)水平。該衛(wèi)星平臺(tái)可用于大容量廣播通信、電視直播、數(shù)字音頻廣播和寬帶多媒體等多種國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)急需的業(yè)務(wù)類型，并具有確保信息傳輸安全可靠的有效技術(shù)手段。

為適應(yīng)地球靜止軌道衛(wèi)星向高可靠、長(zhǎng)壽命、大容量發(fā)展的趨勢(shì)，在國(guó)家的支持下，中國(guó)空間技術(shù)研究院在“九五”期間重點(diǎn)開(kāi)展了東方紅－4大型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，突破了衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)優(yōu)化等12項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為了研制東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)，技術(shù)人員開(kāi)展了多項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)的攻關(guān)，如大型中心承力筒技術(shù)、大容量貯箱技術(shù)、衛(wèi)星電源及控制技術(shù)、星上綜合數(shù)據(jù)管理技術(shù)、大型靜止軌道衛(wèi)星平臺(tái)機(jī)械太陽(yáng)電池翼及二次展開(kāi)機(jī)構(gòu)等項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。2001年1月，該項(xiàng)目完成了預(yù)研制階段任務(wù)，并通過(guò)了國(guó)家組織的專家評(píng)審；2002年初，通過(guò)了國(guó)家組織的轉(zhuǎn)階段評(píng)審，并轉(zhuǎn)入正樣衛(wèi)星研制階段。

東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)的能力與目前國(guó)際上通信衛(wèi)星平臺(tái)的水平相當(dāng)，因而具備了開(kāi)發(fā)同等容量通信衛(wèi)星的技術(shù)基礎(chǔ)和能力。該衛(wèi)星平臺(tái)采用了高效率的砷化鎵太陽(yáng)電池翼和氫鎳蓄電池組，母線電壓為100V。衛(wèi)星應(yīng)用了星上數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以自動(dòng)控制星上正常設(shè)備工作溫度和進(jìn)行蓄電池充放電管理；裝載了V型動(dòng)量輪控制系統(tǒng)和星上計(jì)算機(jī)，能提供更高的姿態(tài)和軌道控制精度。該衛(wèi)星平臺(tái)具備攜帶38臺(tái)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器、16臺(tái)大功率Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的能力。

東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行總裝

通過(guò)東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)的研制，中國(guó)自主掌握了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，形成了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智力成果，促進(jìn)了中國(guó)航天技術(shù)的跨越發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)部件、元器件、原材料等基礎(chǔ)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)。

東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)已應(yīng)用于委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1、鑫諾衛(wèi)星－6、巴基斯坦通信衛(wèi)星－1R、尼日利亞通信衛(wèi)星－1和1R等多顆大型通信衛(wèi)星，其中2008年10月30日升空的委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1星體長(zhǎng)2.36m、寬2.1m、高3.6m，太陽(yáng)電池翼翼展26m，設(shè)計(jì)壽命15年，起飛質(zhì)量5100kg，衛(wèi)星性能達(dá)到國(guó)際同類通信衛(wèi)星先進(jìn)水平。該衛(wèi)星平臺(tái)裝有14臺(tái)C頻段、12臺(tái)Ku頻段和2臺(tái)Ka頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，并載有4副通信天線，輸出功率7.75kW。

與之前發(fā)射的尼日利亞通信衛(wèi)星－1相比，委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1的太陽(yáng)電池翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重大技術(shù)更改。衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，為了充分利用太陽(yáng)能，太陽(yáng)電池翼必須時(shí)時(shí)正面朝向太陽(yáng)。衛(wèi)星定點(diǎn)后，根據(jù)太陽(yáng)光線角度的變化，每天在太陽(yáng)電池翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)下，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)1周。因此，太陽(yáng)電池翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)衛(wèi)星能量的獲得至關(guān)重要。在委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1研制中，重新設(shè)計(jì)了更高性能的太陽(yáng)電池翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以確保衛(wèi)星在15年的在軌運(yùn)行期間，太陽(yáng)電池翼能夠?yàn)樾l(wèi)星提供充足的電源。

委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1在軌運(yùn)行示意圖

東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)的性能參數(shù)

現(xiàn)在，中國(guó)還在為玻利維亞等國(guó)研制采用東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)的大型通信衛(wèi)星。另外，目前中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部正圍繞高可靠、長(zhǎng)壽命的工作目標(biāo)，進(jìn)一步完善和提高東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)的各種性能，形成了基本型的定型工作，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化衛(wèi)星性能，形成增強(qiáng)型等能夠滿足多種需求的東方紅－4衛(wèi)星平臺(tái)型譜，以滿足國(guó)際市場(chǎng)的多種需求。

今后，中國(guó)還將研制更先進(jìn)的東方紅－5衛(wèi)星平臺(tái)。該衛(wèi)星平臺(tái)是中國(guó)為了適應(yīng)新一代大型地球靜止軌道通信衛(wèi)星和對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星等需求而研制的全新大型衛(wèi)星平臺(tái)，使用了多項(xiàng)新技術(shù)，如電推進(jìn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)熱管和展開(kāi)式輻射器等散熱技術(shù)、鋰離子電池和三結(jié)砷化鎵電池技術(shù)，以及二次展開(kāi)十字太陽(yáng)電池翼、桁架結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，從而具有更強(qiáng)的電力供應(yīng)，攜帶更多的有效載荷。東方紅－5衛(wèi)星平臺(tái)的有效載荷承載能力為1200～1500kg，可提供有效載荷功率達(dá)15～20kW，將是中國(guó)未來(lái)的超大型衛(wèi)星平臺(tái)。