國(guó)外通信衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)及啟示

◎中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院 韓天龍 杜剛 陸宏偉 李寧

國(guó)外通信衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)及啟示

◎中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院 韓天龍 杜剛 陸宏偉 李寧

從20世紀(jì)60年代商業(yè)通信衛(wèi)星進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)以來(lái)，其市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)。衛(wèi)星作為系統(tǒng)組成復(fù)雜、投入成本高、批生產(chǎn)數(shù)量小、研制風(fēng)險(xiǎn)大、需求變化快的大型復(fù)雜航天產(chǎn)品，在一定程度上很難實(shí)現(xiàn)大批量的流水線(xiàn)生產(chǎn)，所以長(zhǎng)期以來(lái)難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、規(guī)?；l(fā)展。

20世紀(jì)70年代，部分國(guó)外主流衛(wèi)星制造商在衛(wèi)星設(shè)計(jì)過(guò)程中引入了模塊化設(shè)計(jì)理念，將衛(wèi)星有效載荷的保障系統(tǒng)作為單獨(dú)組成部分進(jìn)行獨(dú)立研制，實(shí)現(xiàn)了通用化研發(fā)，并逐漸提出了衛(wèi)星公用平臺(tái)的研發(fā)理念，即通過(guò)采用通用化、系列化和模塊化設(shè)計(jì)的公用平臺(tái)取代傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺(tái)，并以此建立公用衛(wèi)星平臺(tái)生產(chǎn)線(xiàn)，以提高公用平臺(tái)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而大幅提高衛(wèi)星產(chǎn)能。在此理念的推動(dòng)下，美國(guó)、歐洲等宇航發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)的主要衛(wèi)星制造商先后研發(fā)形成了一系列通信衛(wèi)星公用平臺(tái)，取得了巨大效益。

盡管我國(guó)在20世紀(jì)末期提出了研制衛(wèi)星公用平臺(tái)的設(shè)想，但在型號(hào)任務(wù)牽引下，衛(wèi)星平臺(tái)的研制仍受到以滿(mǎn)足單一型號(hào)任務(wù)需求為主的限制，在通用性和可靠性等方面與國(guó)外主流衛(wèi)星公用平臺(tái)相比還存在一定差距，難以充分體現(xiàn)衛(wèi)星公用平臺(tái)的實(shí)用價(jià)值。

為此，筆者在調(diào)研國(guó)外先進(jìn)衛(wèi)星制造商相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)外通信衛(wèi)星研制特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)分析，并對(duì)照我國(guó)現(xiàn)階段衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制現(xiàn)狀提出幾點(diǎn)建議。

一、國(guó)外主流通信衛(wèi)星公用平臺(tái)現(xiàn)狀

目前，國(guó)外主流衛(wèi)星公用平臺(tái)大致可分成遙感衛(wèi)星平臺(tái)、地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)和微小衛(wèi)星平臺(tái)等3類(lèi)。由于通信衛(wèi)星較早地進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段，衛(wèi)星制造商面臨著降低生產(chǎn)成本、縮短研制周期和提高可靠性的需求，美歐等國(guó)家的大型衛(wèi)星制造商已建立了較為完整的通信衛(wèi)星公用平臺(tái)系列，主要包括以下幾種類(lèi)型。

1．A2100平臺(tái)

洛克希德·馬丁公司的A2100系列通信衛(wèi)星平臺(tái)根據(jù)規(guī)格尺寸可劃分為A2100A、A2100AX/AXS、A2100AXX以及用于軍事衛(wèi)星的A2100M 4個(gè)型號(hào)，可支持多種類(lèi)型的地球同步軌道通信任務(wù)，如電視廣播、直播到戶(hù)和地面移動(dòng)通信等。A2100是S系列平臺(tái)S-3000、S-7000等的替代型號(hào)，與S系列平臺(tái)相比，其質(zhì)量減小了26%，但可靠性提高了27%，同時(shí)降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。

2．BSS-702平臺(tái)

波 音 公 司 的BSS-601和BSS-702系列衛(wèi)星公用平臺(tái)是在原休斯公司HS-601及HS-702平臺(tái)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其中，BSS-702平臺(tái)是對(duì)BSS-601平臺(tái)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)降低改進(jìn)，在保留原平臺(tái)良好特性的同時(shí)增加了有效載荷配置的靈活性，以滿(mǎn)足視頻、語(yǔ)音、衛(wèi)星直播和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧ㄐ欧?wù)的需求。BSS-702平臺(tái)承載質(zhì)量可達(dá)1200千克，是波音公司目前主要應(yīng)用的靜地軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)。

除基本型外，BSS-702平臺(tái)還包括其它擴(kuò)展型號(hào)，如高功率的BSS-702HP平臺(tái)、中等功率的BSS-702MP平臺(tái)以及用于移動(dòng)通信衛(wèi)星的BSS-702GEM平臺(tái)。其中，BSS-702MP平臺(tái)是波音公司于2009年推出的改進(jìn)型平臺(tái)，其可根據(jù)任務(wù)需要調(diào)整衛(wèi)星的覆蓋范圍和性能。

3．LS-1300平臺(tái)

空間系統(tǒng)/勞拉公司的衛(wèi)星以地球靜止軌道通信衛(wèi)星為主，其主要采用LS-1300系列平臺(tái)，包括基本型和改進(jìn)型?；拘推脚_(tái)的質(zhì)量在2000～5000千克，擴(kuò)展型平臺(tái)的質(zhì)量最大可達(dá)7噸。采用LS-1300平臺(tái)的衛(wèi)星自1993年至今已發(fā)射60多顆，采用擴(kuò)展型平臺(tái)發(fā)射的衛(wèi)星近10顆。

此外，勞拉公司還曾提出了超大型通信衛(wèi)星平臺(tái)“20.20”。根據(jù)設(shè)計(jì)，整星發(fā)射質(zhì)量為5000～7000千克，可擴(kuò)展至8.5噸。衛(wèi)星平臺(tái)將采用最新的輕型材料結(jié)構(gòu)、最新的電池技術(shù)、更高效的太陽(yáng)電池板、霍爾效應(yīng)等離子推力器和先進(jìn)的控制、推進(jìn)系統(tǒng)。

4．Spacebus-3000/4000平臺(tái)

泰勒斯阿萊尼亞航天公司（原阿爾卡特·阿萊尼亞航天公司）的衛(wèi)星公用平臺(tái)涵蓋了大型通信衛(wèi)星平臺(tái)、遙感衛(wèi)星平臺(tái)和小型衛(wèi)星平臺(tái)，其中Spacebus系列通信衛(wèi)星平臺(tái)是泰勒斯公司的主要產(chǎn)品，其Spacebus-3000/4000平臺(tái)主結(jié)構(gòu)采用中心承力筒結(jié)構(gòu)，是泰勒斯公司目前主要應(yīng)用的地球靜止軌道多任務(wù)衛(wèi)星公用平臺(tái)。

5．EuroStar3000平臺(tái)

Astrium公司的衛(wèi)星公用平臺(tái)包括Eurostar系列通信衛(wèi)星平臺(tái)、SPOT系列遙感衛(wèi)星平臺(tái)以及多種小型衛(wèi)星平臺(tái)。EuroStar3000系列衛(wèi)星平臺(tái)是該公司最新的衛(wèi)星平臺(tái)，包括EuroStar3000、EuroStar3000GM和EuroStar3000S 3個(gè)類(lèi)型?；贓uroStar3000GM平臺(tái)的整星發(fā)射質(zhì)量達(dá)到5900千克，基于EuroStar3000和 EuroStar3000S平臺(tái)的整星發(fā)射質(zhì)量均為5000千克左右。

此外，Astrium公司與 泰勒斯阿萊尼亞航天公司正在聯(lián)合研制新型通信衛(wèi)星平臺(tái)，即AlphaBus平臺(tái)。其是由ESA和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）共同投資開(kāi)發(fā)的衛(wèi)星公用平臺(tái)，旨在滿(mǎn)足新的寬帶、廣播和移動(dòng)通信服務(wù)對(duì)通信載荷的市場(chǎng)需求。首顆搭載該平臺(tái)的衛(wèi)星是國(guó)際海事衛(wèi)星公司的I-XL衛(wèi)星。

與歐洲現(xiàn)有的Spacebus-4000平臺(tái)和EuroStar3000平臺(tái)相比，AlphaBus平臺(tái)具備更大的承載能力，承載質(zhì)量可達(dá)1200千克，整星發(fā)射質(zhì)量可達(dá)6000～8100千克；AlphaBus擴(kuò)展型平臺(tái)的承載質(zhì)量將達(dá)到1400千克。

二、國(guó)外衛(wèi)星公用平臺(tái)發(fā)展的典型特點(diǎn)

國(guó)外通信衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)不斷向高性能、高承載、長(zhǎng)壽命、高可靠、型譜化、系列化、模塊化和功能多樣化方向發(fā)展，并隨之將衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制與衛(wèi)星項(xiàng)目相對(duì)分離。

1．向高性能、高承載方向發(fā)展

衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量逐漸提高主要體現(xiàn)在通信衛(wèi)星。近幾年，國(guó)際一流衛(wèi)星制造商簽約的通信衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量均達(dá)到6噸，同時(shí)通信衛(wèi)星有效載荷的承載能力也隨衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量的提高而提升。

整星功率不斷增大。只有提升了整星功率，才能提高通信衛(wèi)星的有效載荷承載能力。例如，基于BSS-702HP平臺(tái)的國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星-5F和基于LS-1300平臺(tái)的ABS-2衛(wèi)星功率均達(dá)到或超過(guò)12千瓦，基于EuroStar3000平臺(tái)的SES-6衛(wèi)星功率也達(dá)到15千瓦。

整星承載轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量不斷增多。例如，加拿大Anik-F2衛(wèi)星承載了94臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器，國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星-5F承載了89臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器,“衛(wèi)訊”衛(wèi)星承載了124臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器，歐洲在研的AlphaBus平臺(tái)將可搭載200個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。

2．向長(zhǎng)壽命、高可靠方向發(fā)展

整星服務(wù)壽命達(dá)到新水平。目前通信衛(wèi)星的在軌服務(wù)壽命可達(dá)到15年，部分商用通信衛(wèi)星的在軌服務(wù)壽命甚至可達(dá)到18～20年。

電推進(jìn)系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)。例如，BSS-702平臺(tái)安裝了4臺(tái)25厘米離子推力器，A2100平臺(tái)安裝了4臺(tái)MR-150單組元電弧推進(jìn)器，LS-1300平臺(tái)采用雙組元推進(jìn)加SPT-100電推進(jìn)系統(tǒng)，電推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用將進(jìn)一步提高平臺(tái)使用壽命。

應(yīng)用新型高效電源技術(shù)。例如，A2100平臺(tái)的電源分系統(tǒng)采用了直接能量轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，可通過(guò)70伏電源總線(xiàn)將電能直接傳送到有效載荷，最大限度減少電能損耗。

3．向型譜化、系列化發(fā)展

對(duì)國(guó)外主流衛(wèi)星平臺(tái)的分析可以發(fā)現(xiàn)，通信衛(wèi)星平臺(tái)的研制將向型譜化、系列化方向發(fā)展。以洛馬、波音、Astrium公司等為代表的國(guó)際一流衛(wèi)星制造商均按照型譜化的發(fā)展思路，研發(fā)并固化形成了一系列高適應(yīng)性、長(zhǎng)壽命（15年）、大功率（15～25千瓦）、多頻段（全面支持C、Ku、Ka等頻段）、可承擔(dān)不同發(fā)射質(zhì)量的衛(wèi)星公用平臺(tái)。

4．向設(shè)計(jì)模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

BSS-702平臺(tái)采用雙模塊設(shè)計(jì)，分別為平臺(tái)艙和有效載荷艙，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺(tái)在短周期內(nèi)的快速裝配，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的有效載荷接口，增加了有效載荷配置的靈活性；A2100平臺(tái)的核心結(jié)構(gòu)分為平臺(tái)和有效載荷2個(gè)主要模塊，其平臺(tái)設(shè)備的通用化程度可達(dá)到80%，具有較高的模塊化程度；Spacebus-3000/4000平臺(tái)的特點(diǎn)在于模塊化和彈性設(shè)計(jì)，可通過(guò)最小化的適應(yīng)性改進(jìn)滿(mǎn)足任務(wù)需求。

5．向功能多樣化發(fā)展

通信衛(wèi)星平臺(tái)主要應(yīng)用于地球靜止軌道通信衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星，隨著性能的不斷提高，衛(wèi)星平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星以及中高軌道的導(dǎo)航衛(wèi)星，如采用A2100平臺(tái)的高軌天基紅外系統(tǒng)和GPS-3A衛(wèi)星等，而靜止軌道遙感衛(wèi)星領(lǐng)域也在逐漸拓展應(yīng)用。

另外，衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制將逐步實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星項(xiàng)目研制的相對(duì)分離。例如，波音、洛馬、Astrium等公司都是先集中優(yōu)勢(shì)力量完成衛(wèi)星公用平臺(tái)的先期研制和首發(fā)星的應(yīng)用，再實(shí)施批量采購(gòu)和生產(chǎn)。

三、發(fā)展我國(guó)衛(wèi)星平臺(tái)的建議

衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制和應(yīng)用是宇航領(lǐng)域適應(yīng)多任務(wù)、小批量研制特點(diǎn)，按照“好、快、省”要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必由之路，也是當(dāng)前國(guó)外主流衛(wèi)星制造商提升整星研制和供應(yīng)能力所使用的基本方法。我國(guó)多年來(lái)一直采用以型號(hào)任務(wù)為牽引的科研生產(chǎn)管理模式，缺乏針對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)的產(chǎn)品化研制、應(yīng)用管理模式以及獨(dú)立的專(zhuān)業(yè)化研制隊(duì)伍。

因此，為滿(mǎn)足新形勢(shì)下大幅提升的衛(wèi)星型號(hào)研制任務(wù)要求，我國(guó)航天企業(yè)必須在加大衛(wèi)星型號(hào)研發(fā)投入的同時(shí)，針對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)研究建立獨(dú)立的產(chǎn)品化研制、應(yīng)用管理模式，并建立獨(dú)立于型號(hào)項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)化研制隊(duì)伍。在此，筆者針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制現(xiàn)狀，對(duì)其后續(xù)發(fā)展提出幾點(diǎn)建議：

一是從國(guó)際一流衛(wèi)星制造企業(yè)通信衛(wèi)星公用平臺(tái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析可以得出，后續(xù)我國(guó)通信衛(wèi)星平臺(tái)應(yīng)進(jìn)一步向高承載、大功率、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，同時(shí)提升平臺(tái)載干比和集成化程度。

二是進(jìn)一步深化衛(wèi)星公用平臺(tái)的型譜化研究工作，以形成系列衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜規(guī)劃。系統(tǒng)研究衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜化工作的總體方案和技術(shù)路線(xiàn)，以通信、遙感衛(wèi)星等典型型號(hào)應(yīng)用為重點(diǎn)，結(jié)合目前型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，策劃提出衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜化要素、型譜化工作基本內(nèi)容及實(shí)施流程、型譜化工作成果形式和應(yīng)用管理要求（含平臺(tái)選用和技術(shù)狀態(tài)控制要求）等，并按照型譜有計(jì)劃、有步驟地開(kāi)展衛(wèi)星平臺(tái)開(kāi)發(fā)和成熟度提升工作。

三是為進(jìn)一步提升衛(wèi)星公用平臺(tái)的整體技術(shù)水平和性能指標(biāo)，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電推進(jìn)、綜合電子系統(tǒng)及新型高效電源等新技術(shù)的研究和應(yīng)用，以有序開(kāi)展產(chǎn)品更新?lián)Q代工作。

四是充分研究衛(wèi)星平臺(tái)與載荷接口的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化問(wèn)題，相對(duì)分離整星項(xiàng)目研制與衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制和維護(hù)工作。開(kāi)展衛(wèi)星平臺(tái)與載荷接口的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化研究，增強(qiáng)平臺(tái)的通用性和可擴(kuò)展性；同時(shí)，針對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)建立專(zhuān)業(yè)化研制、應(yīng)用管理模式，使衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制擺脫型號(hào)的資源限制和技術(shù)束縛，并依據(jù)公用平臺(tái)自身的技術(shù)要求和客觀規(guī)律實(shí)現(xiàn)獨(dú)立發(fā)展。

五是加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)的開(kāi)發(fā)力度和對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)首發(fā)星的成熟度評(píng)價(jià)、提升和技術(shù)狀態(tài)固化、維護(hù)等工作，編制并完善衛(wèi)星公用平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)固化及成熟度培育的相關(guān)規(guī)范，同時(shí)針對(duì)衛(wèi)星公用平臺(tái)建設(shè)專(zhuān)業(yè)化研制、應(yīng)用管理模式以及獨(dú)立的全壽命周期技術(shù)管理隊(duì)伍。

六是在衛(wèi)星公用平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)固化和成熟度培育的基礎(chǔ)上，結(jié)合后續(xù)任務(wù)需求，對(duì)成熟衛(wèi)星公用平臺(tái)有針對(duì)性地開(kāi)展平臺(tái)批生產(chǎn)工作，以提高衛(wèi)星公用平臺(tái)的研制效益，最大限度地提高平臺(tái)應(yīng)用數(shù)量?！?/p>