前景廣闊的東四增強(qiáng)型平臺

石明（中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部）

東方紅四號增強(qiáng)型平臺（DFH—4E，簡稱東四增強(qiáng)型平臺）是我國自主研發(fā)的中大容量通信衛(wèi)星公用平臺，從最初的設(shè)想到目前已有近10年的歷程。東四增強(qiáng)型平臺的研制與應(yīng)用，極大地促進(jìn)了我國通信衛(wèi)星水平的提升與國際競爭力，是當(dāng)前我國通信衛(wèi)星的主力應(yīng)用平臺。本文對東四增強(qiáng)型平臺的研制歷程、技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀及前景進(jìn)行闡述。

1 概述

自1970年4年24日，我國首顆衛(wèi)星—東方紅一號衛(wèi)星發(fā)射以來，相繼于1984年4年8日、1997年5年12日、2006年10年29日完成了東方紅二號、東方紅三號和東方紅四號平臺衛(wèi)星的首次發(fā)射，我國的通信衛(wèi)星研制工作和水平一直處于國際前列。東方紅四號衛(wèi)星平臺（簡稱東四平臺）是我國第三代通信衛(wèi)星平臺，具有功率大、承載能力強(qiáng)、壽命長等特點(diǎn)，2001年10年，國家正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，首發(fā)星達(dá)到了國際20 世紀(jì)90年代末期水平，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)能力最強(qiáng)的通信衛(wèi)星平臺。

2010年起，通信衛(wèi)星專家便提出在東四平臺基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展技術(shù)創(chuàng)新和能力提升工作，全面提高平臺能力，滿足未來國內(nèi)外通信衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

2 開發(fā)歷程

2011年底，中國航天科技集團(tuán)有限公司時(shí)任總經(jīng)理馬興瑞做出指示，要充分借鑒歐洲“阿爾法平臺”（Alphabus）開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，加速新技術(shù)的應(yīng)用，提升衛(wèi)星能力。中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部立即做出反應(yīng)，啟動?xùn)|四增強(qiáng)型平臺的研制。時(shí)任院長楊保華聽取了東四增強(qiáng)型平臺的方案匯報(bào)，并要求“要加速平臺方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作，同時(shí)進(jìn)一步梳理采用新技術(shù)的前期驗(yàn)證情況。要進(jìn)一步加強(qiáng)東四增強(qiáng)型平臺產(chǎn)品推介，積極走訪用戶，充分重視其反饋的意見，完善平臺方案，確保平臺開發(fā)成果早日推向市場?！?012年1年3日，東四增強(qiáng)型平臺研制人員對平臺方案進(jìn)行深入討論，上下一心，完成了東四增強(qiáng)型平臺開發(fā)。

其后，在各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持與研制隊(duì)伍的齊心協(xié)力下，平臺研制工作快速推進(jìn)。

2012年4年，平臺總體初步方案通過院級評審。

2012年11年，平臺1:3 模型亮相于珠海航展，引起眾多關(guān)注。

2013年7年，完成平臺方案設(shè)計(jì)，并通過院級評審。

2013年12月，完成熱模擬艙熱平衡試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

2014年12年，完成工程星試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

2015年6年，完成綜合電子分系統(tǒng)聯(lián)試驗(yàn)證工作。

2015年10年，完成國產(chǎn)135Ah 鋰離子蓄電池、1566L 大容積貯箱、16 通道大功率太陽翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)（SADA）等鑒定件研制和試驗(yàn)工作。標(biāo)志著平臺的驗(yàn)證工作全面完成。

2015年12年，基于東四增強(qiáng)型平臺的首發(fā)星中星18 號衛(wèi)星項(xiàng)目啟動。

2016年8年，基于東四增強(qiáng)型平臺的全配置首發(fā)星亞太—6D（APSTAR—6D）衛(wèi)星項(xiàng)目啟動。

2017年10年，基于東四增強(qiáng)型平臺的國際衛(wèi)星帕拉帕—N1（PALAPA—N1）衛(wèi)星項(xiàng)目啟動。

2019年8年，中星18 號衛(wèi)星發(fā)射。

3 技術(shù)能力及特點(diǎn)

東四增強(qiáng)型平臺主要技術(shù)指標(biāo)

東四增強(qiáng)型平臺是對東四基本型平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，快速實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星服務(wù)壽命、有效載荷質(zhì)量和容量提升的一個(gè)新型平臺。目標(biāo)是提高我國通信衛(wèi)星平臺衛(wèi)星服務(wù)壽命、轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、載荷質(zhì)量、載荷功率等主要技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到國際先進(jìn)平臺水平，提高我國通信平臺國際競爭力，使我國衛(wèi)星平臺技術(shù)能力達(dá)到世界先進(jìn)水平，滿足用戶的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的工程化應(yīng)用。

與國際主流平臺典型指標(biāo)對比

承載能力

作為一款中大型容量通信衛(wèi)星公用平臺，東四增強(qiáng)型平臺的承載能力達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

同時(shí)，我們與國際主流通信衛(wèi)星制造商的典型平臺進(jìn)行對比，其中反映平臺對有效載荷承載水平的典型指標(biāo)“載干比”—即有效載荷質(zhì)量與干星質(zhì)量之比，東四增強(qiáng)型平臺的能力達(dá)到了同期的先進(jìn)水平。

技術(shù)特點(diǎn)

東四增強(qiáng)型平臺的研制緊密圍繞技術(shù)指標(biāo)需求，在東四平臺基礎(chǔ)上探索新的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)能力的跨越提升。主要技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

1）大承載能力結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)承載能力體現(xiàn)了平臺適應(yīng)不同運(yùn)載火箭以及承載載荷質(zhì)量的水平。東四增強(qiáng)型平臺設(shè)計(jì)整星起飛質(zhì)量為6t，在不改變主承力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過抬高中心承力筒高度以及改進(jìn)材料工藝水平，實(shí)現(xiàn)了主結(jié)構(gòu)質(zhì)量不增加的情況，承載能力提升0.5t 的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2）多層通信艙。多層通信艙是實(shí)現(xiàn)有效載荷數(shù)量、質(zhì)量提升的重要手段，增加一層通信艙意味著增加了近12 路轉(zhuǎn)發(fā)器的布局空間，有效提高了轉(zhuǎn)發(fā)器的攜帶數(shù)量。通過合理分析、優(yōu)化以及利用人機(jī)工程等技術(shù)有段，確定多層通信艙的構(gòu)型和布局狀態(tài)。

3）大功率供配電。供配電能力是實(shí)現(xiàn)有效載荷功率提升的關(guān)鍵，為實(shí)現(xiàn)10kW 的有效載荷功率，對平臺功率產(chǎn)生裝置、功率傳輸裝置、功率儲蓄裝置等進(jìn)行了全面升級。增加太陽翼電池板數(shù)量、同時(shí)使用高效率太陽電池片，提升功率產(chǎn)生能力；增加太陽翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳輸通道、同時(shí)降低傳輸通道損耗，提升功率傳輸能力；選用高比能量的鋰離子蓄電池、并采用高容量電池組，提升功率儲蓄能力。

4）先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)。通信衛(wèi)星服務(wù)壽命往往取決于推進(jìn)劑的限制，先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)一方面解決衛(wèi)星的服務(wù)壽命要求，一方面將推進(jìn)劑的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為有效載荷，提升衛(wèi)星的應(yīng)用價(jià)值。電推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使我國的平臺能力大幅提高，同時(shí)也緊跟國際的先進(jìn)科研方向；應(yīng)用超大容積貯箱、大容量高壓氣瓶、高比沖發(fā)動機(jī)，解決了推進(jìn)劑裝填量的限制，保證衛(wèi)星在軌服務(wù)壽命。

除上述技術(shù)特點(diǎn)外，還采取了三維熱管網(wǎng)絡(luò)、高精度姿態(tài)控制、重疊壓緊展開天線等技術(shù)，從多個(gè)維度促進(jìn)平臺綜合技術(shù)水平的提高。

業(yè)務(wù)應(yīng)用

作為一款高性能的通信衛(wèi)星公用平臺，東四增強(qiáng)型平臺可支持一種或幾種有效載荷組合體，適應(yīng)大容量廣播衛(wèi)星、直播衛(wèi)星、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、高軌遙感以及其他地球靜止軌道應(yīng)用衛(wèi)星。采取靈活的配置，可滿足國內(nèi)外用戶的不同應(yīng)用需要。

4 開發(fā)模式創(chuàng)新

東四增強(qiáng)型平臺由中國空間技術(shù)研究院自主投入進(jìn)行開發(fā)，不僅要求平臺的定位要準(zhǔn)確，還要確?！翱?、好、省”的開發(fā)和投入市場，東四增強(qiáng)型平臺的開發(fā)過程和模式也成為重要創(chuàng)新點(diǎn)，為后續(xù)多個(gè)平臺所借鑒。

市場定位分析及國際對標(biāo)

東四增強(qiáng)型平臺的應(yīng)用目標(biāo)就是國際市場，在開展定位分析時(shí)，上級領(lǐng)導(dǎo)指示“既然我們的目標(biāo)是國際市場，那就要對國際市場進(jìn)行充分的調(diào)研，對國際衛(wèi)星制造商進(jìn)行對標(biāo)”。這是一條光明的途徑，通過對近年國際通信衛(wèi)星發(fā)射情況及未來10 ～20年國際通信衛(wèi)星市場調(diào)研，確定了中大容量平臺將在未來10 ～20年繼續(xù)扮演重要角色；通過與國際上近10家通信衛(wèi)星制造商及其主要平臺的技術(shù)對標(biāo)，確定了平臺開發(fā)的目標(biāo)和應(yīng)用的技術(shù)手段。同時(shí)通過從總體、分系統(tǒng)到主要單機(jī)的對標(biāo)，大大開闊了研制隊(duì)伍的視野，找到了差距和奮斗的目標(biāo)。

工程化驗(yàn)證

盡管嘗試了利用多個(gè)渠道申請東四增強(qiáng)型平臺的立項(xiàng)和資金投入，但是都未能成功，迫在眉睫之際，中國空間技術(shù)研究院決定自主出資開展東四增強(qiáng)型平臺的開發(fā)工作，同時(shí)對開發(fā)的周期、經(jīng)費(fèi)進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。在此情況下，項(xiàng)目研制團(tuán)隊(duì)廣開思路，創(chuàng)造出一種工程化平臺驗(yàn)證的途徑。為有效地降低驗(yàn)證工作費(fèi)用、縮減驗(yàn)證周期并保證驗(yàn)證的充分性，按照系統(tǒng)工程理論，首次提出并采用了系統(tǒng)優(yōu)化驗(yàn)證的方法，以一顆工程星驗(yàn)證來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)星、電性星（熱控星）等，實(shí)現(xiàn)“一星多用、綜合驗(yàn)證”的目的，同時(shí)利用“工程星+熱模擬艙+分系統(tǒng)+單機(jī)”的“集中+分散”式驗(yàn)證模式開展平臺驗(yàn)證工作。利用該方法，有效地縮短了該平臺研制周期和研制經(jīng)費(fèi)，完成平臺關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和平臺系統(tǒng)級的驗(yàn)證后具備轉(zhuǎn)入正樣衛(wèi)星研制的條件。東四增強(qiáng)型平臺驗(yàn)證實(shí)踐表明工程化驗(yàn)證是一種行之有效的提高驗(yàn)證效率的方法，這種方法也被廣泛應(yīng)用在后續(xù)的相應(yīng)新平臺開發(fā)過程中。

5 應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

東四增強(qiáng)型平臺能夠滿足未來10年左右的應(yīng)用需求，預(yù)計(jì)應(yīng)用該平臺的通信衛(wèi)星可達(dá)40 余顆，超出以往平臺通信衛(wèi)星的總量。除此之外，東四增強(qiáng)型平臺仍在國際市場上不斷地尋求著用戶，以巴基斯坦通信衛(wèi)星—1R（Paksat—1R）為代表的國際市場仍可能給東四增強(qiáng)型平臺的應(yīng)用帶來增長點(diǎn)。東四增強(qiáng)型平臺呈現(xiàn)出蓬勃的應(yīng)用現(xiàn)狀和不斷擴(kuò)展的未來前景。