飛天勇士

廖可

衛(wèi)星凝聚著人類的驕傲，它是飛天的勇士。雖然衛(wèi)星平臺只是衛(wèi)星的一部分，但是它主宰著精彩的太空飛行。它撐起衛(wèi)星的豪華體魄，流淌著最先進科技的血液，隱藏著未來科技的基因。

高科技游戲

衛(wèi)星造型迥異、外觀不一、千變?nèi)f化，但大體上有著基本的構(gòu)造，主要由公用系統(tǒng)的衛(wèi)星平臺和專用系統(tǒng)的有效載荷兩大部分組成。衛(wèi)星平臺主要負責太空飛行，而有效載荷則負責執(zhí)行任務(wù)。

為了適應(yīng)各種衛(wèi)星，滿足不斷變化的科技需求和執(zhí)行多種任務(wù)，衛(wèi)星專家將衛(wèi)星的一部分設(shè)計成一種能夠靈活安裝各種有效載荷的衛(wèi)星平臺。這樣的設(shè)計方法可以縮短衛(wèi)星的研制周期，節(jié)省研制經(jīng)費，提高衛(wèi)星可靠性，保障衛(wèi)星安全飛行和有效工作。

衛(wèi)星平臺是公用系統(tǒng)，它仿佛是一輛汽車的半成品，包括車架、底盤和發(fā)動機。如果安裝載客車身，它就變成公交車;如果安裝了車斗，它就變成物料運輸車;如果安裝了消防設(shè)備，它就變成消防車……如果沒有一個可靠的衛(wèi)星平臺，衛(wèi)星就不安全，因而衛(wèi)星平臺是非常重要的。

衛(wèi)星平臺主要由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)，以及遙測、測距和指令系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是衛(wèi)星的骨架和星體，可采用球體、扁平體、四面體、六面體、多面體等，以便在內(nèi)部安裝各種系統(tǒng)、設(shè)備和儀器。骨架材料一般采用鋁合金、碳纖維等。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、姿態(tài)發(fā)動機、游動發(fā)動機、燃料箱等，為衛(wèi)星飛行、保持速度和控制姿態(tài)提供動力。電力系統(tǒng)包括太陽能帆板和電池等，為整個衛(wèi)星提供電力。太陽能帆板一般采用砷化鎵太陽能帆板。電池一般采用離子電池。通信系統(tǒng)包括天線、饋源、轉(zhuǎn)發(fā)器等，負責衛(wèi)星與地面的通信。通信系統(tǒng)的頻率一般采用C頻段、Ku頻段和Ka頻段。溫度控制系統(tǒng)安裝了空調(diào)設(shè)備，隨時調(diào)節(jié)溫度，保證衛(wèi)星各個系統(tǒng)和設(shè)備的工作溫度。遙測、測距和指令系統(tǒng)，包括激光測距儀、高度儀等，用以保證遙測、測距和指令暢通，保證衛(wèi)星與地面飛控中心暢通信息。姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)由三軸穩(wěn)定系統(tǒng)、地球傳感器、太陽傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)等組成。三軸穩(wěn)定系統(tǒng)由反應(yīng)輪、扭矩桿和反應(yīng)發(fā)動機組成。姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)能夠確保衛(wèi)星飛行在正確軌道上，天線精準指向地球，太陽能帆板面向太陽。

衛(wèi)星平臺是衛(wèi)星的重要組成部分，需采用最安全、最可靠的科技和最新科技。衛(wèi)星平臺初始的研制費用非常昂貴，一旦定型就可以廣泛運用，費用也就會大幅減少。衛(wèi)星平臺的價值也非常昂貴，少則幾億美元，多則幾十億美元。至2019年年底，各國衛(wèi)星公司共研制了大約155種衛(wèi)星平臺，都在努力搶奪國際衛(wèi)星市場。而創(chuàng)新，已成為衛(wèi)星平臺競爭的撒手锏。

無心插柳的大創(chuàng)新

2001年7月12日，歐洲太空局的“阿蒂米斯號”中繼衛(wèi)星發(fā)射升空。原計劃是飛控人員指令“阿蒂米斯號”衛(wèi)星的遠地點發(fā)動機8次點火，轉(zhuǎn)移到31000千米的圓形軌道上，再上升到36000千米的靜止軌道。由于火箭上面級故障，衛(wèi)星停留在近地點590千米，遠地點17487千米的低轉(zhuǎn)移軌道上。這兒距離36000千米的靜止軌道，實在是差遠了。

這顆通信衛(wèi)星裝有一種電力推進器——離子推進器，用于保持升軌定點、位置保持、姿態(tài)調(diào)整等。電力推進器的特點是體積很小、效率很高和技術(shù)不難，但推力卻很小。

怎么辦？飛控人員只有一個選擇：讓衛(wèi)星上的電力推進器臨危授命，臨時充當火箭發(fā)動機的角色?！鞍⒌倜姿固枴钡碾x子推進器立即啟動，歷時18個月，終于到達地球靜止軌道。這次能順利完成任務(wù)，電力推進器可謂勞苦功高。

2010年8月14日，美國空軍的“先進極高頻-1”軍用通信衛(wèi)星發(fā)射升空，進入近地點221千米、遠地點50179千米的同步轉(zhuǎn)移軌道。衛(wèi)星正準備進入靜止軌道，可是液體火箭發(fā)動機發(fā)生故障，開始太空流浪。這顆價值5億多美元的衛(wèi)星面臨報廢的危險，除非想辦法將衛(wèi)星送入靜止軌道。為了拯救衛(wèi)星，微推力發(fā)動機啟動，12個姿態(tài)控制發(fā)動機也一起幫忙，將近地點高度提高了4700千米。在這個高度上，衛(wèi)星的太陽能帆板打開，電力推進器激活。電力推進器耗時9個月，終于將衛(wèi)星送入36000千米的靜止軌道。最終，電力推進器挽救了衛(wèi)星。

世界航天史上這兩次無心插柳的太空救援，為電力推進衛(wèi)星的問世開辟了光明的道路。一般人都將太空救援看成一次事故或一次災(zāi)難。其實它也因此啟發(fā)了衛(wèi)星專家，一場衛(wèi)星平臺的創(chuàng)新之戰(zhàn)已然打響。

美國波音公司的科學家因此思考道：汽車、輪船都能采用電力驅(qū)動，為何不能有電動衛(wèi)星呢？火箭發(fā)動機笨重且復(fù)雜，安全性和可靠性都不高。衛(wèi)星本身依靠太陽能發(fā)電，能源源不斷，而且電力推進的電動機比火箭發(fā)動機要輕盈、簡單得多，安全性和可靠性也高多了。所以全電動衛(wèi)星相較于傳統(tǒng)衛(wèi)星等于是用時間換空間，用時間換成本，用時間換安全性和可靠性，是非常值得的！

那就讓衛(wèi)星插上電動機的“翅膀”飛行吧！

2012年，歐洲通信衛(wèi)星組織計劃建造“歐星-115號”通信衛(wèi)星。在談判時，波音防御與太空公司主張研制一顆全電力推進的電動衛(wèi)星。因為之前波音公司的“鬼怪”工廠完成了“BSS-702SP”電動衛(wèi)星平臺的設(shè)計工作，所以“歐星-115號”成為世界上第一顆完全靠電力推進的電動衛(wèi)星。其中，2臺電動推進器安裝在其太陽能帆板下方。

由于電力推進器取代了常規(guī)的化學火箭推進器，衛(wèi)星的重量僅有原來的一半左右，大大降低了火箭發(fā)射的成本。全電動衛(wèi)星具有提高發(fā)射重量和最大化有效載荷的優(yōu)點。而缺點是“就位”耗時較長，從250千米的轉(zhuǎn)移軌道飛向36000千米的靜止軌道需要半年時間。

2015年3月2日，“歐星-115號”通信衛(wèi)星與另一顆全電動衛(wèi)星——“亞星-3A號”搭乘美國太空探索技術(shù)公司的“獵鷹-9號”火箭，從美國佛羅里達州肯尼迪航天中心發(fā)射升空。之后，電動發(fā)動機多次啟動工作，將2顆衛(wèi)星送入不同傾角的軌道。這是世界航天史上第一次衛(wèi)星串聯(lián)發(fā)射，是一個重要的里程碑。

無心插柳，也能創(chuàng)造奇跡。無論世人怎樣評價全電動衛(wèi)星，它都為衛(wèi)星平臺研制打開了一條嶄新的思路，成為未來衛(wèi)星的首選和最佳選擇。現(xiàn)在，許多最先進的通信衛(wèi)星都是全電動衛(wèi)星，選用全電動動力已經(jīng)成了世界潮流。

超越夢想

俗話說：“好馬配好鞍?！币活w質(zhì)量上乘的衛(wèi)星必須要有一個安全、可靠和強勁的衛(wèi)星平臺。

迄今我國已成功研制了“東方紅”系列衛(wèi)星平臺，如“東方紅-2號”、“東方紅-3號”、“東方紅-4號”和“東方紅-5號”。其中，“東方紅-2號”是自旋穩(wěn)定衛(wèi)星，其余的是三軸穩(wěn)定衛(wèi)星。

“東方紅-3號”是我國第3代通信衛(wèi)星平臺，可用于通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和太空探測器。它具有整星功率大、承載能力強、服務(wù)壽命長等特點?！皷|方紅-3號”衛(wèi)星平臺包括推進艙、服務(wù)艙和太陽帆板，采用三軸穩(wěn)定系統(tǒng)等，適用于大功率的通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、直播衛(wèi)星和移動通信衛(wèi)星等?！皷|方紅-3號”衛(wèi)星平臺號稱“中國的法拉利”，2000年-2019年年底，它曾分別安裝在“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星、“天鏈”中繼衛(wèi)星、“嫦娥-1號”月球探測器等43顆衛(wèi)星和探測器上。

而“東方紅-4號”衛(wèi)星平臺是我國第4代衛(wèi)星平臺，應(yīng)用于通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、直播衛(wèi)星、移動通信衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。它由電源、測控、數(shù)據(jù)管理、姿態(tài)和軌道控制、推進、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、熱控等系統(tǒng)組成，采用三軸穩(wěn)定控制方式。它擁有588千克的有效載荷能力，功率為10.5千瓦，屬于我國新一代大型通信衛(wèi)星平臺。在輸出功率和通信能力上，“東方紅-4號”衛(wèi)星平臺都屬于高性能衛(wèi)星平臺，可與國際先進的衛(wèi)星平臺媲美。2007年-2019年年底，“東方紅-4號”衛(wèi)星平臺已經(jīng)安裝在31顆中外衛(wèi)星上，功能強大。

“東方紅-5號”衛(wèi)星平臺是一種全新的超大型衛(wèi)星平臺，應(yīng)用于大型地球同步軌道通信衛(wèi)星和地球觀測衛(wèi)星。它運用了多項新技術(shù)，如電力推進技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)熱管和可展開式熱輻射器技術(shù)、新一代電源控制器技術(shù)、綜合電子技術(shù)等。

未來，我國的新型衛(wèi)星平臺將繼續(xù)發(fā)揮能力強、壽命長的優(yōu)勢，去承載中華民族千年的飛天夢想。