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

國外通信衛(wèi)星公用平臺發(fā)展趨勢及啟示

◎中國航天標(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)入國際市場以來，其市場需求日益增長。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現(xiàn)大批量的流水線生產(chǎn)，所以長期以來難以實現(xiàn)產(chǎn)品化、規(guī)?；l(fā)展。

20世紀(jì)70年代，部分國外主流衛(wèi)星制造商在衛(wèi)星設(shè)計過程中引入了模塊化設(shè)計理念，將衛(wèi)星有效載荷的保障系統(tǒng)作為單獨組成部分進(jìn)行獨立研制，實現(xiàn)了通用化研發(fā)，并逐漸提出了衛(wèi)星公用平臺的研發(fā)理念，即通過采用通用化、系列化和模塊化設(shè)計的公用平臺取代傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺，并以此建立公用衛(wèi)星平臺生產(chǎn)線，以提高公用平臺的生產(chǎn)效率，進(jìn)而大幅提高衛(wèi)星產(chǎn)能。在此理念的推動下，美國、歐洲等宇航發(fā)達(dá)國家或地區(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，取得了巨大效益。

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

為此，筆者在調(diào)研國外先進(jìn)衛(wèi)星制造商相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對國外通信衛(wèi)星研制特點及技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)分析，并對照我國現(xiàn)階段衛(wèi)星公用平臺的研制現(xiàn)狀提出幾點建議。

一、國外主流通信衛(wèi)星公用平臺現(xiàn)狀

目前，國外主流衛(wèi)星公用平臺大致可分成遙感衛(wèi)星平臺、地球靜止軌道通信衛(wèi)星平臺和微小衛(wèi)星平臺等3類。由于通信衛(wèi)星較早地進(jìn)入商業(yè)化運營階段，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)星公用平臺系列，主要包括以下幾種類型。

1．A2100平臺

洛克希德·馬丁公司的A2100系列通信衛(wèi)星平臺根據(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個型號，可支持多種類型的地球同步軌道通信任務(wù)，如電視廣播、直播到戶和地面移動通信等。A2100是S系列平臺S-3000、S-7000等的替代型號，與S系列平臺相比，其質(zhì)量減小了26%，但可靠性提高了27%，同時降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。

2．BSS-702平臺

波 音 公 司 的BSS-601和BSS-702系列衛(wèi)星公用平臺是在原休斯公司HS-601及HS-702平臺的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其中，BSS-702平臺是對BSS-601平臺進(jìn)行了風(fēng)險降低改進(jìn)，在保留原平臺良好特性的同時增加了有效載荷配置的靈活性，以滿足視頻、語音、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。

除基本型外，BSS-702平臺還包括其它擴展型號，如高功率的BSS-702HP平臺、中等功率的BSS-702MP平臺以及用于移動通信衛(wèi)星的BSS-702GEM平臺。其中，BSS-702MP平臺是波音公司于2009年推出的改進(jìn)型平臺，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

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，包括基本型和改進(jìn)型?；拘推脚_的質(zhì)量在2000～5000千克，擴展型平臺的質(zhì)量最大可達(dá)7噸。采用LS-1300平臺的衛(wèi)星自1993年至今已發(fā)射60多顆，采用擴展型平臺發(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“20.20”。根據(jù)設(shè)計，整星發(fā)射質(zhì)量為5000～7000千克，可擴展至8.5噸。衛(wèi)星平臺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

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)星公用平臺涵蓋了大型通信衛(wèi)星平臺、遙感衛(wèi)星平臺和小型衛(wèi)星平臺，其中Spacebus系列通信衛(wèi)星平臺是泰勒斯公司的主要產(chǎn)品，其Spacebus-3000/4000平臺主結(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。

5．EuroStar3000平臺

Astrium公司的衛(wèi)星公用平臺包括Eurostar系列通信衛(wèi)星平臺、SPOT系列遙感衛(wèi)星平臺以及多種小型衛(wèi)星平臺。EuroStar3000系列衛(wèi)星平臺是該公司最新的衛(wèi)星平臺，包括EuroStar3000、EuroStar3000GM和EuroStar3000S 3個類型。基于EuroStar3000GM平臺的整星發(fā)射質(zhì)量達(dá)到5900千克，基于EuroStar3000和 EuroStar3000S平臺的整星發(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，即AlphaBus平臺。其是由ESA和法國國家空間研究中心（CNES）共同投資開發(fā)的衛(wèi)星公用平臺，旨在滿足新的寬帶、廣播和移動通信服務(wù)對通信載荷的市場需求。首顆搭載該平臺的衛(wèi)星是國際海事衛(wèi)星公司的I-XL衛(wèi)星。

與歐洲現(xiàn)有的Spacebus-4000平臺和EuroStar3000平臺相比，AlphaBus平臺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擴展型平臺的承載質(zhì)量將達(dá)到1400千克。

二、國外衛(wèi)星公用平臺發(fā)展的典型特點

國外通信衛(wèi)星平臺的設(shè)計不斷向高性能、高承載、長壽命、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)星公用平臺的研制與衛(wèi)星項目相對分離。

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平臺的國際移動衛(wèi)星-5F和基于LS-1300平臺的ABS-2衛(wèi)星功率均達(dá)到或超過12千瓦，基于EuroStar3000平臺的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臺轉(zhuǎn)發(fā)器，國際移動衛(wèi)星-5F承載了89臺轉(zhuǎn)發(fā)器,“衛(wèi)訊”衛(wèi)星承載了124臺轉(zhuǎn)發(fā)器，歐洲在研的AlphaBus平臺將可搭載200個轉(zhuǎn)發(fā)器。

2．向長壽命、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。例如，BSS-702平臺安裝了4臺25厘米離子推力器，A2100平臺安裝了4臺MR-150單組元電弧推進(jìn)器，LS-1300平臺采用雙組元推進(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)一步提高平臺使用壽命。

應(yīng)用新型高效電源技術(shù)。例如，A2100平臺的電源分系統(tǒng)采用了直接能量轉(zhuǎn)化設(shè)計，可通過70伏電源總線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

對國外主流衛(wèi)星平臺的分析可以發(fā)現(xiàn)，通信衛(wèi)星平臺的研制將向型譜化、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。

4．向設(shè)計模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

BSS-702平臺采用雙模塊設(shè)計，分別為平臺艙和有效載荷艙，可實現(xiàn)衛(wèi)星平臺在短周期內(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平臺的核心結(jié)構(gòu)分為平臺和有效載荷2個主要模塊，其平臺設(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平臺的特點在于模塊化和彈性設(shè)計，可通過最小化的適應(yīng)性改進(jìn)滿足任務(wù)需求。

5．向功能多樣化發(fā)展

通信衛(wèi)星平臺主要應(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)星平臺的應(yīng)用領(lǐng)域已擴展到導(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)星公用平臺的研制將逐步實現(xiàn)與衛(wèi)星項目研制的相對分離。例如，波音、洛馬、Astrium等公司都是先集中優(yōu)勢力量完成衛(wèi)星公用平臺的先期研制和首發(fā)星的應(yīng)用，再實施批量采購和生產(chǎn)。

三、發(fā)展我國衛(wèi)星平臺的建議

衛(wèi)星公用平臺的研制和應(yīng)用是宇航領(lǐng)域適應(yīng)多任務(wù)、小批量研制特點，按照“好、快、省”要求實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必由之路，也是當(dāng)前國外主流衛(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。我國多年來一直采用以型號任務(wù)為牽引的科研生產(chǎn)管理模式，缺乏針對衛(wèi)星公用平臺的產(chǎn)品化研制、應(yīng)用管理模式以及獨立的專業(yè)化研制隊伍。

因此，為滿足新形勢下大幅提升的衛(wèi)星型號研制任務(wù)要求，我國航天企業(yè)必須在加大衛(wèi)星型號研發(fā)投入的同時，針對衛(wèi)星公用平臺研究建立獨立的產(chǎn)品化研制、應(yīng)用管理模式，并建立獨立于型號項目的專業(yè)化研制隊伍。在此，筆者針對我國現(xiàn)階段衛(wèi)星公用平臺的研制現(xiàn)狀，對其后續(xù)發(fā)展提出幾點建議：

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

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

三是為進(jìn)一步提升衛(wèi)星公用平臺的整體技術(shù)水平和性能指標(biāo)，后續(xù)應(yīng)加強對電推進(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，以有序開展產(chǎn)品更新?lián)Q代工作。

四是充分研究衛(wèi)星平臺與載荷接口的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化問題，相對分離整星項目研制與衛(wèi)星公用平臺的研制和維護(hù)工作。開展衛(wèi)星平臺與載荷接口的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化研究，增強平臺的通用性和可擴展性；同時，針對衛(wèi)星公用平臺建立專業(yè)化研制、應(yīng)用管理模式，使衛(wèi)星公用平臺的研制擺脫型號的資源限制和技術(shù)束縛，并依據(jù)公用平臺自身的技術(shù)要求和客觀規(guī)律實現(xiàn)獨立發(fā)展。

五是加強對衛(wèi)星公用平臺的開發(fā)力度和對衛(wèi)星公用平臺首發(fā)星的成熟度評價、提升和技術(shù)狀態(tài)固化、維護(hù)等工作，編制并完善衛(wèi)星公用平臺技術(shù)狀態(tài)固化及成熟度培育的相關(guān)規(guī)范，同時針對衛(wèi)星公用平臺建設(shè)專業(yè)化研制、應(yīng)用管理模式以及獨立的全壽命周期技術(shù)管理隊伍。

六是在衛(wèi)星公用平臺技術(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，對成熟衛(wèi)星公用平臺有針對性地開展平臺批生產(chǎn)工作，以提高衛(wèi)星公用平臺的研制效益，最大限度地提高平臺應(yīng)用數(shù)量?！?/p>