孔曉燕 （中國空間技術研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部）

莊茜倩/攝

2019年12月27日，實踐二十號衛(wèi)星在中國文昌航天發(fā)射場由長征五號遙三運載火箭成功發(fā)射。2020年1月5日，衛(wèi)星經過7次變軌，成功定點于地球同步軌道東經115.5°。該衛(wèi)星是由中國空間技術研究院（簡稱“研究院”）抓總研制的東方紅五號衛(wèi)星公用平臺（簡稱“東五平臺”）的首飛試驗星，將對我國自主研發(fā)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星平臺——東五平臺進行全面在軌驗證，對提升新技術成熟度、促進新技術應用、進一步推動我國航天技術發(fā)展具有重要意義。

東五平臺能力目前已達到國際領先水平，可滿足我國未來20年的大容量衛(wèi)星應用需求。從無到有，從落后到領先，從服務國內到走向世界，回望“東方紅”衛(wèi)星系列衛(wèi)星及平臺的發(fā)展歷程，研究院用半個世紀的攻堅克難，在太空描繪了一幅波瀾壯闊的“東方紅”畫卷。

1 “東方紅”的發(fā)展歷程

在太空升起“中國星”

1970年4月24日，東方紅一號衛(wèi)星發(fā)射成功，東方紅的旋律響徹寰宇，毛主席“我們也要搞人造衛(wèi)星”的宏偉設想成為現(xiàn)實，中國成為世界上第五個能夠獨立研制發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。從此，太空里有了“中國星”。

發(fā)射衛(wèi)星只是第一步，用好衛(wèi)星才是目標。20世紀70年代以來，以孫家棟、戚發(fā)軔等為代表的第一代通信衛(wèi)星人，樹立“要研制出中國自己的通信衛(wèi)星”的堅定信念，開始了研制東方紅二號衛(wèi)星的艱苦攻關。研制早期，設備簡陋，生活艱苦。然而，任何困難都打不倒一心報國的航天人，歷經9年攻堅克難，他們最終掌握了通信衛(wèi)星研制技術。1984年4月8日，東方紅二號試驗通信衛(wèi)星發(fā)射成功，使中國躋身世界上第五個能夠獨立研制發(fā)射通信衛(wèi)星的國家。

1986－1990年，我國先后發(fā)射了5顆東方紅二號實用通信衛(wèi)星，在我國電視傳輸、衛(wèi)星通信及對外廣播等領域中發(fā)揮了巨大作用。然而，東方紅二號系列通信衛(wèi)星大都帶有試驗性質，在轉發(fā)器數(shù)量、轉發(fā)能力、工作壽命等方面，與國外差距較大。截至1988年，全世界共發(fā)射近900顆通信衛(wèi)星，而屬于中國的僅有5顆共14個轉發(fā)器。到20世紀90年代初期，這5顆通信衛(wèi)星的壽命全部到期。為了保證國內的通信和電視傳輸，中國不得不租用和購買外國的衛(wèi)星來應急。面對“外星”即將大量進入中國的現(xiàn)狀，老一代通信人可謂憂心如焚。面對“買星”和“造星”的不同聲音，我國堅定地選擇制造與國際先進水平并肩的“中國星”。

讓世界見證“中國造”

從20世紀80年代末起，通信人踏上了研制我國首顆中容量通信衛(wèi)星——東方紅三號的新征程。研制人員經過深入分析論證，決定打破常規(guī)的衛(wèi)星研制思路，直接瞄準當時國際上的先進水平，一步跨越20年，迎頭趕上國際通信衛(wèi)星事業(yè)的步伐。這意味著我們只能繼承東方紅二號通信衛(wèi)星中20%～30%的現(xiàn)有技術，其余70%～80%的新技術都要進行自主攻關，這在世界航天史上也很罕見。在長達10年的技術攻關中，我們研制隊伍先后解決了上百個技術難點，啃下了十余項“硬骨頭”課題，1997年5月12日，東方紅三號通信衛(wèi)星發(fā)射成功。

東方紅三號衛(wèi)星雖然在技術上實現(xiàn)了跨越，但在10年研制過程中，世界通信衛(wèi)星技術又有了迅猛發(fā)展，并不斷蠶食我國通信衛(wèi)星市場。2000年，為加快提升通信衛(wèi)星的市場競爭力，研究院組建了以周志成院士為核心的研制團隊，直接瞄準20世紀90年代末的國際先進水平，加緊開展對新一代大容量、長壽命、高可靠衛(wèi)星公用平臺——東方紅四號（簡稱“東四平臺”）的論證開發(fā)工作。

東四團隊立下“為民族工業(yè)生存發(fā)展而奮斗”的雄心壯志，下定決心“虎口奪食”，不僅要把國內通信衛(wèi)星市場搶回來，更要走出國門搶占國際市場。研制隊伍一邊集智攻關，向大型衛(wèi)星中心承力筒、大容量衛(wèi)星儲箱、大功率衛(wèi)星熱控等關鍵技術發(fā)起沖擊，一邊組建隊伍積極參與全球通信衛(wèi)星競標。在2004年11月激烈的國際競標中，成功突圍，一舉擊敗了美國、法國、英國、意大利、以色列等國家的21家公司，成功拿下了尼日利亞通信衛(wèi)星一號合同，并在用戶苛刻的“25個月”時限內完成了衛(wèi)星研制任務，刷新了衛(wèi)星研制的“中國速度”。隨著東四平臺衛(wèi)星日趨成熟，2008年10月以來，28顆基于東方紅四號、東方紅四號S、東方紅四號增強型平臺的通信衛(wèi)星成功發(fā)射，不僅徹底扭轉了我國廣播電視領域“長期依賴進口衛(wèi)星、使用受制于人”的被動局面，同時在世界舞臺上打響了“和平利用太空資源、積極履行大國擔當”的中國品牌！

實踐二十號衛(wèi)星效果圖

為未來染上“東方紅”

2010年以來，為趕超國際一流，研究院通信衛(wèi)星研制團隊又著眼滿足未來20年大功率通信衛(wèi)星需求，全力開發(fā)性能更加先進的東方紅五號大型衛(wèi)星公用平臺。東五轉發(fā)器數(shù)量可達120余路，整星質量可達7～9t，通信能力可達120G甚至1T，是東四平臺能力的好幾倍。

歷經6年艱苦攻關，研究院先后突破了數(shù)字化多學科總體設計、高承載多適應桁架結構、20kW級超大功率電源系統(tǒng)、二維二次展開半剛性太陽翼、柔性動力學與控制、大推力多模式電推進等多項關鍵技術。目前，實踐二十號衛(wèi)星發(fā)射成功，將帶領我國高軌通信衛(wèi)星的能力與水平進入領先世界的新時代。

2 東五平臺—“東方紅”新的篇章

實踐二十號衛(wèi)星質量達8t，是目前我國研制的發(fā)射重量最重的衛(wèi)星，也是目前中國技術含金量最高的衛(wèi)星，衛(wèi)星首要任務是驗證東五平臺的技術穩(wěn)定性，由于搭載了十多項國際領先的技術驗證載荷，因此也兼具新技術驗證的使命。以“實踐”命名衛(wèi)星，就是對該星所承擔的探索意義的最好詮釋。

加快我國通信衛(wèi)星技術領域發(fā)展

通信衛(wèi)星，顧名思義，就是幫人們實現(xiàn)信息傳輸?shù)男l(wèi)星，是當前信息社會的神經網(wǎng)絡。它具有通信距離遠、覆蓋面積大、信道質量高、通信容量大等優(yōu)點，廣泛應用于國際、國內或區(qū)域通信、海事通信、電視廣播等領域。

為了更好地發(fā)揮實踐二十號衛(wèi)星的在軌驗證效能，瞄準航天未來發(fā)展需求，我們從全國收集的眾多搭載試驗項目中進行了多輪遴選，最終選擇了以Q/V頻段通信為代表的甚高通量通信載荷、激光通信、深冷回路等十余項國際領先的“前沿性、戰(zhàn)略性”技術試驗載荷，其中多項為國際或國內首次。

實踐二十號衛(wèi)星將首次開展基于深冷環(huán)路熱管的35K溫區(qū)深低溫傳輸在軌演示，為深空探測衛(wèi)星高靈敏度探測器的研制奠定基礎；首次開展基于形狀聚合物可展結構的在軌試驗，驗證形狀記憶復合材料的可控主動變形性能，為空間大型可變結構的研制提供新途徑。

科研人員與東五平臺合影（徐鄭勤/攝）

實踐二十號衛(wèi)星在軌示意圖

實踐二十號衛(wèi)星將首次完成5.5GHz帶寬Q/V頻段星地通信試驗，為當前靜止軌道通信衛(wèi)星用頻空間開辟了新的領域；首次開展高軌相干體制激光通信試驗，相對直接探測體制，靈敏度更高、速率更快、抗干擾能力更強，最高速率達10Gbit/s，刷新了靜止軌道激光通信速率新指標。

其中，研究院還承擔了我國首次標準太陽電池空間標定試驗，我國成為繼美國之后，第二個具備空間太陽電池衛(wèi)星搭載標定能力的國家。

推動我國衛(wèi)星公用平臺升級換代

目前，世界上許多國家都采取衛(wèi)星公用平臺的設計方法，公用衛(wèi)星平臺只需做少量的適應性修改即可裝載不同的有效載荷，以此縮短衛(wèi)星研制周期，節(jié)省研制經費，提高衛(wèi)星可靠性。

長期以來，我國形成了以東方紅三號、東方紅四號等為代表的“東方紅”系列衛(wèi)星公用平臺及型譜化產品。隨著國民經濟發(fā)展水平的不斷提升和國防現(xiàn)代化建設的不斷加速，對我國通信衛(wèi)星性能跨越的需求越來越迫切。研制東五平臺的初衷就是我國需要高通量的通信衛(wèi)星。

按照設計指標，基于東五平臺的衛(wèi)星起飛質量可達8～9t，載荷承載能力可達1.5～1.8t；整星功率28kW以上，提供載荷功率達18kW；載荷艙的散熱能力達9kW；設計壽命長達16年。這些指標意味著，相比東三、東四等現(xiàn)役衛(wèi)星平臺，東五平臺更大、更高、更強，具有“高承載、高功率、高熱耗、高控制精度”的特點，達到國際領先水平。東五平臺的出現(xiàn)將填補“東方紅”系列大型衛(wèi)星平臺型譜的空白，可滿足中國近20年內高通量通信衛(wèi)星的需求。

更令人欣喜的是，東五平臺整體性能的躍升將使衛(wèi)星的效能發(fā)生大的跨越，憑借超強的能力和全新的設計理念，東五平臺的應用前景廣闊，可廣泛應用于高軌通信、微波遙感、光學遙感、空間科學探測、科學試驗、在軌服務等多個領域，是世界航天領域少有的多適應性平臺，在助力國民經濟發(fā)展，給人民生活帶來更多便利的同時，也能在技術推動、商業(yè)航天市場拓展等領域有更大的作為。

周志成院士說：“如果說東四平臺讓我們具備了和國際同行同臺競技的實力，那么到了東五平臺這里，我們就能實現(xiàn)從跟跑到領跑的轉變。我們就能自豪地說，在強手如林的國際航天市場上，我們占領了一席之地?！?/p>

加快推動通信衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展

實踐二十號衛(wèi)星的成功發(fā)射，標志著東五平臺成熟度向前邁進了一步，為東五平臺的全面推廣與應用奠定了堅實基礎。尤其在當下，商業(yè)化衛(wèi)星直播、應急通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務的開展，以及常規(guī)固定衛(wèi)星通信事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，為衛(wèi)星通信產業(yè)提供了豐富的需求和廣闊的市場。面向未來，以寬帶通信衛(wèi)星為代表的新興業(yè)務需求日益迫切。

面對廣闊的需求藍海，服務于國家“寬帶中國”戰(zhàn)略，我國將依托東五平臺，研制若干顆100G～1T容量的通信衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國家及周邊地區(qū)。借此，研究院將全力打造“天地互通”的“一體化信息網(wǎng)絡”，推動國民經濟的快速發(fā)展。

3 肩負的新時代使命

從早期的東方紅三號衛(wèi)星平臺，到如今具有世界領先水平的東方紅五號衛(wèi)星平臺，在短短幾十年時間里，研究院形成了東三、東四S、東四、東四增強型、東五平臺以及CAST系列小衛(wèi)星、微納衛(wèi)星平臺型譜，并面向未來開展了全電推進衛(wèi)星平臺的研制工作。

東五平臺是中國航天在新時期工程能力與發(fā)展水平的重要標志，將作為主流平臺有效滿足未來20年各類衛(wèi)星研制要求，有力提升中國航天、中國制造的國際影響力，為早日實現(xiàn)航天強國的偉大夢想作出新的更大貢獻。