從實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星看東五平臺(tái)科技創(chuàng)新——

讓“東方紅”永亮星海

幾天前，我國(guó)研制的發(fā)射重量最重、技術(shù)含量最高的高軌衛(wèi)星實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星成功定點(diǎn)。這顆由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院(中國(guó)空間技術(shù)研究院)抓總研制的衛(wèi)星，是我國(guó)自主研發(fā)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星平臺(tái)——東方紅五號(hào)衛(wèi)星公用平臺(tái)首飛試驗(yàn)星。成功定點(diǎn)標(biāo)志著東五平臺(tái)驗(yàn)證取得重大突破，同時(shí)意味著我國(guó)正躋身國(guó)際一流通信衛(wèi)星俱樂(lè)部。

通信衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于國(guó)際、國(guó)內(nèi)或區(qū)域通信、海事通信、電視廣播等領(lǐng)域。1970年4月，東方紅一號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射成功，振奮了中華民族的信心。50年來(lái)，航天五院人樹(shù)立了“要研制出中國(guó)自己的通信衛(wèi)星”的堅(jiān)定信念，踏上了追趕世界先進(jìn)水平的征程。

“與我國(guó)現(xiàn)役主力產(chǎn)品東三、東四平臺(tái)相比，東五平臺(tái)重量、功率、在軌壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)上又有了跨越式提升，將填補(bǔ)我國(guó)大型衛(wèi)星平臺(tái)型譜的空白，可滿足未來(lái)20年的大容量衛(wèi)星應(yīng)用需求?！焙教煳逶嚎偣こ處煛?shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星總指揮、東五平臺(tái)總指揮周志成院士表示。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星有哪些亮點(diǎn)，技術(shù)上又有哪些創(chuàng)新？記者采訪了航天五院相關(guān)專(zhuān)家，解讀東五平臺(tái)背后的故事。

實(shí)踐二十號(hào)太空展“絕活兒”

實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星自2019年12月27日發(fā)射成功后，短短幾天內(nèi)完成一系列“高難度”動(dòng)作，并開(kāi)展一系列新技術(shù)在軌試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了重要試驗(yàn)成果。其中，最搶眼的動(dòng)作莫過(guò)于太陽(yáng)翼展開(kāi)——我國(guó)面積最大、展開(kāi)方式最復(fù)雜太陽(yáng)翼完成了“一次展開(kāi)和二次二維展開(kāi)”動(dòng)作。

記者注意到，與通常高軌衛(wèi)星的“一”字形太陽(yáng)翼不同，實(shí)踐二十號(hào)的太陽(yáng)翼展開(kāi)是“十”字形。

資料顯示，這副巨型太陽(yáng)翼比波音737飛機(jī)的翼展還要寬上10米。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)“繃弦式”太陽(yáng)翼，它的機(jī)電部分重量比由以往型號(hào)的1:1下降至1:2，雖然外形巨大，動(dòng)作卻“身輕如燕”。

當(dāng)火箭將衛(wèi)星發(fā)射入軌后，不需要太多的能源，因此太陽(yáng)翼第一次只展開(kāi)一小部分；當(dāng)衛(wèi)星在太空飛行約一周后，太陽(yáng)翼在3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道進(jìn)行二次展開(kāi)。全部展開(kāi)后，太陽(yáng)翼面積大大增加，就能帶來(lái)源源不斷的超強(qiáng)電流供給，提供更多服務(wù)。

很多人把太陽(yáng)翼比作衛(wèi)星的“翅膀”，不過(guò)它的作用不是用來(lái)飛行，而是為衛(wèi)星提供能源。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的太陽(yáng)翼雖然不能像翅膀一樣上下?lián)]舞，但能低速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證始終朝向太陽(yáng)，從而最大限度地獲取太陽(yáng)能。而帶動(dòng)太陽(yáng)翼轉(zhuǎn)動(dòng)的則是一個(gè)“小關(guān)節(jié)”——太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

別看太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)個(gè)頭嬌小，卻是一個(gè)耐冷耐熱耐沖擊的“大力士”，它能輕輕松松承受巨型太陽(yáng)翼展開(kāi)帶來(lái)的沖擊載荷，驅(qū)動(dòng)百來(lái)斤的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)也不在話下。

“目前衛(wèi)星已完成轉(zhuǎn)移軌道變軌工作?！焙教煳逶簩?shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師李峰介紹，東五平臺(tái)首飛取得成功，這對(duì)提升新技術(shù)成熟度、促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用、進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

多項(xiàng)試驗(yàn)為國(guó)際或國(guó)內(nèi)首次

“以‘實(shí)踐’命名衛(wèi)星，就是對(duì)該星所承擔(dān)的探索意義的最好詮釋。”實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星總指揮周志成介紹，實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星重達(dá)8噸，是目前我國(guó)研制的發(fā)射重量最重的衛(wèi)星，也是目前中國(guó)技術(shù)含金量最高的通信衛(wèi)星。衛(wèi)星首要任務(wù)是驗(yàn)證東五平臺(tái)的技術(shù)穩(wěn)定性，由于搭載了十多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的“前沿性、戰(zhàn)略性”技術(shù)驗(yàn)證載荷，也兼具新技術(shù)驗(yàn)證的使命。

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……這些技術(shù)驗(yàn)證載荷中，多項(xiàng)為國(guó)際或國(guó)內(nèi)首次。

以五院514所承擔(dān)的我國(guó)首次標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池空間標(biāo)定試驗(yàn)為例，這使我國(guó)成為繼美國(guó)之后，第二個(gè)具備空間太陽(yáng)電池衛(wèi)星搭載標(biāo)定能力的國(guó)家。

據(jù)介紹，實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星將首次完成5.5GHz帶寬Q/V頻段星地通信試驗(yàn)，為當(dāng)前靜止軌道通信衛(wèi)星用頻空間開(kāi)辟了新的領(lǐng)域；首次開(kāi)展高軌相干體制激光通信試驗(yàn)，相對(duì)直接探測(cè)體制，靈敏度更高、速率更快、抗干擾能力更強(qiáng)，最高速率達(dá)10Gbps，刷新了靜止軌道激光通信速率新指標(biāo)。

航天五院有關(guān)專(zhuān)家表示，實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星定點(diǎn)成功后還將開(kāi)展實(shí)用化的在軌測(cè)試工作，進(jìn)一步驗(yàn)證東五平臺(tái)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。面對(duì)廣闊的需求，服務(wù)于國(guó)家“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略，中國(guó)也將依托東五平臺(tái)，研制若干顆100G至1T容量的通信衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國(guó)家及周邊地區(qū)。

東五平臺(tái)滿足未來(lái)20年需求

衛(wèi)星的應(yīng)用性能，往往都是通過(guò)在一個(gè)公用平臺(tái)上加載不同功能的載荷實(shí)現(xiàn)。目前，世界上許多國(guó)家都采取衛(wèi)星公用平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，平臺(tái)只需做少量的適應(yīng)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(jīng)費(fèi)，提高衛(wèi)星可靠性。

李峰比喻說(shuō)，從某種程度上講，衛(wèi)星公用平臺(tái)好比公共汽車(chē)，通過(guò)搭載不同的乘客(載荷)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的應(yīng)用性能。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)形成了以東方紅三號(hào)、東方紅四號(hào)等為代表的東方紅系列衛(wèi)星公用平臺(tái)及型譜化產(chǎn)品。近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)不斷加速，對(duì)我國(guó)通信衛(wèi)星性能跨越的需求越來(lái)越迫切。

“研制東五平臺(tái)的初衷就是我國(guó)需要高通量的通信衛(wèi)星。”周志成說(shuō)。

據(jù)了解，東方紅五號(hào)平臺(tái)是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星平臺(tái)。按照設(shè)計(jì)指標(biāo)，基于東五平臺(tái)的衛(wèi)星起飛重量可達(dá)8000-9000千克，載荷承載能力可達(dá)1500-1800千克；整星功率28千瓦以上，提供載荷功率達(dá)18千瓦；載荷艙的散熱能力達(dá)9千瓦；設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá)16年。

這些指標(biāo)意味著，相比東三、東四等現(xiàn)役衛(wèi)星平臺(tái)，東五平臺(tái)更大、更高、更強(qiáng)，具有“高承載、高功率、高熱耗、高控制精度”的特點(diǎn)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。東五平臺(tái)的出現(xiàn)將填補(bǔ)東方紅系列大型衛(wèi)星平臺(tái)型譜的空白，可滿足中國(guó)近20年內(nèi)高通量通信衛(wèi)星的需求。

此外，東五平臺(tái)還創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了智能化自主運(yùn)行管理，從而有效提升衛(wèi)星的好用、易用性；通過(guò)分艙模塊化設(shè)計(jì)和數(shù)字化研制模式，大幅縮短研制周期，有效提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。

航天五院實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星產(chǎn)保經(jīng)理郝燕艷介紹，東五平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于高軌通信、微波遙感、光學(xué)遙感、空間科學(xué)探測(cè)、科學(xué)試驗(yàn)、在軌服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，是世界航天領(lǐng)域少有的多適應(yīng)性平臺(tái)。在助力國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，給人民生活帶來(lái)更多便利的同時(shí)，也能在技術(shù)推動(dòng)、商業(yè)航天市場(chǎng)拓展等領(lǐng)域有更大的作為。

實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著東五平臺(tái)成熟度向前邁進(jìn)了一步，為東五平臺(tái)的全面推廣與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。面向未來(lái)，以寬帶通信衛(wèi)星為代表的新興業(yè)務(wù)需求日益迫切。

“如果說(shuō)東四平臺(tái)讓我們具備了和國(guó)際同行同臺(tái)競(jìng)技的實(shí)力，那么到了東五平臺(tái)這里，我們就能實(shí)現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變?！敝苤境勺院赖卣f(shuō)，在強(qiáng)手如林的國(guó)際航天市場(chǎng)上，中國(guó)的衛(wèi)星公用平臺(tái)牢牢占據(jù)一席之地。(郭兆煒 孔曉燕 本報(bào)記者 姜永斌)