浩—瀚天宇中的“歐洲之星”“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺發(fā)展簡述

王余濤（北京空間科技信息研究所）

自從首顆采用阿斯特留姆公司（Astrium）的“歐洲星”（Eurostar）衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星—國際移動衛(wèi)星－2（Inmarsat－2）于1990年10月30日發(fā)射以來，截至2010年11月，已有45顆采用“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星成功進(jìn)入地球靜止軌道，累計(jì)在軌服務(wù)時(shí)間超過370年。作為與歐洲“空間客車”（Spacebus）系列衛(wèi)星平臺齊名的“歐洲星”衛(wèi)星平臺，不僅孕育出了眾多具有歷史性意義的著名衛(wèi)星，并曾多次引領(lǐng)全球衛(wèi)星平臺技術(shù)發(fā)展的最新潮流，堪稱歐洲航天產(chǎn)業(yè)的一張名片，“歐洲之星”的名號可謂當(dāng)之無愧。如今，盡管歐洲已研制出了下一代衛(wèi)星平臺—“阿爾法平臺”（Alphabus），其首顆星也將于2013年發(fā)射，但“歐洲星”衛(wèi)星平臺仍活躍在國際商用衛(wèi)星市場的舞臺上，默默守衛(wèi)著歐洲衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)的半壁江山。

1 “星”之源起

1981年，為了挑戰(zhàn)美國衛(wèi)星制造商在全球通信衛(wèi)星市場中的統(tǒng)治地位，英國航空航天公司（British Aerospace）和法國馬特拉公司（Matra）合作設(shè)計(jì)了一款全新的通信衛(wèi)星平臺。2年之后，該衛(wèi)星平臺正式投入研制并被命名為歐洲星－1000。兩家公司為推廣“歐洲星”衛(wèi)星平臺而組建的國際衛(wèi)星通信公司（Satcom International）正是阿斯特留姆公司的前身。

歐洲星－1000衛(wèi)星平臺充分應(yīng)用了當(dāng)時(shí)歐洲最先進(jìn)的技術(shù)，采用了創(chuàng)新性的輕量化太陽電池翼設(shè)計(jì)和經(jīng)過改進(jìn)的更加平穩(wěn)的控制系統(tǒng)，具有高度模塊化和極為靈活的有效載荷適應(yīng)特性。除此之外，歐洲星－1000衛(wèi)星平臺還是全球第一個(gè)完全實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”的衛(wèi)星平臺。

1985年3月，國際移動衛(wèi)星公司（INMARSAT）與國際衛(wèi)星通信公司簽訂了3顆國際移動衛(wèi)星－2的制造合同，并附帶另外6顆衛(wèi)星的可選權(quán)，成為“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺的首位用戶。1990－1992年，4顆采用歐洲星－1000衛(wèi)星平臺的國際移動衛(wèi)星－2相繼發(fā)射升空。此后，隨著歐洲星－2000衛(wèi)星平臺的問世，歐洲星－1000衛(wèi)星平臺迅速退出歷史舞臺。

采用歐洲星－1000衛(wèi)星平臺的國際移動衛(wèi)星－2

與歐洲星－1000相比，歐洲星－2000衛(wèi)星平臺的發(fā)射質(zhì)量更大、可用功率更高，適用于更加大型的有效載荷。1988年，歐洲星－2000衛(wèi)星平臺成功獲得首份訂單—為法國政府制造4顆“電信”（Telecom）衛(wèi)星。1989年，西班牙衛(wèi)星（HISPASAT）公司的首顆衛(wèi)星選擇采用歐洲星－2000衛(wèi)星平臺，實(shí)現(xiàn)了“歐洲星”衛(wèi)星平臺的首次出口。

隨后，質(zhì)量更大、功率更高的歐洲星－2000+衛(wèi)星平臺投向市場，并獲得了巨大的商業(yè)成功。1996－2008年，全球共成功發(fā)射了12顆基于歐洲星－2000+衛(wèi)星平臺的通信衛(wèi)星。1996年11月21日發(fā)射的熱鳥－2（Hotbird－2）衛(wèi)星不僅是采用歐洲星－2000+衛(wèi)星平臺的首顆衛(wèi)星，同時(shí)也是當(dāng)時(shí)質(zhì)量最大、功率最高的電視廣播衛(wèi)星。

2 新“星”降臨

21世紀(jì)初，第三代“歐洲星”衛(wèi)星平臺—?dú)W洲星－3000橫空出世，成為新世紀(jì)的“歐洲之星”。從歐洲星－1000衛(wèi)星平臺誕生開始，“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺一貫秉持“可靠”和“創(chuàng)新”的基本原則，而歐洲星－3000衛(wèi)星平臺則又一次將這兩大原則推向了全新的高度。

歐洲星－3000衛(wèi)星平臺沿用了前兩代“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺的通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靈活的有效載荷適應(yīng)性，同時(shí)發(fā)射質(zhì)量和電源功率進(jìn)一步提高：最大有效載荷承載質(zhì)量達(dá)到850kg，最高有效載荷功率達(dá)到14kW，可同時(shí)支持超過100臺轉(zhuǎn)發(fā)器。

歐洲星－3000衛(wèi)星平臺主體為箱式鋁制結(jié)構(gòu)，有效載荷安裝在南、北面板和對地板內(nèi)側(cè)，天線安裝在東、西面板上。衛(wèi)星平臺南、北面板外側(cè)各裝有由4或5塊砷化鎵（GaAs）電池板組成的太陽電池翼。歐洲星－3000衛(wèi)星平臺是全球率先采用鋰離子蓄電池的商用衛(wèi)星平臺，其配備的由塞福特（Saft）公司生產(chǎn)的2個(gè)鋰離子蓄電池組可提供231～462A·h的容量。電源功率的全面提升使得歐洲星－3000衛(wèi)星平臺全面支持等離子/離子推進(jìn)器，其標(biāo)準(zhǔn)配置的南北位置保持推進(jìn)器采用了穩(wěn)態(tài)等離子推力器（SPT－100）。

“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺作為標(biāo)準(zhǔn)化的通用衛(wèi)星平臺，能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行修改和演變也是其主要特色之一。隨著用戶群體的逐步擴(kuò)大，歐洲星－3000衛(wèi)星平臺也陸續(xù)衍生出了眾多改進(jìn)型號，例如：專門針對地球靜止軌道移動通信衛(wèi)星的歐洲星－3000GM衛(wèi)星平臺以及為英國國防部的天網(wǎng)－5（Skynet－5）軍用通信衛(wèi)星量身打造的歐洲星－3000S輕衛(wèi)星平臺等。

3 眾“星”閃耀

作為“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺的最新成員，歐洲星－3000衛(wèi)星平臺取得的成就遠(yuǎn)超過前兩代。阿斯特留姆公司公布的官方數(shù)據(jù)顯示，截至2010年10月底，該公司已獲得35顆歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星制造訂單。另據(jù)航升公司（Ascend）統(tǒng)計(jì)，截至2012年4月底，全球共發(fā)射了28顆基于歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星。

采用歐洲星－2000+衛(wèi)星平臺的熱鳥－7衛(wèi)星

目前，采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的在軌衛(wèi)星以地球靜止軌道通信衛(wèi)星為主，基本上全面覆蓋了固定通信衛(wèi)星、移動通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星、寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星等各類通信衛(wèi)星，同時(shí)也包括韓國的“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”（COMS）對地觀測衛(wèi)星。其中不乏既具有一定的代表性，又能夠充分體現(xiàn)歐洲星－3000衛(wèi)星平臺技術(shù)水平的“重量級”衛(wèi)星，以下選取幾顆采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星加以簡要介紹。

國際移動衛(wèi)星－4

國際移動衛(wèi)星公司的第四代衛(wèi)星星座由3顆位于地球靜止軌道的國際移動衛(wèi)星－4組成，前兩顆國際移動衛(wèi)星－4于2005年發(fā)射，第三顆于2008年發(fā)射。

國際移動衛(wèi)星－4星座是國際移動衛(wèi)星公司目前最主要的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)也是“寬帶全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”（BGAN）陸地業(yè)務(wù)、“艦隊(duì)寬帶”（FleetBroadband）海事業(yè)務(wù)以及“迅捷寬帶”（SwiftBroadband）航空業(yè)務(wù)的核心。其中，“寬帶全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”是全球第一個(gè)能夠同時(shí)提供話音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的移動通信業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)率最高可達(dá)492kbit/s。

歐洲星－3000、3000S衛(wèi)星平臺主要技術(shù)指標(biāo)

采用歐洲星－3000GM衛(wèi)星平臺的國際移動衛(wèi)星－4

國際移動衛(wèi)星－4采用歐洲星－3000GM衛(wèi)星平臺，外型尺寸為7m×2.9m×2.3m，發(fā)射質(zhì)量約5950kg，設(shè)計(jì)壽命10年。國際移動衛(wèi)星－4的太陽電池翼翼展可達(dá)到45m，能夠生成14kW的功率，其天線系統(tǒng)包括1副由120個(gè)螺旋饋源組成的陣列天線和1個(gè)直徑9m的大型反射器。每顆國際移動衛(wèi)星－4可以生成19個(gè)寬波束和超過200個(gè)窄點(diǎn)波束，并能夠根據(jù)不同地區(qū)的業(yè)務(wù)流量需求動態(tài)調(diào)整波束位置。此外，國際移動衛(wèi)星－4還有數(shù)字信號處理器，能夠在星上實(shí)現(xiàn)天線控制、波束成型和通道分配等功能。

Ka頻段衛(wèi)星－9A

歐洲通信衛(wèi)星公司（EUTELSAT）的Ka頻段衛(wèi)星－9A（Ka-Sat－9A）原名為“Ka頻段衛(wèi)星”（Ka-Sat），是歐洲首顆“高吞吐量衛(wèi)星”（HTS），也是至今為止采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的最大的衛(wèi)星。

2010年12月26日發(fā)射的Ka頻段衛(wèi)星－9A定位于9°（E），主要用于提供“雙向”（Tooway）衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，同時(shí)也部分用于專用網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星新聞采集和“機(jī)器對機(jī)器”（M2M）服務(wù)等其他業(yè)務(wù)。在2011年5月正式投入使用后，該衛(wèi)星在衛(wèi)訊公司（VIASAT）的“沖浪波束”（SurfBeam）地面技術(shù)配合下，屢次刷新全球衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)的最高速率記錄。目前，Ka頻段衛(wèi)星－9A的“雙向”業(yè)務(wù)仍是全球唯一能夠提供下行最高18Mbit/s、上行最高6Mbit/s速率的衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)。

Ka頻段衛(wèi)星－9A采用歐洲星－3000標(biāo)準(zhǔn)型衛(wèi)星平臺，發(fā)射質(zhì)量約6150kg，有效載荷功率超過11kW，設(shè)計(jì)壽命15年。該衛(wèi)星具有4副多饋源可展開天線和高精度指向系統(tǒng)，可生成82個(gè)Ka頻段窄點(diǎn)波束，整星容量超過70Gbit/s。此外，Ka頻段衛(wèi)星－9A各波束間的頻率復(fù)用高達(dá)20次，彼此不相鄰的波束可以使用相同的頻率而不會相互干擾。

裝有4副多饋源天線的Ka頻段衛(wèi)星－9A采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺

“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”

由阿斯特留姆公司為韓國航空宇宙研究院（KARI）研制的“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”于2010年6月26日發(fā)射。該衛(wèi)星不僅是韓國首顆地球靜止軌道多功能衛(wèi)星、首顆由歐洲制造的地球靜止軌道高分辨率和多任務(wù)對地觀測衛(wèi)星，同時(shí)也是目前唯一采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的非專用通信衛(wèi)星。正如其名稱所述，“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”攜帶有氣象應(yīng)用、海洋觀測和通信有效載荷，可以同時(shí)提供氣象數(shù)據(jù)、朝鮮半島附近的海洋數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)性的Ka頻段寬帶和多媒體通信業(yè)務(wù)。

采用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”是阿斯特留姆公司進(jìn)軍高軌道對地觀測衛(wèi)星市場的一次成功嘗試

技術(shù)人員根據(jù)“通信、海洋與氣象衛(wèi)星”任務(wù)要求對歐洲星－3000衛(wèi)星平臺進(jìn)行了修改，包括采用單太陽電池翼設(shè)計(jì)、增加了纖維光學(xué)陀螺和有效載荷管理系統(tǒng)等。衛(wèi)星外型尺寸為2m×2.4m×3m，發(fā)射質(zhì)量約2500kg，有效載荷質(zhì)量320kg，壽命末期功率2.5kW，設(shè)計(jì)壽命10年。

2012年3月，阿斯特留姆公司又與俄羅斯衛(wèi)星通信公司（RSCC）簽訂了2顆基于歐洲星－3000衛(wèi)星平臺的通信衛(wèi)星制造合同。

可以預(yù)見，未來仍將有更多的衛(wèi)星選用歐洲星－3000衛(wèi)星平臺，不同用戶的差異化需求也將不斷對“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺提出新的要求，并為其注入新的活力。但不論“歐洲星”系列衛(wèi)星平臺還將經(jīng)歷怎樣的發(fā)展和演變，“可靠”和“創(chuàng)新”仍將是其始終不變的前進(jìn)方向，“歐洲之星”必將在深邃的太空中散發(fā)出更加耀眼的光芒。