最美的顏色是“東方紅”
——全新大型東方紅五號平臺首飛成功

孔曉燕 （中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部）

莊茜倩/攝

2019年12月27日，實(shí)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(yùn)載火箭成功發(fā)射。2020年1月5日，衛(wèi)星經(jīng)過7次變軌，成功定點(diǎn)于地球同步軌道東經(jīng)115.5°。該衛(wèi)星是由中國空間技術(shù)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(yàn)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(jìn)行全面在軌驗(yàn)證，對提升新技術(shù)成熟度、促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用、進(jìn)一步推動我國航天技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

東五平臺能力目前已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，可滿足我國未來20年的大容量衛(wèi)星應(yīng)用需求。從無到有，從落后到領(lǐng)先，從服務(wù)國內(nèi)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(gè)世紀(jì)的攻堅(jiān)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(shè)想成為現(xiàn)實(shí)，中國成為世界上第五個(gè)能夠獨(dú)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(biāo)。20世紀(jì)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(jiān)定信念，開始了研制東方紅二號衛(wèi)星的艱苦攻關(guān)。研制早期，設(shè)備簡陋，生活艱苦。然而，任何困難都打不倒一心報(bào)國的航天人，歷經(jīng)9年攻堅(jiān)克難，他們最終掌握了通信衛(wèi)星研制技術(shù)。1984年4月8日，東方紅二號試驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成功，使中國躋身世界上第五個(gè)能夠獨(dú)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(shí)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(lǐng)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(yàn)性質(zhì)，在轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、轉(zhuǎn)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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。到20世紀(jì)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(nèi)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(yīng)急。面對“外星”即將大量進(jìn)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(jiān)定地選擇制造與國際先進(jìn)水平并肩的“中國星”。

讓世界見證“中國造”

從20世紀(jì)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(jīng)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(zhǔn)當(dāng)時(shí)國際上的先進(jìn)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(shù)，其余70%～80%的新技術(shù)都要進(jìn)行自主攻關(guān)，這在世界航天史上也很罕見。在長達(dá)10年的技術(shù)攻關(guān)中，我們研制隊(duì)伍先后解決了上百個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，啃下了十余項(xiàng)“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(shù)上實(shí)現(xiàn)了跨越，但在10年研制過程中，世界通信衛(wèi)星技術(shù)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(tuán)隊(duì)，直接瞄準(zhǔn)20世紀(jì)90年代末的國際先進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(nèi)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(duì)伍一邊集智攻關(guān)，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(guān)鍵技術(shù)發(fā)起沖擊，一邊組建隊(duì)伍積極參與全球通信衛(wèi)星競標(biāo)。在2004年11月激烈的國際競標(biāo)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(gè)月”時(shí)限內(nèi)完成了衛(wèi)星研制任務(wù)，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(qiáng)型平臺的通信衛(wèi)星成功發(fā)射，不僅徹底扭轉(zhuǎn)了我國廣播電視領(lǐng)域“長期依賴進(jìn)口衛(wèi)星、使用受制于人”的被動局面，同時(shí)在世界舞臺上打響了“和平利用太空資源、積極履行大國擔(dān)當(dāng)”的中國品牌！

實(shí)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(tuán)隊(duì)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(jìn)的東方紅五號大型衛(wèi)星公用平臺。東五轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量可達(dá)120余路，整星質(zhì)量可達(dá)7～9t，通信能力可達(dá)120G甚至1T，是東四平臺能力的好幾倍。

歷經(jīng)6年艱苦攻關(guān)，研究院先后突破了數(shù)字化多學(xué)科總體設(shè)計(jì)、高承載多適應(yīng)桁架結(jié)構(gòu)、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(xué)與控制、大推力多模式電推進(jìn)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，實(shí)踐二十號衛(wèi)星發(fā)射成功，將帶領(lǐng)我國高軌通信衛(wèi)星的能力與水平進(jìn)入領(lǐng)先世界的新時(shí)代。

2 東五平臺—“東方紅”新的篇章

實(shí)踐二十號衛(wèi)星質(zhì)量達(dá)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(shù)含金量最高的衛(wèi)星，衛(wèi)星首要任務(wù)是驗(yàn)證東五平臺的技術(shù)穩(wěn)定性，由于搭載了十多項(xiàng)國際領(lǐng)先的技術(shù)驗(yàn)證載荷，因此也兼具新技術(shù)驗(yàn)證的使命。以“實(shí)踐”命名衛(wèi)星，就是對該星所承擔(dān)的探索意義的最好詮釋。

加快我國通信衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展

通信衛(wèi)星，顧名思義，就是幫人們實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)男l(wèi)星，是當(dāng)前信息社會的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、信道質(zhì)量高、通信容量大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國際、國內(nèi)或區(qū)域通信、海事通信、電視廣播等領(lǐng)域。

為了更好地發(fā)揮實(shí)踐二十號衛(wèi)星的在軌驗(yàn)證效能，瞄準(zhǔn)航天未來發(fā)展需求，我們從全國收集的眾多搭載試驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)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(xiàng)國際領(lǐng)先的“前沿性、戰(zhàn)略性”技術(shù)試驗(yàn)載荷，其中多項(xiàng)為國際或國內(nèi)首次。

實(shí)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(chǔ)；首次開展基于形狀聚合物可展結(jié)構(gòu)的在軌試驗(yàn)，驗(yàn)證形狀記憶復(fù)合材料的可控主動變形性能，為空間大型可變結(jié)構(gòu)的研制提供新途徑。

科研人員與東五平臺合影（徐鄭勤/攝）

實(shí)踐二十號衛(wèi)星在軌示意圖

實(shí)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(yàn)，為當(dāng)前靜止軌道通信衛(wèi)星用頻空間開辟了新的領(lǐng)域；首次開展高軌相干體制激光通信試驗(yàn)，相對直接探測體制，靈敏度更高、速率更快、抗干擾能力更強(qiáng)，最高速率達(dá)10Gbit/s，刷新了靜止軌道激光通信速率新指標(biāo)。

其中，研究院還承擔(dān)了我國首次標(biāo)準(zhǔn)太陽電池空間標(biāo)定試驗(yàn)，我國成為繼美國之后，第二個(gè)具備空間太陽電池衛(wèi)星搭載標(biāo)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(shè)計(jì)方法，公用衛(wèi)星平臺只需做少量的適應(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。

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(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升和國防現(xiàn)代化建設(shè)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(shè)計(jì)指標(biāo)，基于東五平臺的衛(wèi)星起飛質(zhì)量可達(dá)8～9t，載荷承載能力可達(dá)1.5～1.8t；整星功率28kW以上，提供載荷功率達(dá)18kW；載荷艙的散熱能力達(dá)9kW；設(shè)計(jì)壽命長達(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，東五平臺更大、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)到國際領(lǐng)先水平。東五平臺的出現(xiàn)將填補(bǔ)“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(nèi)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(qiáng)的能力和全新的設(shè)計(jì)理念，東五平臺的應(yīng)用前景廣闊，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、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，在助力國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，給人民生活帶來更多便利的同時(shí)，也能在技術(shù)推動、商業(yè)航天市場拓展等領(lǐng)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(shí)力，那么到了東五平臺這里，我們就能實(shí)現(xiàn)從跟跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。我們就能自豪地說，在強(qiáng)手如林的國際航天市場上，我們占領(lǐng)了一席之地。”

加快推動通信衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展

實(shí)踐二十號衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著東五平臺成熟度向前邁進(jìn)了一步，為東五平臺的全面推廣與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。尤其在當(dāng)下，商業(yè)化衛(wèi)星直播、應(yīng)急通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)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(chǎn)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(wù)需求日益迫切。

面對廣闊的需求藍(lán)海，服務(wù)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(luò)”，推動國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

3 肩負(fù)的新時(shí)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(lǐng)先水平的東方紅五號衛(wèi)星平臺，在短短幾十年時(shí)間里，研究院形成了東三、東四S、東四、東四增強(qiáng)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(jìn)衛(wèi)星平臺的研制工作。

東五平臺是中國航天在新時(shí)期工程能力與發(fā)展水平的重要標(biāo)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(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國的偉大夢想作出新的更大貢獻(xiàn)。