東方紅五號：以“更大、更高、更強”領先國際

文/ 崔恩慧

▲ 長五遙三運載火箭發射實踐二十號衛星

通信衛星的發展水平代表著一個國家在航天科技領域的科技水平，也是一個國家綜合實力的重要體現。東方紅五號平臺的出現填補了該系列大型衛星平臺型譜的空白，可滿足中國近20年內大功率通信衛星的需求。作為我國新一代地球同步軌道大型衛星公用平臺，東五平臺注定要成為中國衛星研制歷史上又一座里程碑。

東方紅五號平臺的立項之路，走了整整十年。相比之前的“東方紅家族”，東五平臺衛星可謂更大、更高、更強，指標國際領先，具有“高承載、高功率、高熱耗、高控制精度”的特點，主要滿足未來5至15年內通信、微波遙感和光學遙感等載荷對衛星平臺的需求，使我國真正躋身國際一流通信衛星的“俱樂部”。

領跑國際市場

東方紅五號平臺的研制工作是從2008年中國空間技術研究院通信衛星事業部成立之初開始的。當時國際市場對東五平臺的需求很迫切，渴求大容量通信衛星的國內外市場用戶早就“盯”上了這個具有升級換代意義的衛星平臺。

我國東方紅系列衛星公用平臺及型譜化產品中，長期以來缺少大型衛星平臺，東五平臺的出現填補了這一空白。

2010年，中國空間技術研究院正式啟動對新一代通信衛星平臺的研制工作，并自籌經費進行先期技術攻關。

當時對東五的定位是：能夠適應新一代大型地球同步軌道通信衛星和對地觀測衛星等需求的全新大型衛星平臺，要能夠滿足未來更大容量、更大功率、更高承載能力、更長壽命、可拓展的通信衛星的研制需求。

此外，東五平臺還肩負著闖市場的時代使命。除了應用于傳統的通信衛星，該平臺還能適應微波遙感和光學遙感衛星的新需求。其推廣也被國家列入“一帶一路”的戰略規劃之中。

東方紅五號平臺、東方紅四號增強型平臺、東方紅三號B平臺、全電推平臺這四款主打產品一旦推向市場，將意味著我國的通信衛星在國際市場上從“跟隨者”變身為“領跑者”。

不僅如此，東五平臺還將引領我國航天器設計與制造相關領域的技術創新，帶動我國大型衛星公用平臺升級換代和能力跨越式提升，促進元器件、原材料和重大共性關鍵技術的突破，同時支撐民用空間基礎設施和航天裝備發展，形成參與國際商業衛星市場競爭的新優勢。

全面技術跨越

▲ 廠房里的實踐二十號衛星

▲ 珠海航展上展出的東方紅五號衛星平臺

▲ 衛星電推進研制

東五平臺設計技術指標先進，具有高承載、大功率、高散熱、長壽命等特點，采用了一系列新的設計理念和技術，能適應通信、遙感等多種載荷要求。它與目前世界最先進的Alphabus衛星平臺指標相當，部分指標甚至超過Alphabus。

從通信容量來說，作為未來寬帶大容量衛星的平臺，東五平臺每秒速度可達150千兆字節以上，容量將由目前的20G提高到300G。東四平臺轉發器僅有40多路，而東五平臺采取了全新的設計理念，將轉發器數量提高到多達100余路。

此外，寬帶大容量衛星應用的是多波束天線，對指向控制精度要求極高，指向一旦偏離，通信容易中斷。因此，東五平臺還采用了長壽命的新型半球諧振陀螺，使整星姿態控制精度可高達0.03度。

在東三、東四平臺模塊化研制理念基礎上，研制團隊進一步縮減研制成本和周期，對東五平臺進行了徹底的分艙模塊化設計。東五平臺和載荷艙的研制工作并行開展，互不干擾，研制完成后直接將接口電纜連接，組合為整星。

東五平臺的設備數量與前幾代平臺相比也大幅增加，這就造成了載荷艙發熱量飆升至9千瓦。按照東四平臺每平米艙板散熱量250瓦計算，東五平臺需要艙板面積將達36平米，面積過大難以實施。

針對這一問題，研制團隊一方面為東五平臺設計了雙面散熱的可展開熱輻射器，擴展其散熱面積；另一方面在載荷艙本體使用了泵驅單相流體回路，提升其散熱能力，也使整星結構更加緊湊。

為了突破大容量通信衛星的承載能力瓶頸，研制團隊在東五平臺上還應用了電推進器。與化學推進器相比，電推力器比沖高，推進劑消耗率低，不僅能有效節省衛星推進劑消耗量，還能延長其在軌服務壽命。

▲ 東方紅五號衛星平臺

使用電推力器后，東五平臺能夠承載的有效載荷重量為1500千克，是東四平臺的2.5倍、東三平臺的7.5倍；載荷功率為18千瓦，是東四平臺的3倍、東三平臺的9倍。

東四平臺在軌每年要消耗45千克推進劑，按在軌15年來算，推進劑共需約700千克。東五平臺采用大功率雙模式的電推進技術，每年耗費10千克氙氣，同樣在軌15年只需要150千克左右的氙氣，比沖卻能提高10倍以上。東三B平臺也采用了電推進技術，但是只應用在位置保持時。東五平臺更進一步，在由地球同步轉移軌道向地球靜止軌道轉換時，利用了化學推進和電推進混合變軌。

除了應用電推進技術，研制團隊對東五平臺的化學推進系統也進行了升級換代。貯箱由東四平臺的篩網式半管理貯箱變為板式全管理貯箱，使推進劑管理使用更加靈活；采用第3代490牛變軌發動機和10牛推力器，實現高比沖的同時兼顧沖量精準。

通信衛星的主承力結構一般都較高，但過高的身型易產生震動，會使相機力學環境變差。東五平臺載荷相機的口徑比哈勃望遠鏡還要大，因此“身高”必須降下來。

為此，研制團隊首次采用了全桁架結構設計，將主承力結構高度降為1.78米，比東四平臺還要矮一半多。桁架式主承力結構的研制是東五平臺開發成敗的關鍵之一。結構調整后，不僅保證了遙感相機的工作環境，也降低了平臺重量，使其達到整星起飛重量8噸的承載要求。

由于肩負闖市場的使命，東五平臺在便于用戶應用方面下足了功夫。東四衛星幾乎每周都需要地面人員進行授時、撤軌和位保。而基于東五平臺的衛星未來可以星上自動撤軌并制定位保策略。地面只在衛星有嚴重問題時才需糾偏。一般故障將會被衛星自行“消化”，并將“自愈”結果反饋給地面用戶。

實驗星驗證成功

2019年12月27日， 基于東方紅五號衛星公用平臺的首顆新技術試驗驗證衛星——實踐二十號衛星在我國海南文昌航天發射場由長征五號遙三火箭成功發射升空并進入預定軌道。它是我國研制的發射重量最重、技術含量最高的高軌衛星。

2020年1月5日上午，實踐二十號衛星成功定點在地球同步軌道，星上載荷陸續開通。這標志著我國目前重量最大、技術最先進的通信衛星具備了正式提供服務的能力。

作為東方紅五號衛星公用平臺首飛試驗星，實踐二十號衛星目前已完成轉移軌道變軌工作，對東五平臺的主要關鍵技術進行了驗證。

未來，實踐二十號衛星除將對東五平臺關鍵技術進行全面驗證外，還將對未來空間發展的新領域、新技術、新產品進行在軌驗證，不僅提升平臺技術成熟度，還將推動牽引以下一代高容量寬帶通信衛星為代表的型號立項工作。