從實踐二十號衛(wèi)星看東五平臺科技創(chuàng)新——

讓“東方紅”永亮星海

幾天前，我國研制的發(fā)射重量最重、技術含量最高的高軌衛(wèi)星實踐二十號衛(wèi)星成功定點。這顆由中國航天科技集團有限公司五院(中國空間技術研究院)抓總研制的衛(wèi)星，是我國自主研發(fā)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星平臺——東方紅五號衛(wèi)星公用平臺首飛試驗星。成功定點標志著東五平臺驗證取得重大突破，同時意味著我國正躋身國際一流通信衛(wèi)星俱樂部。

通信衛(wèi)星廣泛應用于國際、國內或區(qū)域通信、海事通信、電視廣播等領域。1970年4月，東方紅一號衛(wèi)星的發(fā)射成功，振奮了中華民族的信心。50年來，航天五院人樹立了“要研制出中國自己的通信衛(wèi)星”的堅定信念，踏上了追趕世界先進水平的征程。

“與我國現(xiàn)役主力產(chǎn)品東三、東四平臺相比，東五平臺重量、功率、在軌壽命等關鍵性能指標上又有了跨越式提升，將填補我國大型衛(wèi)星平臺型譜的空白，可滿足未來20年的大容量衛(wèi)星應用需求。”航天五院總工程師、實踐二十號衛(wèi)星總指揮、東五平臺總指揮周志成院士表示。實踐二十號衛(wèi)星有哪些亮點，技術上又有哪些創(chuàng)新？記者采訪了航天五院相關專家，解讀東五平臺背后的故事。

實踐二十號太空展“絕活兒”

實踐二十號衛(wèi)星自2019年12月27日發(fā)射成功后，短短幾天內完成一系列“高難度”動作，并開展一系列新技術在軌試驗驗證，取得了重要試驗成果。其中，最搶眼的動作莫過于太陽翼展開——我國面積最大、展開方式最復雜太陽翼完成了“一次展開和二次二維展開”動作。

記者注意到，與通常高軌衛(wèi)星的“一”字形太陽翼不同，實踐二十號的太陽翼展開是“十”字形。

資料顯示，這副巨型太陽翼比波音737飛機的翼展還要寬上10米。作為國內首個“繃弦式”太陽翼，它的機電部分重量比由以往型號的1:1下降至1:2，雖然外形巨大，動作卻“身輕如燕”。

當火箭將衛(wèi)星發(fā)射入軌后，不需要太多的能源，因此太陽翼第一次只展開一小部分；當衛(wèi)星在太空飛行約一周后，太陽翼在3.6萬公里的地球同步軌道進行二次展開。全部展開后，太陽翼面積大大增加，就能帶來源源不斷的超強電流供給，提供更多服務。

很多人把太陽翼比作衛(wèi)星的“翅膀”，不過它的作用不是用來飛行，而是為衛(wèi)星提供能源。實踐二十號衛(wèi)星的太陽翼雖然不能像翅膀一樣上下?lián)]舞，但能低速轉動，保證始終朝向太陽，從而最大限度地獲取太陽能。而帶動太陽翼轉動的則是一個“小關節(jié)”——太陽翼驅動機構。

別看太陽翼驅動機構個頭嬌小，卻是一個耐冷耐熱耐沖擊的“大力士”，它能輕輕松松承受巨型太陽翼展開帶來的沖擊載荷，驅動百來斤的質量轉動也不在話下。

“目前衛(wèi)星已完成轉移軌道變軌工作。”航天五院實踐二十號衛(wèi)星總設計師李峰介紹，東五平臺首飛取得成功，這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。

多項試驗為國際或國內首次

“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。”實踐二十號衛(wèi)星總指揮周志成介紹，實踐二十號衛(wèi)星重達8噸，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通信衛(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“前沿性、戰(zhàn)略性”技術驗證載荷，也兼具新技術驗證的使命。

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……這些技術驗證載荷中，多項為國際或國內首次。

以五院514所承擔的我國首次標準太陽電池空間標定試驗為例，這使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。

據(jù)介紹，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10Gbps，刷新了靜止軌道激光通信速率新指標。

航天五院有關專家表示，實踐二十號衛(wèi)星定點成功后還將開展實用化的在軌測試工作，進一步驗證東五平臺各項關鍵技術。面對廣闊的需求，服務于國家“寬帶中國”戰(zhàn)略，中國也將依托東五平臺，研制若干顆100G至1T容量的通信衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國家及周邊地區(qū)。

東五平臺滿足未來20年需求

衛(wèi)星的應用性能，往往都是通過在一個公用平臺上加載不同功能的載荷實現(xiàn)。目前，世界上許多國家都采取衛(wèi)星公用平臺的設計方法，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(jīng)費，提高衛(wèi)星可靠性。

李峰比喻說，從某種程度上講，衛(wèi)星公用平臺好比公共汽車，通過搭載不同的乘客(載荷)，實現(xiàn)衛(wèi)星的應用性能。

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。近年來，國民經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提升和國防現(xiàn)代化建設不斷加速，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。”周志成說。

據(jù)了解，東方紅五號平臺是我國自主開發(fā)的新一代大型地球同步軌道衛(wèi)星平臺。按照設計指標，基于東五平臺的衛(wèi)星起飛重量可達8000-9000千克，載荷承載能力可達1500-1800千克；整星功率28千瓦以上，提供載荷功率達18千瓦；載荷艙的散熱能力達9千瓦；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。

此外，東五平臺還創(chuàng)新設計理念，實現(xiàn)了智能化自主運行管理，從而有效提升衛(wèi)星的好用、易用性；通過分艙模塊化設計和數(shù)字化研制模式，大幅縮短研制周期，有效提高了設計生產(chǎn)效率。

航天五院實踐二十號衛(wèi)星產(chǎn)保經(jīng)理郝燕艷介紹，東五平臺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(jīng)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。

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。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。

“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。”周志成自豪地說，在強手如林的國際航天市場上，中國的衛(wèi)星公用平臺牢牢占據(jù)一席之地。(郭兆煒 孔曉燕 本報記者 姜永斌)