國外商業通信衛星平臺可靠性分析

劉豪（北京空間科技信息研究所）

進入21世紀以來，通信衛星技術高速發展，大容量、高功率、長壽命、高可靠的通信衛星是當前全球商業通信衛星領域發展的主流。通信衛星平臺的可靠性已成為衛星運營商、衛星制造商以及航天保險人和經紀人所關注的焦點。商業通信衛星平臺的可靠性通常用衛星故障率、保險損失率等指標來衡量。2004年左右，國外咨詢機構對商業通信衛星平臺的可靠性進行了研究，認為美國洛馬公司的A2100衛星平臺是全球可靠性最高的衛星平臺。而今，上述結論似乎已經成為歷史，研究表明，歐洲星－3000（Eurostar－3000）衛星平臺已成為目前全球可靠性最高的衛星平臺。

1 國際市場主要通信衛星平臺及其應用情況

自1989年6月5日發射超鳥－A（Superbird－A）衛星以來，截止到2012年1月1日，采用勞拉公司的LS－1300衛星平臺的衛星共發射了83顆，年均發射數量達到3.6顆。其中，采用LS－1300基本型衛星平臺的衛星已發射63顆，采用LS－1300S擴展型衛星平臺的衛星2003年進行了首次發射，迄今已發射了20顆衛星。

采用歐洲星－3000衛星平臺的首顆衛星—歐洲的W3A于2004年3月15日發射，雖然該衛星平臺投入市場較晚，但取得了不俗的業績，迄今共應用于27顆上天的衛星，年均發射3.4顆。

A2100平臺憑借洛馬公司在武器裝備研制領域的良好信譽，自用于1996年9月8日發射的美國通信－1（AMC－1）衛星以來，共應用于43顆衛星，年均發射2.7顆。

軌道科學公司的星－2（Star－2）衛星平臺自用于2002年7月5日發射的N-星c（N-STAR c）衛星起，共發射了22顆衛星，年均發射2.2顆。

泰雷茲-阿萊尼亞公司的空間客車－4000（Spacebus－4000）衛星平臺自用于2002年11月25日首發衛星以來，共發射20顆衛星，年均發射2.0顆。

波音公司的BSS－702衛星平臺自用于1999年12月22日首發衛星以來，共發射23顆衛星，年均發射1.8顆。

采用歐洲星－3000衛星平臺的W3A衛星

主要通信衛星平臺承載能力

2 采用主要衛星平臺的衛星故障統計分析

采用LS－1300衛星平臺的衛星共發生過150次故障，涉及38顆衛星，故障率為45.8%，平均每顆衛星的故障數為1.81次。其中，測控分系統故障10次，姿軌控分系統故障24次，供配電分系統故障56次，推進分系統故障15次，有效載荷分系統故障32次，運載火箭導致的故障4次；Ⅰ類故障10次，Ⅱ類故障69次（I類故障指導致航天器全損或任務失敗的重大故障；II類故障指導致航天器部分功能喪失或壽命顯著減少的重要故障；Ⅲ類故障指通過分系統功能重組或使用冗余設備，可維持航天器正常運行的故障；Ⅳ類故障指可恢復的輕度故障）。

采用LS－1300衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用A2100衛星平臺的衛星共發生過48次故障，涉及22顆衛星，故障率為51.2%，平均每顆衛星的故障數為1.12次。其中，供配電分系統故障20次，有效載荷分系統故障19次，推進分系統故障3次，運載火箭導致的故障2次；Ⅰ類故障3次，Ⅱ類故障32次。

采用A2100衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用BSS－702衛星平臺的衛星共發生過20次故障，涉及12顆衛星，故障率為52.2%，平均每顆衛星的故障數為0.87次。其中，供配電分系統故障6次，測控、推進和有效載荷分系統故障各4次，運載火箭導致的故障1次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障12次。

采用BSS－702衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用主要衛星平臺的衛星故障統計

采用星－2衛星平臺的衛星共發生過6次故障，涉及4顆衛星，故障率為18.2%，平均每顆衛星的故障數為0.27次。其中，測控分系統故障2次，有效載荷分系統故障4次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障5次。

采用星－2衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用歐洲星－3000衛星平臺的衛星共發生過7次故障，涉及6顆衛星，故障率為22.2%，平均每顆衛星的故障數為0.26次。其中，姿軌控、供配電和推進分系統故障各1次，有效載荷分系統故障2次，運載火箭導致的故障1次，未知原因故障1次；Ⅰ類故障1次，Ⅱ類故障5次。

采用歐洲星－3000衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用空間客車－4000衛星平臺的衛星共發生過10次故障，涉及9顆衛星，故障率為45%，平均每顆衛星的故障數為0.5次。其中，測控分系統故障4次，姿軌控和推進分系統故障各2次，有效載荷分系統和運載火箭導致的故障各1次；Ⅰ類故障3次，Ⅱ類故障1次。

采用空間客車－4000衛星平臺的衛星分系統故障比例圖（左）及分類故障比例圖（右）

采用LS－1300衛星平臺的“互聯網協議星”（iPstar）

采用A2100A衛星平臺的地球靜止業務環境衛星－R（GOES-R）

3 主要衛星平臺的衛星保險損失率數據分析

衛星保險損失率不僅與衛星故障率有關，也與故障的等級有關，是一個綜合指標。從統計表中的數據可以看出：

1）歐洲星－3000和星－2衛星平臺的故障率和保險損失率數據均遠遠低于其他衛星平臺，體現出很高的可靠性。

2）LS－1300、A2100和BSS－702衛星平臺的故障率接近，但LS－1300和A2100衛星平臺的保險損失率均較低，由于BSS－702衛星平臺早期多個型號的太陽電池翼采用比較失敗的聚光器設計，所以保險損失較大，后期型號摒棄了這種設計方案。

3）雖然空間客車－4000衛星平臺故障率處于中等水平，但其嚴重故障次數較多，例如，采用空間客車－4000衛星平臺的歐洲W3B和非洲區域衛星通信組織衛星－1（Rascom－1）發射失敗，原因是這兩顆衛星的推進分系統發生重大故障，導致該衛星平臺整體的保險損失率升高。

采用主要衛星平臺的衛星保險損失率

采用BSS－702衛星平臺的泛美衛星－1R（PAS－1R）

4 結論

通過綜合對比國際商業通信衛星市場主流平臺的故障率、平均故障數、Ⅰ類和Ⅱ類故障比例、故障部位、保險損失率等情況，發現國外商業通信衛星平臺中可靠性最高的是歐洲星－3000衛星平臺，星－2衛星平臺次之，其他依次為LS－1300、A2100、空間客車－4000和BSS－702衛星平臺。

當前，代表我國通信衛星平臺最高水平的東方紅－4衛星平臺，在應用初期有兩顆衛星的供配電分系統發生故障，其中一顆衛星的姿軌控分系統也發生了故障，導致故障率和保險損失率較高。隨著我國加強對東方紅－4衛星平臺可靠性工作的重視，近幾年發射的多顆采用東方紅－4衛星平臺的通信衛星在軌運行良好，并獲得玻利維亞通信衛星、老撾－1衛星、白俄羅斯衛星等多個訂單。未來幾年，隨著衛星平臺的進一步成熟應用，預計將會顯著提高東方紅－4衛星平臺的可靠性。同時，我們要積極學習國外先進通信衛星制造商的研制和管理經驗，不斷改進，努力打造高可靠、高水平的通信衛星平臺，在國際商業通信衛星市場中占有更多份額。