國外通信衛星公用平臺發展趨勢及啟示

◎中國航天標準化與產品保證研究院 韓天龍 杜剛 陸宏偉 李寧

國外通信衛星公用平臺發展趨勢及啟示

◎中國航天標準化與產品保證研究院 韓天龍 杜剛 陸宏偉 李寧

從20世紀60年代商業通信衛星進入國際市場以來，其市場需求日益增長。衛星作為系統組成復雜、投入成本高、批生產數量小、研制風險大、需求變化快的大型復雜航天產品，在一定程度上很難實現大批量的流水線生產，所以長期以來難以實現產品化、規?；l展。

20世紀70年代，部分國外主流衛星制造商在衛星設計過程中引入了模塊化設計理念，將衛星有效載荷的保障系統作為單獨組成部分進行獨立研制，實現了通用化研發，并逐漸提出了衛星公用平臺的研發理念，即通過采用通用化、系列化和模塊化設計的公用平臺取代傳統衛星平臺，并以此建立公用衛星平臺生產線，以提高公用平臺的生產效率，進而大幅提高衛星產能。在此理念的推動下，美國、歐洲等宇航發達國家或地區的主要衛星制造商先后研發形成了一系列通信衛星公用平臺，取得了巨大效益。

盡管我國在20世紀末期提出了研制衛星公用平臺的設想，但在型號任務牽引下，衛星平臺的研制仍受到以滿足單一型號任務需求為主的限制，在通用性和可靠性等方面與國外主流衛星公用平臺相比還存在一定差距，難以充分體現衛星公用平臺的實用價值。

為此，筆者在調研國外先進衛星制造商相關資料的基礎上，對國外通信衛星研制特點及技術發展趨勢進行了總結分析，并對照我國現階段衛星公用平臺的研制現狀提出幾點建議。

一、國外主流通信衛星公用平臺現狀

目前，國外主流衛星公用平臺大致可分成遙感衛星平臺、地球靜止軌道通信衛星平臺和微小衛星平臺等3類。由于通信衛星較早地進入商業化運營階段，衛星制造商面臨著降低生產成本、縮短研制周期和提高可靠性的需求，美歐等國家的大型衛星制造商已建立了較為完整的通信衛星公用平臺系列，主要包括以下幾種類型。

1．A2100平臺

洛克希德·馬丁公司的A2100系列通信衛星平臺根據規格尺寸可劃分為A2100A、A2100AX/AXS、A2100AXX以及用于軍事衛星的A2100M 4個型號，可支持多種類型的地球同步軌道通信任務，如電視廣播、直播到戶和地面移動通信等。A2100是S系列平臺S-3000、S-7000等的替代型號，與S系列平臺相比，其質量減小了26%，但可靠性提高了27%，同時降低了成本，縮短了生產周期。

2．BSS-702平臺

波 音 公 司 的BSS-601和BSS-702系列衛星公用平臺是在原休斯公司HS-601及HS-702平臺的基礎上發展起來的。其中，BSS-702平臺是對BSS-601平臺進行了風險降低改進，在保留原平臺良好特性的同時增加了有效載荷配置的靈活性，以滿足視頻、語音、衛星直播和高速數據傳輸等通信服務的需求。BSS-702平臺承載質量可達1200千克，是波音公司目前主要應用的靜地軌道通信衛星平臺。

除基本型外，BSS-702平臺還包括其它擴展型號，如高功率的BSS-702HP平臺、中等功率的BSS-702MP平臺以及用于移動通信衛星的BSS-702GEM平臺。其中，BSS-702MP平臺是波音公司于2009年推出的改進型平臺，其可根據任務需要調整衛星的覆蓋范圍和性能。

3．LS-1300平臺

空間系統/勞拉公司的衛星以地球靜止軌道通信衛星為主，其主要采用LS-1300系列平臺，包括基本型和改進型?；拘推脚_的質量在2000～5000千克，擴展型平臺的質量最大可達7噸。采用LS-1300平臺的衛星自1993年至今已發射60多顆，采用擴展型平臺發射的衛星近10顆。

此外，勞拉公司還曾提出了超大型通信衛星平臺“20.20”。根據設計，整星發射質量為5000～7000千克，可擴展至8.5噸。衛星平臺將采用最新的輕型材料結構、最新的電池技術、更高效的太陽電池板、霍爾效應等離子推力器和先進的控制、推進系統。

4．Spacebus-3000/4000平臺

泰勒斯阿萊尼亞航天公司（原阿爾卡特·阿萊尼亞航天公司）的衛星公用平臺涵蓋了大型通信衛星平臺、遙感衛星平臺和小型衛星平臺，其中Spacebus系列通信衛星平臺是泰勒斯公司的主要產品，其Spacebus-3000/4000平臺主結構采用中心承力筒結構，是泰勒斯公司目前主要應用的地球靜止軌道多任務衛星公用平臺。

5．EuroStar3000平臺

Astrium公司的衛星公用平臺包括Eurostar系列通信衛星平臺、SPOT系列遙感衛星平臺以及多種小型衛星平臺。EuroStar3000系列衛星平臺是該公司最新的衛星平臺，包括EuroStar3000、EuroStar3000GM和EuroStar3000S 3個類型。基于EuroStar3000GM平臺的整星發射質量達到5900千克，基于EuroStar3000和 EuroStar3000S平臺的整星發射質量均為5000千克左右。

此外，Astrium公司與 泰勒斯阿萊尼亞航天公司正在聯合研制新型通信衛星平臺，即AlphaBus平臺。其是由ESA和法國國家空間研究中心（CNES）共同投資開發的衛星公用平臺，旨在滿足新的寬帶、廣播和移動通信服務對通信載荷的市場需求。首顆搭載該平臺的衛星是國際海事衛星公司的I-XL衛星。

與歐洲現有的Spacebus-4000平臺和EuroStar3000平臺相比，AlphaBus平臺具備更大的承載能力，承載質量可達1200千克，整星發射質量可達6000～8100千克；AlphaBus擴展型平臺的承載質量將達到1400千克。

二、國外衛星公用平臺發展的典型特點

國外通信衛星平臺的設計不斷向高性能、高承載、長壽命、高可靠、型譜化、系列化、模塊化和功能多樣化方向發展，并隨之將衛星公用平臺的研制與衛星項目相對分離。

1．向高性能、高承載方向發展

衛星發射質量逐漸提高主要體現在通信衛星。近幾年，國際一流衛星制造商簽約的通信衛星發射質量均達到6噸，同時通信衛星有效載荷的承載能力也隨衛星發射質量的提高而提升。

整星功率不斷增大。只有提升了整星功率，才能提高通信衛星的有效載荷承載能力。例如，基于BSS-702HP平臺的國際移動衛星-5F和基于LS-1300平臺的ABS-2衛星功率均達到或超過12千瓦，基于EuroStar3000平臺的SES-6衛星功率也達到15千瓦。

整星承載轉發器數量不斷增多。例如，加拿大Anik-F2衛星承載了94臺轉發器，國際移動衛星-5F承載了89臺轉發器,“衛訊”衛星承載了124臺轉發器，歐洲在研的AlphaBus平臺將可搭載200個轉發器。

2．向長壽命、高可靠方向發展

整星服務壽命達到新水平。目前通信衛星的在軌服務壽命可達到15年，部分商用通信衛星的在軌服務壽命甚至可達到18～20年。

電推進系統成為發展趨勢。例如，BSS-702平臺安裝了4臺25厘米離子推力器，A2100平臺安裝了4臺MR-150單組元電弧推進器，LS-1300平臺采用雙組元推進加SPT-100電推進系統，電推進系統的應用將進一步提高平臺使用壽命。

應用新型高效電源技術。例如，A2100平臺的電源分系統采用了直接能量轉化設計，可通過70伏電源總線將電能直接傳送到有效載荷，最大限度減少電能損耗。

3．向型譜化、系列化發展

對國外主流衛星平臺的分析可以發現，通信衛星平臺的研制將向型譜化、系列化方向發展。以洛馬、波音、Astrium公司等為代表的國際一流衛星制造商均按照型譜化的發展思路，研發并固化形成了一系列高適應性、長壽命（15年）、大功率（15～25千瓦）、多頻段（全面支持C、Ku、Ka等頻段）、可承擔不同發射質量的衛星公用平臺。

4．向設計模塊化、接口標準化發展

BSS-702平臺采用雙模塊設計，分別為平臺艙和有效載荷艙，可實現衛星平臺在短周期內的快速裝配，并提供標準化的有效載荷接口，增加了有效載荷配置的靈活性；A2100平臺的核心結構分為平臺和有效載荷2個主要模塊，其平臺設備的通用化程度可達到80%，具有較高的模塊化程度；Spacebus-3000/4000平臺的特點在于模塊化和彈性設計，可通過最小化的適應性改進滿足任務需求。

5．向功能多樣化發展

通信衛星平臺主要應用于地球靜止軌道通信衛星和氣象衛星，隨著性能的不斷提高，衛星平臺的應用領域已擴展到導彈預警衛星以及中高軌道的導航衛星，如采用A2100平臺的高軌天基紅外系統和GPS-3A衛星等，而靜止軌道遙感衛星領域也在逐漸拓展應用。

另外，衛星公用平臺的研制將逐步實現與衛星項目研制的相對分離。例如，波音、洛馬、Astrium等公司都是先集中優勢力量完成衛星公用平臺的先期研制和首發星的應用，再實施批量采購和生產。

三、發展我國衛星平臺的建議

衛星公用平臺的研制和應用是宇航領域適應多任務、小批量研制特點，按照“好、快、省”要求實現產業化發展的必由之路，也是當前國外主流衛星制造商提升整星研制和供應能力所使用的基本方法。我國多年來一直采用以型號任務為牽引的科研生產管理模式，缺乏針對衛星公用平臺的產品化研制、應用管理模式以及獨立的專業化研制隊伍。

因此，為滿足新形勢下大幅提升的衛星型號研制任務要求，我國航天企業必須在加大衛星型號研發投入的同時，針對衛星公用平臺研究建立獨立的產品化研制、應用管理模式，并建立獨立于型號項目的專業化研制隊伍。在此，筆者針對我國現階段衛星公用平臺的研制現狀，對其后續發展提出幾點建議：

一是從國際一流衛星制造企業通信衛星公用平臺的技術發展趨勢分析可以得出，后續我國通信衛星平臺應進一步向高承載、大功率、長壽命方向發展，同時提升平臺載干比和集成化程度。

二是進一步深化衛星公用平臺的型譜化研究工作，以形成系列衛星公用平臺型譜規劃。系統研究衛星公用平臺型譜化工作的總體方案和技術路線，以通信、遙感衛星等典型型號應用為重點，結合目前型號研制經驗和現有技術基礎，策劃提出衛星公用平臺型譜化要素、型譜化工作基本內容及實施流程、型譜化工作成果形式和應用管理要求（含平臺選用和技術狀態控制要求）等，并按照型譜有計劃、有步驟地開展衛星平臺開發和成熟度提升工作。

三是為進一步提升衛星公用平臺的整體技術水平和性能指標，后續應加強對電推進、綜合電子系統及新型高效電源等新技術的研究和應用，以有序開展產品更新換代工作。

四是充分研究衛星平臺與載荷接口的標準化、模塊化問題，相對分離整星項目研制與衛星公用平臺的研制和維護工作。開展衛星平臺與載荷接口的標準化、模塊化研究，增強平臺的通用性和可擴展性；同時，針對衛星公用平臺建立專業化研制、應用管理模式，使衛星公用平臺的研制擺脫型號的資源限制和技術束縛，并依據公用平臺自身的技術要求和客觀規律實現獨立發展。

五是加強對衛星公用平臺的開發力度和對衛星公用平臺首發星的成熟度評價、提升和技術狀態固化、維護等工作，編制并完善衛星公用平臺技術狀態固化及成熟度培育的相關規范，同時針對衛星公用平臺建設專業化研制、應用管理模式以及獨立的全壽命周期技術管理隊伍。

六是在衛星公用平臺技術狀態固化和成熟度培育的基礎上，結合后續任務需求，對成熟衛星公用平臺有針對性地開展平臺批生產工作，以提高衛星公用平臺的研制效益，最大限度地提高平臺應用數量?！?/p>