中國新一代大型地球同步軌道衛星公用平臺
——東方紅五號衛星平臺

李峰 （中國空間技術研究院通信衛星事業部）

為提升中國在國際通信衛星市場的競爭力，滿足對地球同步軌道衛星公用平臺的更高需求，中國空間技術研究院開發了中國新一代大型地球同步軌道衛星公用平臺——東方紅五號衛星平臺（簡稱東五平臺）。本文介紹了東五平臺的技術特點和能力，簡要概述了平臺技術方案及其特點，并介紹了東五平臺研制進展與試驗驗證情況。東五平臺性能指標先進，可滿足通信和遙感等領域衛星需求。

1 引言

進入21 世紀后，各主要衛星研制廠商已經在政府的主導下建立了較為完善的平臺型譜，發展超大型平臺成為當前趨勢[1-2]。其中，在歐洲航天局（ESA）和法國空間研究中心（CNES）主導下，由阿斯特留姆公司（Astrium）和泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）聯合研發的“阿爾法平臺”（Alphabus）[3-4]載荷承載能力達到了1500kg，載荷功率18kW，服務壽命15年；美國波音公司（Boeing）的BSS-702 平臺，載荷承載能力達到1200kg，載荷功率12 ～18kW，服務壽命15年。國際衛星平臺發展呈現超大型化、整星功率與有效載荷承載能力顯著提高、多載荷適應以及升級與換代同步進行的趨勢。

隨著中國國民經濟發展、國防現代化建設和國際市場競爭需要，對地球同步軌道衛星公用平臺提出了更高的要求，為滿足國際競爭和未來市場發展需求，亟需開發中國新一代超大型地球同步軌道衛星公用平臺—東五平臺，以填補中國12kW 以上衛星平臺型譜空缺，實現平臺技術國際一流，系統提升中國衛星整體水平。目前，東五平臺已完成開發。

2 東五平臺技術特點及能力

東五平臺為換代型平臺，充分繼承現有產品、技術成果與經驗，滿足典型通信與遙感載荷的應用需求，主要具有以下五大特點：

1）高承載。整星發射質量8000kg，有效載荷承載質量1500kg，有效載荷功率18kW，有效載荷布局能力達到120 路以上（等效C 頻段透明轉發器）。

2）大功率。東五平臺采用二維二次展開半剛性太陽翼、鋰離子蓄電池等技術，整星壽命末期功率達到28kW 以上。

3）高散熱。平臺采用主動熱控、被動熱控結合的手段，實現有效載荷散熱能力9kW 以上。

東五平臺能力包絡圖

4）長壽命。平臺具備提供在軌服務16年的能力。

5）可擴展。衛星平臺設計預留承載、供配電、姿軌控以及熱控等擴展能力。以典型通信衛星為例，擴展后整星發射質量9000kg，有效載荷質量1800kg，載荷功率22kW，布局轉發器150 路（等效C 頻段透明轉發器）以上。

東五平臺設計充分考慮后續的升級需求和多載荷適應性需求，按照族譜設計，包括基本型、全化學推進型、光學遙感型以及擴展型。通信類衛星在軌服務壽命按照16年考慮，遙感類載荷在軌服務壽命按照12年考慮。

3 東五平臺技術方案

平臺總體設計

東五平臺可采用中國新一代大型運載火箭——長征五號運載火箭發射，并且具備使用國際主流運載火箭發射的能力。平臺由供配電、測控、綜合電子、姿軌控、化學推進、電推進、結構和熱控八個分系統組成，采用分艙段模塊化設計，包括推進艙、服務艙以及有效載荷艙，其中推進艙與服務艙組成平臺的公用艙段部分，采用桁架式主承力結構，大幅降低公用艙段的高度，并為不同形式載荷艙提供多個硬點連接的統一接口形式，實現公用艙段與有效載荷艙并行研制、快速連接。

東五平臺在配置化學推進分系統的基礎上，采用電推進技術，實現衛星在軌全電推進位置保持與角動量卸載，大幅減少衛星推進劑攜帶量，提高有效載荷承載效率。同時，基于東五平臺的衛星可以采用化學推進分系統的軌控發動機實現軌道轉移，也可以采用軌控發動機與電推力器聯合變軌的入軌策略。

平臺采用智能化、自主化設計，采用高軌自主導航系統實現了衛星在軌自主姿態和軌道控制，并通過在軌自主的星務、能源、熱控管理以及在軌故障診斷、隔離與恢復設計，將大幅提升衛星的好用性和易用性，減少地面操作，提高用戶使用體驗。

基于東五平臺的典型通信衛星整體呈長方體構型，衛星南北面為散熱面，東西面和對地面安裝通信天線，南北面安裝太陽翼和熱輻射器。

高承載、多適應桁架式結構

東五平臺典型通信衛星構型

為實現多載荷適應性以及高承載能力，東五平臺采用桁架式主承力結構形式，主承力結構由“W”型梁板復合結構以及對接環組成。針對不同有效載荷形式，載荷艙可采用桁架式、箱板式承力結構形式，具有載荷適應能力強的特點。載荷艙力載荷通過兩艙接口向下傳遞，并通過桁架結構傳遞至星箭對接環，具有傳力路徑簡單的特點。平臺結構承載能力為8000kg，在衛星平臺構型不變的情況下，具備擴展到9000kg 的能力。

體分布、萬瓦級高效熱控系統

熱控分系統充分借鑒東四平臺衛星的熱控技術，以主動熱控結合被動熱控技術作為熱控手段，利用衛星南北板作為散熱面，設計可展開式熱輻射器作為擴展散熱面。載荷艙采用三維熱管網絡、單相流體回路等技術，實現載荷艙等溫化設計，散熱能力達到9kW。

先進綜合電子系統

東五平臺綜合電子分系統采用以星務管理單元為控制中心，1553B 總線為信息網絡，綜合業務單元等為下位機的集散型分布式網絡系統，提供標準的電氣接口和總線網絡通信模式，按照模塊化的設計思路進行功能整合。綜合電子分系統是平臺實現智能化設計的核心系統，通過星務管理單元實現衛星星箭分離后的程控、高精度時間管理、整星FDIR、在軌自主星務管理、自主能源管理等功能。

20kW 級超大功率供配電系統

東五平臺供配電分系統基于“太陽電池陣—蓄電池組”設計架構，采用全調節統一母線，母線電壓100V。平臺采用繃弦式二維二次展開半剛性太陽翼、高光電轉換效率的太陽能電池片、大功率太陽帆板驅動機構、大功率電源控制器、大容量高比能量鋰離子蓄電池組等先進技術，實現整星壽命末期分點28.4kW 大功率供電能力。

高精度姿軌控系統

東五平臺衛星在軌三軸穩定，姿軌控分系統采用“姿軌控計算機為處理中心、執行機構驅動單元和電推進控制單元為驅動控制中心”設計。整星配置星敏感器、太陽敏感器、地球敏感器以及長壽命陀螺等姿態敏感器，具備多種姿態確定組合。在正常模式下，衛星采用長壽命半球諧振陀螺+星敏感器組合定姿、整星零動量控制等技術，實現三軸0.03°的姿態控制精度。姿軌控分系統通過高軌自主導航子系統以及光學敏感器實現在軌自主導航，具備長期在軌自主運行能力。

高效并聯排放化學推進系統

東五平臺采用統一雙組元推進系統，配置4 個并聯布置的板式全管理貯箱，能夠裝填超過3900kg的化學推進劑，具備將整星從地球同步轉移軌道變軌至地球同步軌道的能力。通過配置高精度壓力傳感器、高精度超聲波流量計等設備，并結合熱容法，實現在軌推進劑剩余量高精度測量、高精度推進劑混合比以及平衡排放主動控制，系統混合比控制誤差優于1%。化學推進分系統設備全部布置在推進艙，便于整星模塊化設計與研制流程優化。此外，化學推進分系統還采用了推進劑大流量可重復加排技術，大幅減少衛星加注時間。

東五平臺姿軌控系統框圖

大推力、多模式電推進系統

電推進分系統采用高比沖、可變推力的新一代電推進系統，配置LIPS-300 多模式離子推力器及矢量調節機構。在5kW 大功率模式下，具有大推力的特點，推力200mN，比沖3500s，實現衛星轉移軌道后期變軌任務；在3kW 小功率模式下，具有高比沖的特點，單臺推力器推力100mN，比沖4000s。實現衛星全壽命周期在軌全電推進南北、東西位保以及動量輪角動量管理。

4 東五平臺研制進展及試驗驗證

試驗驗證概況

中國空間技術研究院在東五平臺工程研制的同時，結合新技術試驗衛星—實踐二十號衛星的研制，對東五平臺功能、性能進行了全面的驗證工作，其中，實踐二十號衛星采用東五平臺基本配置，重點對東五平臺各分系統功能、性能以及關鍵技術進行驗證。

整星結構驗證

為驗證東五平臺全新的結構設計，研制了推進服務艙結構與典型通信載荷艙結構，分別進行了結構靜力試驗，并順利通過所有工況驗收級和鑒定級試驗。驗證了結構設計的合理性，確認了結構部裝的工藝性與可行性，平臺結構滿足運載火箭發射載荷下的強度要求，結構承載能力具有擴展到9000kg 的潛力。通過東五平臺結構星整星滿箱、空箱情況下的鑒定級力學環境試驗，驗證了結構設計的合理性，星上大部件（重疊壓緊天線、可展開式熱輻射器、太陽翼）接口設計的正確性。

推進系統驗證

（1）化學推進系統驗證

東五平臺主要試驗驗證項目情況

按照化學推進分系統在軌工作模式和工況，完成了東五平臺化學推進分系統整星級地面點火試車試驗。點火試驗過程中，化學推進分系統的系統匹配性良好。通過試驗，全面獲取了東五平臺化學推進分系統真實推進劑下的系統性能參數，驗證了化學推進分系統的系統匹配性、穩定性等功能和性能，全面驗證了東五平臺化學推進分系統地面加注流程，驗證了平衡排放控制方案以及混合比主動控制策略的有效性。

（2）電推進系統驗證

按照電推進分系統在軌工作模式和工況，完成了東五平臺電推進分系統系統級地面點火試車試驗。試驗過程中，電推進分系統的匹配性良好。在東五平臺試驗衛星實踐二十號衛星正樣研制過程中，完成了東五電推進分系統的集成與測試，并通過了整星鑒定級力學試驗、熱試驗等，并在真空罐中完成了電推進分系統真空點火試驗驗證，試驗結果正常。

熱設計驗證

在完成實踐二十號衛星整星總裝、集成、電性能測試、力學試驗后，進行了整星熱平衡試驗驗證。試驗中熱控產品（熱管、加熱器、多層隔熱組件、流體回路）工作性能良好，驗證了東五平臺熱控設計的合理性，星上設備溫度余量滿足要求，載荷艙散熱能力滿足9kW 的要求。

電性能驗證

實踐二十號衛星開展了電性能綜合測試，整星電測加電時間共計1500 余小時，各階段的測試過程中，對整星設備間的遙測遙控接口、數據信息進行了全面的測試。測試過程衛星功能性能良好。

運輸匹配性驗證

整星采用空運的運輸方式，并在實踐二十號衛星整星運輸過程中進行了全面的驗證。到達發射場后，衛星狀態正常，衛星檢漏結果正常。表明該衛星與整星包裝箱兼容性良好，整星包裝箱與運輸飛機、運輸車兼容性良好。

大系統匹配性驗證

通過實踐二十號衛星研制過程，驗證了東五平臺衛星在發射場的技術流程、計劃流程的合理性；驗證了東五平臺對海南發射場環境、地面工裝設備的適應性；驗證了東五平臺衛星與長征五號運載火箭接口設計、與測控系統接口設計的正確性。大系統匹配性驗證為后續東五平臺衛星的研制提供了基礎。

鑒定件研制

東五平臺各新研單機陸續開展了鑒定件研制工作，已完成包括鋰離子蓄電池、二維二次展開半剛性太陽翼、大功率太陽帆板驅動機構、板式全管理貯箱、氦氣瓶、氙氣瓶等在內的所有鑒定件的研制與鑒定試驗，確定了平臺產品技術狀態基線。

5 應用前景

東五平臺作為中國換代發展的地球同步軌道衛星平臺，在充分繼承成熟技術的基礎上，采用了大量新技術，牽引了衛星平臺共性技術的發展，能滿足中國2030年前地球同步軌道通信和遙感領域衛星需求，平臺性能指標達到國際一流水平。目前，東五平臺已完成所有關鍵技術攻關、分系統級和整星級的試驗驗證，基于該平臺研制的實踐二十號衛星已于2019年12年27日成功發射，衛星在軌飛行狀態良好。東五平臺即將全面推入衛星市場，將為中國航天事業作出貢獻！