更大、更高、更強：東五平臺比肩國際一流

文/ 清心

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。

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。

東方紅五號衛星平臺的立項之路，走了整整10年。作為我國下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的又一座里程碑。相比之前的東方紅“家族”，東五平臺衛星可謂更大、更高、更強，指標領先國際，具有“高承載、高功率、高散熱、高控制精度”等特點，主要滿足未來近20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”。

邁上一個大臺階

曾有人問東五平臺總指揮周志成院士，為什么要研發東五平臺？“因為我國需要大容量的通信衛星?！敝苤境梢谎砸员沃?。

早在2008年通信衛星事業部成立之初，中國空間技術研究院就啟動了對東五平臺的研制工作?？是蟠笕萘客ㄐ判l星的國內外市場，早就“盯”上了這個具有升級換代意義的衛星平臺。

“國際市場對東五平臺的需求是很迫切的?！睉{借對通信衛星市場的超前分析，東方紅“家族”研制團隊敏銳地發現。

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星公用平臺及型譜化產品。東五平臺的出現將填補該系列大型衛星平臺型譜的空白，可滿足中國近20年內對大功率通信衛星的需求。但在當時，東五平臺到底應該是怎樣的，研制人員坦言“自己也沒想清楚”。

2010年，通信衛星事業部以“新型衛星平臺研究室”為依托，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。與此同時，中國空間技術研究院也在跟蹤世界最前沿的技術，擴展原有衛星平臺的技術水平。

大家對東五平臺的期待逐步達成了共識：這應該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；或者說，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。

▲ 廠房里的實踐二十號衛星

相比于之前的東四平臺，東五平臺各個方面都上了一個大臺階。尚在研發階段，便有各方來打探它的消息?！拔覀兊钠脚_還在研制之中，首發星就已經被用戶給‘預訂’了?！睎|五平臺主任設計師呂紅劍回憶道。

而東五平臺的研發，其實是通盤考慮的結果。對于東方紅系列衛星公用平臺的型譜，通信衛星事業部一開始便志存高遠，從國家整體科技進步角度出發，對通信衛星未來幾十年的發展提前進行系統性的頂層規劃，以滿足用戶的各種需求。東五平臺同時肩負著闖市場的時代使命。除了應用于傳統通信衛星，該平臺還能適應微波遙感和光學遙感衛星的新需求。

在參與和領導了多個新平臺研制的通信衛星專家周志成看來，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，東五平臺的橫空出世，還能產生牽一發而動全身的效應?！皷|五平臺的開發意義重大，它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?！敝苤境煞治龅?。

國務院新聞辦公室發布的《2016中國的航天》白皮書指出，未來5年，中國航天將提升衛星系統水平和基礎產品能力，構建形成衛星遙感、衛星通信廣播、衛星導航定位三大系統，建設天地一體化信息網絡，基本建成空間基礎設施體系。

“東五平臺通信容量可以到80個G，150個G，甚至可以到1個T，融入我們國家的寬帶中國戰略，包括我們現在天地一體化信息網絡這個大的工程?！敝苤境裳a充說。

此外，根據《2016中國的航天》白皮書，“一帶一路”空間信息走廊建設、金磚國家遙感衛星星座建設、航天發射及搭載服務等都將是未來5年中國與國際的重點合作領域。而東五平臺的推廣也被國家列入“一帶一路”建設的規劃之中。

探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。如今，黨的十九大報告進一步明確提出建設航天強國的戰略目標，中國航天事業進入快速發展的新時代，中國正在從航天大國邁向航天強國。

“我們只有有了東五這樣的平臺，才算有了實現航天強國目標的具體路徑之一?！蓖ㄐ判l星事業部部長助理張偉說。

躋身一流的跨越

“從某種程度上來說，衛星平臺好比一輛公共汽車，通過搭載不同的‘乘客’（載荷），來實現衛星的應用性能?！睎|五平臺總設計師李峰形象地說。

東五平臺設計技術指標先進，與目前世界上最先進的Alphabus衛星平臺指標相當，部分指標甚至超過Alphabus。該平臺具有高承載、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。

作為未來寬帶大容量衛星的平臺，東五平臺的通信容量有了極大躍升——每秒速度可達150千兆字節以上，同時可以進一步將高通量衛星的容量由目前的20G提高到300G。

相較東四平臺重為4～5噸的40多路轉發器，東五平臺轉發器數量多達100余路，總重量在8噸上下。若采取傳統設計理念，東五平臺光是龐大的設備安裝調試工作量就將是原先的好幾倍。

▲ 實踐二十號衛星準備吊裝

為了縮減研制成本和周期，研制團隊在東三、東四平臺模塊化研制理念基礎上，對東五平臺進行了徹底的分艙模塊化設計?！皷|五平臺和載荷艙的研制工作并行開展，研制期間不必‘見面’，待到‘見面’時接口電纜一連接，便組合為整星?！睎|五平臺副總設計師裴勝偉介紹。

東五平臺與前幾代平臺相比，設備大幅增加，載荷艙發熱量隨之升為9千瓦。東四平臺的兩塊艙板直接散熱量為3.7千瓦，按照每平方米艙板250瓦的散熱量，需要面積為14.8平方米的散熱艙板。如果照這樣設計，東五平臺的艙板將達36平方米，近乎前者的3倍，面積過大難以實施。

然而，再“大”的難題也難不過通信衛星事業部的東方紅研制團隊?？蒲腥藛T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，使每塊艙板只有10平方米大??；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。

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。

與東方紅“家族”其他衛星平臺相比，東五平臺的能力也大不同?？蒲腥藛T為其設計的承載有效載荷重量為1500公斤，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。

大容量通信衛星要突破承載能力瓶頸，電推進技術的應用是重要解決手段。相對于化學推進，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。

東四平臺在軌每年要消耗45公斤推進劑，按在軌15年來算，推進劑共需約700公斤?！皷|五平臺采用大功率雙模式的電推進技術，每年耗費10公斤氙氣，同樣在軌15年只需150公斤左右的氙氣，比沖卻能提高10倍以上?！眳渭t劍說。

與東三B平臺只在位置保持時采用電推進技術不同，東五平臺在由地球同步轉移軌道向地球靜止軌道轉換時，便利用了化學推進和電推進混合變軌。

此外，科研人員對東五平臺化學推進系統也進行了升級換代——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；采用第三代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。

一般通信衛星的主承力結構都較高，如東四平臺的中心承力筒高達3.7米。有了遙感衛星需求的東五平臺其載荷相機口徑比哈勃望遠鏡還要大，若加裝在這樣的承力筒上，“大高個”身型易產生震動，無疑會使相機力學環境變差。

于是，研制團隊對東五平臺首次采用全桁架結構設計，將主承力結構高度降為1.78米。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。經過前期試驗，該結構已達到整星起飛重量8噸的承載要求。

和許多面向市場的衛星一樣，東五平臺也具備便于用戶應用的特點。以前地面人員大約每周都要對東四衛星進行授時、測軌和位保，而基于東五平臺的衛星未來可以星上自動測軌并制定位保策略。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。

未來還有很長的路要走，中國空間技術研究院通信衛星事業部的研制團隊又上路了，且腳步更加堅定。這一次，他們志在攀登高峰，比肩國際。