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卫星平台

卫星平台(satellite plateform)由卫星服务(保障)系统组成、可以支持一种或几种有效载荷的组合体。卫星平台实际上就是除了有效载荷或有效载荷舱以外卫星的其余部分。卫星平台可以由卫星服务(保障)系统组合成一个或几个舱段,例如服务舱、推进舱和返回舱。现代的通过卫星一般采用卫星平台研制,这样做可以降低研制难度、成本,提高效率。

中文名称卫星平台英文名称satellite plateform
组成由卫星服务(保障)系统组成发展远景卫星有效载荷和平台技术均的发展

研发背景

从已研制成功的卫星分析,卫星平台不论安装什么有效载荷,其基本功能是一致的,只是具体的技术性能会有所差别。根据这一特点,世界上许多国家在卫星研制中,都采取卫星公用平台的设计思路,使卫星平台具有通用性,在一定范围内适应不同有效载荷的要求。也就是说,装载不同的有效载荷,卫星平台只做少量适应性修改即可。采用这种公用平台的设计方法,可以缩短卫星研制周期,节省研制经费,提高卫星可靠性。

支撑卫星的有效载荷的卫星平台(platform)也称为服务舱(sevice module或bus),一般分为以下几个系统:能源分系统为整个卫星提供能源;姿态轨道控制系统保持卫星天线指向和运行轨道的准确;推进系统为卫星定轨,保持轨道和控制姿态提供动量;遥测,测距和指令系统和地面控制中心联系;温度控制系统保证卫星各种器件工作在合适的温度。

发展远景

在90年代,卫星有效载荷和平台技术均得到了快速的发展,像星载计算机和电子推进装置长期以来一直是设计图纸上的概念,在轨卫星也出现了计算机实效,太阳能帆板故障等问题。当然这并不是技术问题,一方面是由于竞争激烈,客户需求使得卫星厂家不得不缩短生产和测试的周期。无论是同步轨道或者低轨道卫星,卫星技术变得越来越复杂,但所有的卫星制造商,拥有者,保险公司都有一个共同的期望-高可靠性。

推进分系统

当卫星发射定轨后,主要影响卫星寿命的因素不是电子器件的寿命而是保持卫星定点的燃料的数量。一般来说,卫星整体重量的25%是用来保持姿态和轨道的燃料。卫星的设计者也本着使卫星有更大有效质量原则来设计卫星-更多的器件,更少的燃料。休斯研制的氙离子发动机(xips),对燃料的的需求仅仅是原来的10%,97年发射的panamsat-5是第一个采用xips的卫星。劳拉根据俄国的设计开发的霍尔效应发动机(hall-effect)或称固定等离子体发动机,将用在2000年发射的法国stentor卫星上。着两种方案的目标相同,但实质上有很大的区别。休斯的xips实际上是比冲大但推力小的发动机,即发动机的效率很高达到使用较少燃料的目的,但由于推力器的推力太小,做一次机动可能需要几个小时的时间,这对有做轨道机动来说是不利的,尤其对有需要有时间效应的轨道倾角机动不利。轨道机动需要再短时间内提供大的速度变化。长时间的操作不得不考虑地球重力场对轨道的影响。劳拉的发动机对电能的需要不大,结构和电子设备都相对简单,如果说xisp是节省了重量而牺牲了时间,劳拉的发动机的燃料使用效率降低但提高的重量使用效率。使用传统的双组源燃料,卫星每年大约消耗2%的燃料来保持轨道,一般寿命为15年,改用新型的推进系统,每年使用的燃料降低到0.5%,可以使卫星寿命增加到20-30年。太阳能帆板的效能每年约下降1%,所以上寿命的卫星在多年后将面临功率问题。这时卫星的寿命取决于经济而非技术问题。

控制分系统

姿态和轨道控制分系统有各种传感器(地球传感器,太阳传感器,陀螺等),姿态轨道处理器(计算机)和执行机构(喷嘴,动量轮等)组成,用来确保卫星姿态指向和轨道定点误差在允许的范围内。尽管多年来对传感器的开发一直在进行,可能最有意义的是从机械陀螺到电子陀螺的跨越。比如在运载火箭上开始应用的激光陀螺,感知运动的原理是在比较在一组镜面之间相反方向上的光波的传播。

日前休斯和nasa推进实验室开发了一种称为“芯片陀螺”,相比传统陀螺更轻,更便宜,结构更简单。尺寸为4*4mm,不到1克重。芯片陀螺感知高速旋转的微机械硅的震动,因为没有传统陀螺的转动结构和润滑油,这种陀螺的寿命应该是很长的。即使不能长寿,如此轻的陀螺不妨多装几个作为备份。

温控分系统

功能日益强大,为卫星设计带来一个负面影响,电子器件都产生热量,实际上限制卫星功率增加的因素不是有没有能力增加功率而是有没有能力使得产生的热量可以被辐射(在太空中没有空气,热量的耗散只能靠热辐射,没有热传导)。一般来说,三轴稳定卫星的6个面板中只用了2个来辐射热量(北面板和南面板),这里温度较低可以有效的辐射热量,在其他的位置上安装热管和辐射器使得热量在整体上达到平衡,除了氨,在热管中使用甲苯或水等流动性物质达到星体内更高的热传导效果,也可以使用可伸展的辐射器以增加有效辐射面积。

尺寸、重量和能量

一直以来,卫星的尺寸和重量总是和发射火箭的运载能力联系在一起,在设计卫星的时候要考虑将要使用火箭的能力,而火箭也要考虑到卫星的特性。随着火箭技术的不断提高,卫星的大小和尺寸也不断升级,60年代的卫星约为1立方米,到90年代已经到了15米的长度,其中包括上天以后可以伸展的部分如太阳能帆板,天线等。最大的自旋通信卫intersat vi,由修斯公司于80年代制造,星体直径3.6米,高5.5米,如果天线完全展开,卫星高达11.7米,大概是4层楼高。帆板展开后长26米-8层楼高。

另外一个和尺寸相关的因素当然是指质量,对卫星设计制造者来说是需要再整个项目阶段都要注意的事情-质量预算。较少的质量一方面可以使火箭将卫星送到更高的轨道,一方面可以允许卫星装载更多的燃料,可以有效延长卫星在轨寿命。同步轨道通信卫星的质量从80年代初的1吨左右到今天的3-4吨,卫星质量的增加表明卫星携带的有效载荷和质量增多了,说明卫星的能力也得到增强。当然,对于低轨道卫星的质量一直保持在1吨以下,为了满足卫星日益增多的有效载荷的能源需求,对于能源分系统的要求也不断增加。当卫星通信能力逐渐增大的同时,对卫星能源系统的要求也越来越高,70年代的卫星功率大约在1000w左右,80年代到达3000w,而在90年代,一般的卫星功率都在5000w以上。

东方红四号卫星平台

东方红四号(DFH-4)是中国第三代通信卫星平台,具有整星功率大、承载能力强、服务寿命长等特点。该卫星平台包括推进舱、服务舱及太阳帆板,并采用三轴稳定模式。东方红4号卫星平台是一个能力强、寿命长的通信卫星平台,输出功率和通信能力与国际上类似的平台相当。

DFH-4卫星平台适用于大功率的通信及广播卫星、直播卫星及区域移动通信卫星。

采用东方红四号卫星平台研制的通信卫星

图:采用东方红四号卫星平台研制的通信卫星

截至2013年12月31日,中国已分别向国际用户成功在轨交付尼日利亚通信卫星一号、委内瑞拉一号通信卫星、巴基斯坦1R通信卫星、尼日利亚1R通信卫星及玻利维亚通信卫星采用东方红四号卫星平台的通信卫星。

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最新更新:2016-01-14 10:24
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