重磅!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

2021-01-19 國際太空

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。東五平臺採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。平臺採用主動熱控、被動熱控結合的手段，實現有效載荷散熱能力 9kW 以上。


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，擴展後整星發射質量 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。

東五平臺能力包絡圖


東五平臺設計充分考慮後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。


平臺總體設計

東五平臺可採用中國新一代大型運載火箭——長徵五號運載火箭發射，並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，採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，採用桁架式主承力結構，大幅降低公用艙段的高度，並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並行研製、快速連接。


東五平臺在配置化學推進分系統的基礎上，採用電推進技術，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，基於東五平臺的衛星可以採用化學推進分系統的軌控發動機實現軌道轉移，也可以採用軌控發動機與電推力器聯合變軌的入軌策略。


平臺採用智能化、自主化設計，採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，並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，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。


基於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。

 

東五平臺典型通信衛星構型


高承載、多適應桁架式結構

為實現多載荷適應性以及高承載能力，東五平臺採用桁架式主承力結構形式，主承力結構由「W」型梁板複合結構以及對接環組成。針對不同有效載荷形式，載荷艙可採用桁架式、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，並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。


高效熱控系統

熱控分系統充分借鑑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。載荷艙採用三維熱管網絡、單相流體迴路等技術，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採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後的程控、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於「太陽電池陣—蓄電池組」設計架構，採用全調節統一母線，母線電壓 100V。平臺採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，姿軌控分系統採用「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。


高效並聯排放化學推進系統

東五平臺採用統一雙組元推進系統，配置 4 個並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。化學推進分系統設備全部布置在推進艙，便於整星模塊化設計與研製流程優化。此外，化學推進分系統還採用了推進劑大流量可重複加排技術，大幅減少衛星加注時間。


大推力、多模式電推進系統

電推進分系統採用高比衝、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，比衝 3500s，實現衛星轉移軌道後期變軌任務；在 3kW 小功率模式下，具有高比衝的特點，單臺推力器推力 100mN，比衝 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。



中國空間技術研究院在東五平臺工程研製的同時，結合新技術試驗衛星——實踐二十號衛星的研製，對東五平臺功能、性能進行了全面的驗證工作，其中，實踐二十號衛星採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。


東五平臺主要試驗驗證項目情況表


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