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大火箭和大卫星的大智慧

2020-03-26杨蕾巡天

军事文摘·科学少年 2020年3期
关键词:帆板有效载荷高通量

杨蕾 巡天

小编的话:

2019年12月2了日,我国最大推力运载火箭“长征五号”搭载着基于“东方红五号”卫星平台(以下简称“东五平台”)的首颗新技术试验验证卫星——“实践二十号”,在我国海南文昌航天发射场成功发射。此次“长征五号”发射任务之所以被寄予厚望,是因为其关系到中国航天后续一系列重大工程的顺利实施。大火箭配大卫星注定会成为大家关注的焦点,那么大家心心念念的大火箭到底给太空送去了什么“共享大礼包”?被誉为“共享大礼包”的大卫星又有什么特别之处?

卫星平台的“共享”功能

此次“长征五号”发射的“实践二十号”卫星是一颗基于东五平台研制的实验卫星。东五平台作为此次发射任务的另一个主角,是我国下一代地球同步轨道大型卫星公用平台,具有高承载、大功率、高散热、长寿命、可扩展、多适应等特点,可以满足未来5~15年内通信、微波遥感和光学遥感等载荷对卫星平台的需求。换言之,它将是未来几年“孕育”各型卫星的“母体”。

那么,什么是“卫星平台”?它是如何实现“共享”的?举一个更生活化的例子,我们看到街上跑的卡车,它们在出厂的时候,一般是以底盘的形式运往各地进行销售。如果将购车用户分成了两类:一类用户是在经销商处购买车辆底盘,另一类则是购买经销商已经装好的货箱,而购买底盘的用户就可以根据自己的需求对汽车进行改装。卫星平台也是如此,我们提供最基础的功能给卫星用户,根据任务需要再添加各种专用功能模块。

对于大部分的卫星来说,卫星平台不论安装什么有效载荷,其基本功能都是一致的,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设计研制中都采取这种类似车子底盘的卫星公用平台思路,设计具有通用性的载荷平台,接口和供能等参数能够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,卫星平台只需要做少量适应性修改即可。

目前,我国在通信卫星领域已经形成了“东方红”平台家族,包括有“东方红三号”平台和“东方红四号”平台等。这种共享平台的设计方法,大大缩短了卫星研制周期,节省了研制经费,提高了卫星的可靠性。如今,随着互联網和移动互联网的普及、移动通信和高清数据业务的发展,同步轨道通信卫星平台正在向大型化、高通量、长寿命的方向发展。

聪明又稳重的“大块头”

被大家称为“大块头”的东五平台可不是浪得虚名,东五平台有着我国迄今为止面积最大、展开方式最复杂的太阳翼。和现役的“东方红三号”“东方红四号”平台相比,东五平台的“块头”明显大了很多,起飞重量由上一代的5吨增加到8吨以上。

“块头”大了,“力气”自然也小不了,它的载荷承载能力是“东方红四号”平台的2.5倍以上。就拿太阳翼来说.它的单翼长度相当于两辆普通公交车首尾相连,而双翼展开则比波音737飞机的翼展还要宽10米。

“聪明”是对东五平台“智商”最直白的表述。比如,为了应对可能出现的在轨故障,平台采用了智能故障诊断与处理系统,相当于在卫星上安排了一位“坐诊医生”;针对日渐拥挤的空间环境,东五平台配备了智能化的频谱感知系统,避免发生有害的频率干扰……

另外,太阳能帆板的设计也令人拍案叫绝,它配置了两幅太阳翼,由之前的单翼4块板增加到单翼6块板。这种太阳翼结构采用二维二次展开方式,复杂性远远超过了“东方红四号”平台。

什么是二维展开?太阳能帆板先纵向呈“一”字形展开,再横向呈“+”字型展开。这种结构在增大太阳能帆板面积的同时,减小了展开长度,同时配合全新的半刚性设计,有效提高了太阳翼刚度,同时提升了卫星的姿态控制稳定性。

熟悉漫威电影的人都知道,拥有神奇战甲的“钢铁侠”之所以无所不能,是因为胸口的那块能量源。对于卫星来说,提升“战斗值”的能源就是电力。而东五平台的大面积太阳能帆板,再配合高性能锂电池和大功率供配电系统,使得整星输出功率达28千瓦,提供给有效载荷的电源功率达18千瓦以上,同时配合可展开式热辐射器,加大了卫星的散热能力。在这样强劲的电力能源供应和散热能力之下,东五平台的“武力值”飙升,它能够承载的有效载荷也由“东方红四号”平台的600千克,一跃增加到1.5吨以上,与国际上最先进的通信卫星平台相当。

“领跑者”的新本领

经常旅行的人都知道,目前,无论是在飞行的飞机上、远洋航行的船舶上,还是在高速运行的高铁上,我们都还无法享受网络冲浪带来的快感。但随着未来高通量通信卫星技术的发展,将会构建卫星宽带通信网络。到那个时候,无论你身处万米高空的飞机、急速飞驰的高铁,还是在茫茫大海的轮船上,以及那些荒无人烟之地,都可以高速浏览网页,甚至视频通话。

原来的卫星通信终端受卫星设计的限制,尺寸都比较大,一般都安装在建筑物上或者大型车辆上。而依托高通量卫星,通信卫星的终端接收装置就可以小型化,甚至是普通的家用SUV都可以安装,东五平台就瞄准了这样的应用。

东五平台在轨寿命长达16年,同时,该平台将首次搭载Q和V波段载荷,覆盖33~75GHz的全部频段。卫星定点后,将能提供高达1TB的数据通信带宽,为通信、广播、移动互联网提供支持。

这就意味着我国的卫星互联网服务将会更快、更好,为后续开展全球商业化服务奠定基础,能够较大地提升国际竞争力。年轻的东五平台正在努力奔跑,逐梦前行。它每走一步都在见证中国航天的发展速度。

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