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衛星平台(satellite plateform)由衛星服務(保障)系統組成、可以支持一種或幾種有效載荷的組合體。衛星平台實際上就是除了有效載荷或有效載荷艙以外衛星的其餘部分。衛星平台可以由衛星服務(保障)系統組合成一個或幾個艙段,例如服務艙、推進艙和返回艙。

1衛星平台的基本認識

從已研製成功的衛星分析,衛星平台不論安裝什麼有效載荷,其基本功能是一致的,只是具體的技術性能會有所差別。根據這一特點,世界上許多國家在衛星研製中,都採取衛星公用平台的設計思路,使衛星平台具有通用性,在一定範圍內適應不同有效載荷的要求。也就是說,裝載不同的有效載荷,衛星平台只做少量適應性修改即可。採用這種公用平台的設計方法,可以縮短衛星研製周期,節省研製經費,提高衛星可靠性。
支撐衛星的有效載荷的衛星平台(platform)也稱為服務艙(sevice module或 bus),一般分為以下幾個系統:能源分系統為整個衛星提供能源;姿態軌道控制系統保持衛星天線指向和運行軌道的準確;推進系統為衛星定軌,保持軌道和控制姿態提供動量;遙測,測距和指令系統和地面控制中心聯繫;溫度控制系統保證衛星各種器件工作在合適的溫度。

2現代衛星平台技術

現代衛星平台技術推進分系統
當衛星發射定軌后,主要影響衛星壽命的因素不是電子器件的壽命而是保持衛星定點的燃料的數量。一般來說,衛星整體重量的25%是用來保持姿態和軌道的燃料。衛星的設計者也本著使衛星有更大有效質量原則來設計衛星-更多的器件,更少的燃料。休斯研製的氙離子發動機(xips),對燃料的的需求僅僅是原來的10%,97年發射的panamsat-5是第一個採用xips的衛星。勞拉根據俄國的設計開發的霍爾效應發動機(hall-effect)或稱固定等離子體發動機,將用在2000年發射的法國stentor衛星上。著兩種方案的目標相同,但實質上有很大的區別。休斯的xips實際上是比沖大但推力小的發動機,即發動機的效率很高達到使用較少燃料的目的,但由於推力器的推力太小,做一次機動可能需要幾個小時的時間,這對有做軌道機動來說是不利的,尤其對有需要有時間效應的軌道傾角機動不利。軌道機動需要再短時間內提供大的速度變化。長時間的操作不得不考慮地球重力場對軌道的影響。勞拉的發動機對電能的需要不大,結構和電子設備都相對簡單,如果說xisp是節省了重量而犧牲了時間,勞拉的發動機的燃料使用效率降低但提高的重量使用效率。使用傳統的雙組源燃料,衛星每年大約消耗2%的燃料來保持軌道,一般壽命為15年,改用新型的推進系統,每年使用的燃料降低到0.5%,可以使衛星壽命增加到20-30年。太陽能帆板的效能每年約下降1%,所以上壽命的衛星在多年後將面臨功率問題。這時衛星的壽命取決於經濟而非技術問題。
現代衛星平台技術溫控分系統
衛星現在可以產生很高的功率,星載器件逐漸增多,功能日益強大,為衛星設計帶來一個負面影響,電子器件都產生熱量,實際上限制衛星功率增加的因素不是有沒有能力增加功率而是有沒有能力使得產生的熱量可以被輻射(在太空中沒有空氣,熱量的耗散只能靠熱輻射,沒有熱傳導)。一般來說,三軸穩定衛星的6個面板中只用了2個來輻射熱量(北面板和南面板),這裡溫度較低可以有效的輻射熱量,在其他的位置上安裝熱管和輻射器使得熱量在整體上達到平衡,除了氨,在熱管中使用甲苯或水等流動性物質達到星體內更高的熱傳導效果,也可以使用可伸展的輻射器以增加有效輻射面積。

現代衛星平台技術的尺寸、重量和能量

一直以來,衛星的尺寸和重量總是和發射火箭的運載能力聯繫在一起,在設計衛星的時候要考慮將要使用火箭的能力,而火箭也要考慮到衛星的特性。隨著火箭技術的不斷提高,衛星的大小和尺寸也不斷升級,60年代的衛星約為1米見方,到90年代已經到了15米的長度,其中包括上天以後可以伸展的部分如太陽能帆板,天線等。最大的自旋通信衛intersat vi,由修斯公司於80年代製造,星體直徑3.6米,高5.5米,如果天線完全展開,衛星高達11.7米,大概是4層樓高。現在的三軸穩定衛星如intersat vii,sinosat等衛星的星體為2-3米,帆板展開后長26米-8層樓高。
另外一個和尺寸相關的因素當然是指質量,對衛星設計製造者來說是需要再整個項目階段都要注意的事情-質量預算。較少的質量一方面可以使火箭將衛星送到更高的軌道,一方面可以允許衛星裝載更多的燃料,可以有效延長衛星在軌壽命。同步軌道通信衛星的質量從80年代初的1噸左右到今天的3-4噸,衛星質量的增加表明衛星攜帶的有效載荷和質量增多了,說明衛星的能力也得到增強。當然,對於低軌道衛星的質量一直保持在1噸以下,近來出現的所謂「微小衛星」,質量僅在10-100公斤左右。為了滿足衛星日益增多的有效載荷的能源需求,對於能源分系統的要求也不斷增加。當衛星通信能力逐漸增大的同時,對衛星能源系統的要求也越來越高,70年代的衛星功率大約在1000w左右,80年代到達3000w,而在90年代,一般的衛星功率都在5000w以上。

3中國構建成功四大衛星平台

自1970年4月24日成功發射第一顆人造衛星「東方紅一號」以來,30年間中國發射了48顆不同類型的衛星,初步形成了品種齊全的衛星系列,以遙感衛星、通信廣播衛星、氣象衛星等為主構成的四大衛星平台為中國國民經濟的發展插上了騰飛的翅膀。在剛剛結束的「中國工業高科技論壇」上,中國空間技術研究院院長徐福祥在書面報 告中詳細介紹了中國主要人造衛星系列及其應用。他宣布,中國目前已經完成了4個衛星系列的建構,即返回式遙感衛星系列、「東方紅」通信廣播衛星系列、「風雲」氣象衛星系列和「實踐」科學探測與技術試驗衛星系列,而「資源」地球資源衛星系列和「北斗」導航定位衛星系列也即將形成。這四個衛星系列共同構成了中國堅固的衛星服務平台。據介紹,四大衛星平台為中國的國民經濟做出了巨大貢獻。返回式遙感衛星在微重力和空間環境條件下的材料、生命科學實驗、太空育種方面取得了可喜的成果;目前已經發射的10顆「東方紅」系列通信廣播衛星為很多部門提供了衛星通信業務服務,社會效益和經濟效益十分明顯;5顆在太空游弋的「風雲」系列氣象衛星的應用在中國天氣預報和氣象研究方面發揮了重要作用;已經發射的6顆「實踐」科學探測與技術試驗衛星主要用於空間輻射環境探測、單粒子效應實驗等科學實驗;中國與巴西合作以及自主研製發射的「資源」地球資源衛星廣泛應用於農業、林業、水利、礦產、能源、測繪和環保等部門;2000年10月和12月,中國成功發射了兩顆「北斗」導航試驗衛星,為全天候、全天時給公路交通、鐵路交通和海上作業提供衛星導航服務奠定了基礎。

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