国外通信卫星公用平台发展趋势及启示

◎中国航天标准化与产品保证研究院 韩天龙 杜刚 陆宏伟 李宁

国外通信卫星公用平台发展趋势及启示

◎中国航天标准化与产品保证研究院 韩天龙 杜刚 陆宏伟 李宁

从20世纪60年代商业通信卫星进入国际市场以来，其市场需求日益增长。卫星作为系统组成复杂、投入成本高、批生产数量小、研制风险大、需求变化快的大型复杂航天产品，在一定程度上很难实现大批量的流水线生产，所以长期以来难以实现产品化、规模化发展。

20世纪70年代，部分国外主流卫星制造商在卫星设计过程中引入了模块化设计理念，将卫星有效载荷的保障系统作为单独组成部分进行独立研制，实现了通用化研发，并逐渐提出了卫星公用平台的研发理念，即通过采用通用化、系列化和模块化设计的公用平台取代传统卫星平台，并以此建立公用卫星平台生产线，以提高公用平台的生产效率，进而大幅提高卫星产能。在此理念的推动下，美国、欧洲等宇航发达国家或地区的主要卫星制造商先后研发形成了一系列通信卫星公用平台，取得了巨大效益。

尽管我国在20世纪末期提出了研制卫星公用平台的设想，但在型号任务牵引下，卫星平台的研制仍受到以满足单一型号任务需求为主的限制，在通用性和可靠性等方面与国外主流卫星公用平台相比还存在一定差距，难以充分体现卫星公用平台的实用价值。

为此，笔者在调研国外先进卫星制造商相关资料的基础上，对国外通信卫星研制特点及技术发展趋势进行了总结分析，并对照我国现阶段卫星公用平台的研制现状提出几点建议。

一、国外主流通信卫星公用平台现状

目前，国外主流卫星公用平台大致可分成遥感卫星平台、地球静止轨道通信卫星平台和微小卫星平台等3类。由于通信卫星较早地进入商业化运营阶段，卫星制造商面临着降低生产成本、缩短研制周期和提高可靠性的需求，美欧等国家的大型卫星制造商已建立了较为完整的通信卫星公用平台系列，主要包括以下几种类型。

1．A2100平台

洛克希德·马丁公司的A2100系列通信卫星平台根据规格尺寸可划分为A2100A、A2100AX/AXS、A2100AXX以及用于军事卫星的A2100M 4个型号，可支持多种类型的地球同步轨道通信任务，如电视广播、直播到户和地面移动通信等。A2100是S系列平台S-3000、S-7000等的替代型号，与S系列平台相比，其质量减小了26%，但可靠性提高了27%，同时降低了成本，缩短了生产周期。

2．BSS-702平台

波 音 公 司 的BSS-601和BSS-702系列卫星公用平台是在原休斯公司HS-601及HS-702平台的基础上发展起来的。其中，BSS-702平台是对BSS-601平台进行了风险降低改进，在保留原平台良好特性的同时增加了有效载荷配置的灵活性，以满足视频、语音、卫星直播和高速数据传输等通信服务的需求。BSS-702平台承载质量可达1200千克，是波音公司目前主要应用的静地轨道通信卫星平台。

除基本型外，BSS-702平台还包括其它扩展型号，如高功率的BSS-702HP平台、中等功率的BSS-702MP平台以及用于移动通信卫星的BSS-702GEM平台。其中，BSS-702MP平台是波音公司于2009年推出的改进型平台，其可根据任务需要调整卫星的覆盖范围和性能。

3．LS-1300平台

空间系统/劳拉公司的卫星以地球静止轨道通信卫星为主，其主要采用LS-1300系列平台，包括基本型和改进型。基本型平台的质量在2000～5000千克，扩展型平台的质量最大可达7吨。采用LS-1300平台的卫星自1993年至今已发射60多颗，采用扩展型平台发射的卫星近10颗。

此外，劳拉公司还曾提出了超大型通信卫星平台“20.20”。根据设计，整星发射质量为5000～7000千克，可扩展至8.5吨。卫星平台将采用最新的轻型材料结构、最新的电池技术、更高效的太阳电池板、霍尔效应等离子推力器和先进的控制、推进系统。

4．Spacebus-3000/4000平台

泰勒斯阿莱尼亚航天公司（原阿尔卡特·阿莱尼亚航天公司）的卫星公用平台涵盖了大型通信卫星平台、遥感卫星平台和小型卫星平台，其中Spacebus系列通信卫星平台是泰勒斯公司的主要产品，其Spacebus-3000/4000平台主结构采用中心承力筒结构，是泰勒斯公司目前主要应用的地球静止轨道多任务卫星公用平台。

5．EuroStar3000平台

Astrium公司的卫星公用平台包括Eurostar系列通信卫星平台、SPOT系列遥感卫星平台以及多种小型卫星平台。EuroStar3000系列卫星平台是该公司最新的卫星平台，包括EuroStar3000、EuroStar3000GM和EuroStar3000S 3个类型。基于EuroStar3000GM平台的整星发射质量达到5900千克，基于EuroStar3000和 EuroStar3000S平台的整星发射质量均为5000千克左右。

此外，Astrium公司与 泰勒斯阿莱尼亚航天公司正在联合研制新型通信卫星平台，即AlphaBus平台。其是由ESA和法国国家空间研究中心（CNES）共同投资开发的卫星公用平台，旨在满足新的宽带、广播和移动通信服务对通信载荷的市场需求。首颗搭载该平台的卫星是国际海事卫星公司的I-XL卫星。

与欧洲现有的Spacebus-4000平台和EuroStar3000平台相比，AlphaBus平台具备更大的承载能力，承载质量可达1200千克，整星发射质量可达6000～8100千克；AlphaBus扩展型平台的承载质量将达到1400千克。

二、国外卫星公用平台发展的典型特点

国外通信卫星平台的设计不断向高性能、高承载、长寿命、高可靠、型谱化、系列化、模块化和功能多样化方向发展，并随之将卫星公用平台的研制与卫星项目相对分离。

1．向高性能、高承载方向发展

卫星发射质量逐渐提高主要体现在通信卫星。近几年，国际一流卫星制造商签约的通信卫星发射质量均达到6吨，同时通信卫星有效载荷的承载能力也随卫星发射质量的提高而提升。

整星功率不断增大。只有提升了整星功率，才能提高通信卫星的有效载荷承载能力。例如，基于BSS-702HP平台的国际移动卫星-5F和基于LS-1300平台的ABS-2卫星功率均达到或超过12千瓦，基于EuroStar3000平台的SES-6卫星功率也达到15千瓦。

整星承载转发器数量不断增多。例如，加拿大Anik-F2卫星承载了94台转发器，国际移动卫星-5F承载了89台转发器,“卫讯”卫星承载了124台转发器，欧洲在研的AlphaBus平台将可搭载200个转发器。

2．向长寿命、高可靠方向发展

整星服务寿命达到新水平。目前通信卫星的在轨服务寿命可达到15年，部分商用通信卫星的在轨服务寿命甚至可达到18～20年。

电推进系统成为发展趋势。例如，BSS-702平台安装了4台25厘米离子推力器，A2100平台安装了4台MR-150单组元电弧推进器，LS-1300平台采用双组元推进加SPT-100电推进系统，电推进系统的应用将进一步提高平台使用寿命。

应用新型高效电源技术。例如，A2100平台的电源分系统采用了直接能量转化设计，可通过70伏电源总线将电能直接传送到有效载荷，最大限度减少电能损耗。

3．向型谱化、系列化发展

对国外主流卫星平台的分析可以发现，通信卫星平台的研制将向型谱化、系列化方向发展。以洛马、波音、Astrium公司等为代表的国际一流卫星制造商均按照型谱化的发展思路，研发并固化形成了一系列高适应性、长寿命（15年）、大功率（15～25千瓦）、多频段（全面支持C、Ku、Ka等频段）、可承担不同发射质量的卫星公用平台。

4．向设计模块化、接口标准化发展

BSS-702平台采用双模块设计，分别为平台舱和有效载荷舱，可实现卫星平台在短周期内的快速装配，并提供标准化的有效载荷接口，增加了有效载荷配置的灵活性；A2100平台的核心结构分为平台和有效载荷2个主要模块，其平台设备的通用化程度可达到80%，具有较高的模块化程度；Spacebus-3000/4000平台的特点在于模块化和弹性设计，可通过最小化的适应性改进满足任务需求。

5．向功能多样化发展

通信卫星平台主要应用于地球静止轨道通信卫星和气象卫星，随着性能的不断提高，卫星平台的应用领域已扩展到导弹预警卫星以及中高轨道的导航卫星，如采用A2100平台的高轨天基红外系统和GPS-3A卫星等，而静止轨道遥感卫星领域也在逐渐拓展应用。

另外，卫星公用平台的研制将逐步实现与卫星项目研制的相对分离。例如，波音、洛马、Astrium等公司都是先集中优势力量完成卫星公用平台的先期研制和首发星的应用，再实施批量采购和生产。

三、发展我国卫星平台的建议

卫星公用平台的研制和应用是宇航领域适应多任务、小批量研制特点，按照“好、快、省”要求实现产业化发展的必由之路，也是当前国外主流卫星制造商提升整星研制和供应能力所使用的基本方法。我国多年来一直采用以型号任务为牵引的科研生产管理模式，缺乏针对卫星公用平台的产品化研制、应用管理模式以及独立的专业化研制队伍。

因此，为满足新形势下大幅提升的卫星型号研制任务要求，我国航天企业必须在加大卫星型号研发投入的同时，针对卫星公用平台研究建立独立的产品化研制、应用管理模式，并建立独立于型号项目的专业化研制队伍。在此，笔者针对我国现阶段卫星公用平台的研制现状，对其后续发展提出几点建议：

一是从国际一流卫星制造企业通信卫星公用平台的技术发展趋势分析可以得出，后续我国通信卫星平台应进一步向高承载、大功率、长寿命方向发展，同时提升平台载干比和集成化程度。

二是进一步深化卫星公用平台的型谱化研究工作，以形成系列卫星公用平台型谱规划。系统研究卫星公用平台型谱化工作的总体方案和技术路线，以通信、遥感卫星等典型型号应用为重点，结合目前型号研制经验和现有技术基础，策划提出卫星公用平台型谱化要素、型谱化工作基本内容及实施流程、型谱化工作成果形式和应用管理要求（含平台选用和技术状态控制要求）等，并按照型谱有计划、有步骤地开展卫星平台开发和成熟度提升工作。

三是为进一步提升卫星公用平台的整体技术水平和性能指标，后续应加强对电推进、综合电子系统及新型高效电源等新技术的研究和应用，以有序开展产品更新换代工作。

四是充分研究卫星平台与载荷接口的标准化、模块化问题，相对分离整星项目研制与卫星公用平台的研制和维护工作。开展卫星平台与载荷接口的标准化、模块化研究，增强平台的通用性和可扩展性；同时，针对卫星公用平台建立专业化研制、应用管理模式，使卫星公用平台的研制摆脱型号的资源限制和技术束缚，并依据公用平台自身的技术要求和客观规律实现独立发展。

五是加强对卫星公用平台的开发力度和对卫星公用平台首发星的成熟度评价、提升和技术状态固化、维护等工作，编制并完善卫星公用平台技术状态固化及成熟度培育的相关规范，同时针对卫星公用平台建设专业化研制、应用管理模式以及独立的全寿命周期技术管理队伍。

六是在卫星公用平台技术状态固化和成熟度培育的基础上，结合后续任务需求，对成熟卫星公用平台有针对性地开展平台批生产工作，以提高卫星公用平台的研制效益，最大限度地提高平台应用数量。▲