卫星公用平台型谱规划

尹玉明 闫璇 王喜奎

（航天标准化与产品保证研究院，北京，100071）

文 摘：总结国外卫星公用平台 （波音、洛马、阿姆斯特留等欧美公司制造的卫星公用平台）的发展情况和特点，设计卫星公用平台型谱框架，明确平台型谱的设计原则，选取最能体现卫星公用平台型谱固有特性的特征参数，提出一个科学、合理的卫星公用平台型谱框架，形成有序发展的、成熟的、可应用的卫星公用平台系列。

卫星公用平台是指能够根据应用需求进行适应性变化或调整部分配置，从而支持多种有效载荷、满足多种任务要求的卫星平台。20世纪70年代，世界主流卫星制造商将卫星中的公共服务系统独立出来，开展通用化研发，从而有效地降低了卫星研制成本，有利于卫星研制规模化、产业化发展。进入21世纪以来，随着空间飞行器发射数量与在轨数量的不断增长，卫星发射任务日益增多，建立科学、合理的卫星公用平台型谱，用最少数目的不同规格平台满足当前和未来的发展需求，实现系列化发展。

1 国外主要卫星公用平台概况

在全球卫星制造业市场上，美国的波音公司、洛克希德·马丁公司、劳拉公司，欧洲的阿斯特留姆公司、泰雷斯·阿莱尼亚航天公司、萨瑞卫星技术有限公司等国外主要的宇航公司处于卫星制造业市场领先的地位，代表了较为先进的卫星技术能力。这些公司研制了不同系列的卫星公用平台，形成了真正意义上的通用化、系列化、模块化平台产品。其卫星公用平台产品得到了有序规划和发展，可满足高中低轨、大中小型卫星在通信、遥感、导航、科学与技术试验等多个领域的应用需求。

1.1 美国波音公司

图1 波音公司卫星公用平台型谱框架

1.2 美国洛克希德·马丁公司

洛克希德·马丁公司其通信卫星公用平台主要有A2100系列、LM系列、Mil-Star系列及DSCS-3系列等；遥感卫星公用平台主要有LMx系列和Tiros-N系列。

在通信卫星公用平台领域具有代表性的平台是 A2100系列平台，包含 A2100A、A2100AX、A2100M等子型。A2100系列平台电源功率从1.5kW到13kW，发射质量从1000kg～3900kg，设计寿命13年～15年，满足不同的用户需求，实现不同功率不同质量的覆盖能力。在遥感卫星公用平台领域，Tiros-N平台广泛应用于 “国防卫星气象计划” （DMSP）和 “诺阿” （NOAA）等美国气象卫星系列[2]。洛马公司卫星公用平台型谱框架如图2所示。

图2 洛马公司卫星公用平台型谱框架

1.3 欧洲阿斯特留姆公司

阿斯特留姆公司是欧洲空客集团下属子公司，主打的卫星公用平台覆盖全面。近年来，阿斯特留姆公司通过广泛并购，建立了更为丰富的卫星公用平台型谱。

欧洲星 （Eurostar）系列平台是阿斯特留姆公司典型的地球同步轨道通信卫星平台，Eurostar3000平台是其最新的主力卫星公用平台，卫星最大发射质量可达6150kg，其尺寸和性能具有非常灵活的变化模式，可以满足卫星设计和尺寸上的不断变化。

SPOT系列平台是阿斯特留姆公司的遥感卫星平台，包括MK1、MK2和MK3等子型。MK1、MK2平台主要应用于法国早期的SPOT系列商业卫星、Helios（太阳神）侦察卫星；MK3平台进一步提高了性能、改进了姿轨控和电子设备基础，定位于大型高分辨率成像卫星平台，主要应用于SPOT-5民用高分辨率遥感卫星和军用Helios-2卫星。

除此之外，阿斯特留姆公司还有针对极轨地球观测项目研制的欧洲极轨平台 （PPF平台）、与泰雷斯·阿莱尼亚公司联合开发了大型通信卫星平台AlphaBus等。阿斯特留姆公司卫星公用平台型谱框架如图3所示。

图3 阿斯特留姆公司卫星公用平台型谱框架

1.4 萨瑞卫星技术有限公司

萨瑞卫星技术有限公司 （SSTL公司）是由英国萨里大学组建的一家私营卫星制造公司，成立于1985年，旨在对该大学小卫星工程研究成果进行商业开发。SSTL公司全面涉足遥感、通信、导航、科学实验四大民事卫星领域和一些军事卫星领域，先后推出了SSTL-100增强型微型平台、SSTL-150微小型平台、SSTL-300、SSTL-600等卫星平台，其型谱框架如图4所示。

图4 萨瑞公司卫星公用平台型谱框架

2 国外卫星公用平台发展特点

综合国外卫星公用平台发展情况，总结其型谱特点，主要有以下几方面。

(1)燕窝植生穴。吴江涛等[19]在湖北清江隔河岩库区消落带生态恢复实践中，构造燕窝植生穴用以种植耐水淹陆生灌木和挺水植物，并取得了良好的效果。

2.1 轨道是卫星公用平台设计的必要约束条件

卫星公用平台的主要工作环境是卫星运行轨道。从国外卫星平台公司的系列框架可以看出，适用于不同轨道的卫星平台系列都有着不同的型谱框架。例如：美国洛马公司的A2100系列平台和LMx系列平台，A2100系列平台适用于地球静止轨道 （约36000公里），LMx系列平台适用于低地球轨道 （低于2000公里）。

2.2 整星发射重量与卫星公用平台设计密不可分

整星发射重量表征了卫星公用平台的规模，每一个系列的技术指标中，整星发射重量都不尽相同。例如：萨瑞公司卫星平台的四个系列，每一个系列的承载质量、平台质量和承载功率都有所不同。SSTL-100的整星发射重量为98kg，SSTL-150的整星发射重量为153kg，SSTL300的整星发射重量为368kg，SSTL-600的整星发射重量为629kg，其平台系列中的命名数字也与整星发射重量相关。

3 我国卫星公用平台型谱规划建议

“十三五”以来，我国持续面临着高强度研制、高密度发射的形势。商业航天需求爆发、国际竞争加剧，对卫星的可靠性要求较高的同时，也对卫星的研制效率和成本提出了较大的要求。以我国正在论证的 “低轨移动星座”为例，计划在近年完成几百颗卫星的发射组网。以传统型号为核心的卫星研制管理模式越来越难以满足我国对目前卫星研制能力的需求，迫切需要合理规划、设计卫星公用平台型谱，提高卫星公用平台可靠性，缩短研制周期，提升研制效益。

3.1 特征参数选取建议

对应平台型谱中每个规格的卫星公用平台，其主要功能性能指标包括：卫星轨道、整星发射重量、承载能力、设计寿命、姿控指向精度、姿控测量精度、定点精度、推进方式、运载火箭及接口等。通过分析研究国内外卫星公用平台发展现状可得出，卫星轨道、整星发射重量直接影响到卫星的总体方案和构型设计，是最能描述卫星公用平台的固有特性。

3.1.1 卫星轨道

轨道是卫星公用平台设计的必要约束条件，与满足卫星飞行任务要求直接相关。卫星轨道选择是卫星顶层设计和方案设计的前提 （或依据）之一，不同轨道高度对平台设计要求有较大差异，直接影响到卫星的总体方案和构型设计，如近地轨道、大椭圆轨道以及地球同步轨道等均有自己的特点，设计思想、设计方法也就不同。表1[3]列出了不同轨道上各种环境参数对卫星的影响。由此可知，多数环境参数对低轨道和中轨道产生的影响基本比较类似。结合我国卫星公用平台的应用情况，建议将中轨道和低轨道合成一类，高轨道作为一类。

表1 不同轨道上各种环境参数对卫星的影响

3.1.2 整星发射重量

整星发射重量是包含卫星平台、载荷的总重量，往往与卫星平台供电能力等性能正相关，因此可作为卫星公用平台规格划分的另一个主要技术指标[5]。整星发射重量应作为卫星公用平台型谱的第一类特征参数。

此外，根据实践积累的情况，为区分同一系列公用平台型谱不同规格差异的类型，可以将除卫星轨道和整星发射重量以外的平台突出特点作为公用平台型谱第二类特征参数，用于区分每个系列里的各个子型。根据国内外卫星及公用平台发展的实践，可以划分为基本型、增强型、敏捷型、全电推型等。

3.2 型谱体系框架设计

按照第一类特征参数进行平台系列分类，根据第二类特征参数形成若干平台子型。平台型谱体系框架可分为高轨道、中低轨道两大类，初步设计如图5所示。

图5 卫星公用平台型谱框架设计

3.3 型谱体系框架优化

卫星公用平台型谱应在平台体系框架的基础上，根据任务需求、应用数量等原则进行优化，一方面以覆盖现有需求为前提，对现有平台型谱规格进行整合与固化，有利于产品化和产业化发展；另一方面需要面向未来需求进行拓展，填补能力空白，以实现更为有效的管理和合理的应用[5]。

产品型谱是航天通用产品体系建设的核心要素[6]，开展卫星公用平台型谱研究与编制，在总结以往研制经验的基础上，通过产品的梳理、固化和能力提升，形成有序发展的、成熟的、可应用的卫星公用平台系列，引领卫星公用平台的建设与发展。

本文通过总结国外卫星公用平台发展情况，设计卫星公用平台型谱框架，分析研究后将卫星轨道和整星发射重量作为卫星公用平台型谱的主要特征参数，并进一步区分出若干平台子型。此外，卫星公用平台型谱建设是一项系统工程，需要随着卫星技术的不断发展持续研究。因此，平台型谱简表应定期进行更新维护与版本升级。