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50Gbps﹗我國通信容量最大衛星升空

來源﹕科技日報2020-07-10 09:29

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  7月9日20時11分﹐我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭﹐成功將亞太6D衛星送入預定軌道﹐發射獲得圓滿成功。

  亞太6D衛星是由中國航天科技集團五院通信衛星事業部抓總研製的地球靜止軌道高通量寬帶通信衛星。記者從五院瞭解到﹐這是我國目前通信容量最大﹑波束最多﹑輸出功率最大﹑設計最複雜的民商用通信衛星。它標誌著我國高通量通信衛星研製能力達到國際先進水平。

  刷新國內同類通信衛星多項紀錄

  在飛機﹑船舶﹑高鐵等交通工具上﹐以及沙漠﹑荒山等地面基站信號覆蓋不到的地方﹐如何滿足用戶對寬帶互聯網的應用需求﹖

  2016年7月﹐我國首個Ku頻段全球高通量寬帶衛星系統啟動建設﹐亞太6D衛星正是該系統的首星。該衛星主要面向亞太區域用戶﹐可提供全地域﹑全天候的衛星寬帶通信服務﹐以滿足海事通信﹑航空機載通信﹑陸地車載通信以及固定衛星寬帶互聯網接入等多種應用需求。

  五院西安分院亞太6D衛星副總師周穎介紹說﹐亞太6D衛星的通信容量達到50Gbps﹐相比2017年發射的我國首個高通量衛星──中星16號衛星﹐高出了1.5倍。

  高通量衛星如同架設在太空中的空間信號中轉站﹐通過無線電信號轉發﹐使地面用戶與地面關口站的互聯網連接。亞太6D衛星共有8個地面關口站﹐可以支持近100兆的應用速率。五院西安分院為衛星後續應用提供了天地一體化設計﹐可根據用戶不同需求靈活分配頻率資源﹐實現關口站之間的靈活切換。

  與傳統廣播電視衛星的廣域波束天線覆蓋方式不同﹐亞太6D衛星使用的是多波束天線﹐共有90個用戶波束﹐形成對地面的“蜂窩式”覆蓋。單波束容量可達1Gbps以上﹐可以為用戶提供高質量的話音﹑數據通信服務。

  據五院亞太6D衛星總指揮﹑總設計師魏強介紹﹐該衛星在載荷重量﹑通信容量﹑設計複雜程度等方面﹐均刷新了國內同類通信衛星的紀錄。項目團隊先後攻克了Ku頻段超寬帶多端口功率放大器(MPA)﹑關口站靈活切換等諸多關鍵技術﹐使得衛星技術指標與能力達到國際先進水平。

  東方紅四號增強型衛星平臺首次亮相

  2010年﹐我國提出在東方紅四號衛星平臺基礎上開展技術創新﹐全面提高我國通信衛星平臺的國際競爭力。兩年後﹐東方紅四號增強型衛星平臺(DFH-4E平臺)研製工作正式啟動。亞太6D衛星的發射﹐實現了該平臺在國際商業航天舞臺上的首次亮相。

  五院亞太6D通信衛星產品保證負責人石明介紹﹐DFH-4E平臺具有高承載﹑大功率﹑長壽命﹑高可靠性等優勢﹐能力更強﹑更加智能﹐能夠滿足未來各類衛星通信應用需求。

  有效載荷承載能力是衡量衛星平臺能力的重要指標。基於DFH-4E平臺研製的亞太6D衛星﹐有效載荷重量是普通東四平臺衛星的1.5倍﹐轉發器設備數量為2至3倍﹐波導數量是其近6倍。結合平臺結構特點和衛星實際需求﹐項目團隊創新提出“擴展通信艙”構型和“通信艙水平板”結構形式﹐並通過耦合熱管設計﹐確保亞太6D衛星超大規模有效載荷既能放得下﹑擺得好﹐又能散熱快﹑不發燒。

  通信衛星的服務壽命往往受到推進劑限制。亞太6D衛星採用化學推進和電推進全配置﹐就像太空中的油電混合動力汽車﹐通過我國自主研製的長壽命﹑高可靠LIPS200離子電推進技術完成南北位置保持﹐可全面滿足15年服務壽命要求。電推進技術的使用﹐也讓衛星的化學推進劑攜帶量大大減少﹐從而提高了有效載荷重量上限﹐進一步提昇衛星應用價值。

  衛星超重怎麼辦﹖火箭瘦身

  亞太6D衛星的重量為5550公斤﹐對於火箭運力而言﹐它超重了。

  執行此次發射任務的長征三號乙運載火箭﹐地球同步轉移軌道運載能力為5500公斤﹐比衛星重量少50公斤。衛星重量無法改變﹐祗能讓火箭在性能不減的前提下﹐通過自身減重來滿足發射要求。

  對於起飛質量超過450噸的長征三號乙火箭來說﹐50公斤看似微不足道。然而航天器上的每一克重量都要精打細算﹐要想讓它達到“瘦身”要求﹐並不比我們平時減肥更容易。航天科技集團一院火箭研製團隊不得不一步步“做減法”。

  過去﹐長征三號乙火箭第三級上裝有5個鈦合金材質的補壓氣瓶。設計人員經過分析論證﹐在滿足強度要求和使用需求的前提下﹐減少了一個氣瓶﹐並用復合材料替代了鈦合金材料。這讓火箭整體重量減少了20公斤。

  三級貯箱的重量﹐對火箭運載能力的影響是1:1的﹐也就是說貯箱重量減輕1公斤﹐火箭運載能力就能提高1公斤。在保證承載能力的前提下﹐設計人員對火箭貯箱的工藝和結構進行了優化﹐並在此基礎上選用了更輕薄的壁板﹐使得貯箱重量直降10公斤。

  近年來﹐為了提高火箭適應性﹐長征三號乙火箭三級氫箱內共安裝了4層環形防晃板﹐可滿足所有軌道任務的需求。設計人員根據亞太6D衛星的實際軌道需求﹐減掉了兩層防晃板﹐又為火箭減掉了20公斤。

  “通過這些改進﹐讓火箭的運載能力滿足了亞太6D衛星搭載需求。這對於長三乙火箭來說是前所未有的。”一院長三甲系列火箭總體副主任設計師張亦樸說。(記者 付毅飛)

[ 責編﹕張佳興 ]
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