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50Gbps!我国通信容量最大卫星升空

来源:科技日报2020-07-10 09:29

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  7月9日20时11分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功将亚太6D卫星送入预定轨道,发射获得圆满成功。

  亚太6D卫星是由中国航天科技集团五院通信卫星事业部抓总研制的地球静止轨道高通量宽带通信卫星。记者从五院了解到,这是我国目前通信容量最大、波束最多、输出功率最大、设计最复杂的民商用通信卫星。它标志着我国高通量通信卫星研制能力达到国际先进水平。

  刷新国内同类通信卫星多项纪录

  在飞机、船舶、高铁等交通工具上,以及沙漠、荒山等地面基站信号覆盖不到的地方,如何满足用户对宽带互联网的应用需求?

  2016年7月,我国首个Ku频段全球高通量宽带卫星系统启动建设,亚太6D卫星正是该系统的首星。该卫星主要面向亚太区域用户,可提供全地域、全天候的卫星宽带通信服务,以满足海事通信、航空机载通信、陆地车载通信以及固定卫星宽带互联网接入等多种应用需求。

  五院西安分院亚太6D卫星副总师周颖介绍说,亚太6D卫星的通信容量达到50Gbps,相比2017年发射的我国首个高通量卫星——中星16号卫星,高出了1.5倍。

  高通量卫星如同架设在太空中的空间信号中转站,通过无线电信号转发,使地面用户与地面关口站的互联网连接。亚太6D卫星共有8个地面关口站,可以支持近100兆的应用速率。五院西安分院为卫星后续应用提供了天地一体化设计,可根据用户不同需求灵活分配频率资源,实现关口站之间的灵活切换。

  与传统广播电视卫星的广域波束天线覆盖方式不同,亚太6D卫星使用的是多波束天线,共有90个用户波束,形成对地面的“蜂窝式”覆盖。单波束容量可达1Gbps以上,可以为用户提供高质量的话音、数据通信服务。

  据五院亚太6D卫星总指挥、总设计师魏强介绍,该卫星在载荷重量、通信容量、设计复杂程度等方面,均刷新了国内同类通信卫星的纪录。项目团队先后攻克了Ku频段超宽带多端口功率放大器(MPA)、关口站灵活切换等诸多关键技术,使得卫星技术指标与能力达到国际先进水平。

  东方红四号增强型卫星平台首次亮相

  2010年,我国提出在东方红四号卫星平台基础上开展技术创新,全面提高我国通信卫星平台的国际竞争力。两年后,东方红四号增强型卫星平台(DFH-4E平台)研制工作正式启动。亚太6D卫星的发射,实现了该平台在国际商业航天舞台上的首次亮相。

  五院亚太6D通信卫星产品保证负责人石明介绍,DFH-4E平台具有高承载、大功率、长寿命、高可靠性等优势,能力更强、更加智能,能够满足未来各类卫星通信应用需求。

  有效载荷承载能力是衡量卫星平台能力的重要指标。基于DFH-4E平台研制的亚太6D卫星,有效载荷重量是普通东四平台卫星的1.5倍,转发器设备数量为2至3倍,波导数量是其近6倍。结合平台结构特点和卫星实际需求,项目团队创新提出“扩展通信舱”构型和“通信舱水平板”结构形式,并通过耦合热管设计,确保亚太6D卫星超大规模有效载荷既能放得下、摆得好,又能散热快、不发烧。

  通信卫星的服务寿命往往受到推进剂限制。亚太6D卫星采用化学推进和电推进全配置,就像太空中的油电混合动力汽车,通过我国自主研制的长寿命、高可靠LIPS200离子电推进技术完成南北位置保持,可全面满足15年服务寿命要求。电推进技术的使用,也让卫星的化学推进剂携带量大大减少,从而提高了有效载荷重量上限,进一步提升卫星应用价值。

  卫星超重怎么办?火箭瘦身

  亚太6D卫星的重量为5550公斤,对于火箭运力而言,它超重了。

  执行此次发射任务的长征三号乙运载火箭,地球同步转移轨道运载能力为5500公斤,比卫星重量少50公斤。卫星重量无法改变,只能让火箭在性能不减的前提下,通过自身减重来满足发射要求。

  对于起飞质量超过450吨的长征三号乙火箭来说,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细算,要想让它达到“瘦身”要求,并不比我们平时减肥更容易。航天科技集团一院火箭研制团队不得不一步步“做减法”。

  过去,长征三号乙火箭第三级上装有5个钛合金材质的补压气瓶。设计人员经过分析论证,在满足强度要求和使用需求的前提下,减少了一个气瓶,并用复合材料替代了钛合金材料。这让火箭整体重量减少了20公斤。

  三级贮箱的重量,对火箭运载能力的影响是1∶1的,也就是说贮箱重量减轻1公斤,火箭运载能力就能提高1公斤。在保证承载能力的前提下,设计人员对火箭贮箱的工艺和结构进行了优化,并在此基础上选用了更轻薄的壁板,使得贮箱重量直降10公斤。

  近年来,为了提高火箭适应性,长征三号乙火箭三级氢箱内共安装了4层环形防晃板,可满足所有轨道任务的需求。设计人员根据亚太6D卫星的实际轨道需求,减掉了两层防晃板,又为火箭减掉了20公斤。

  “通过这些改进,让火箭的运载能力满足了亚太6D卫星搭载需求。这对于长三乙火箭来说是前所未有的。”一院长三甲系列火箭总体副主任设计师张亦朴说。(记者 付毅飞)

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