采用6大“黑科技”,实践二十号卫星经历7次轨道机动后成功定点

实践二十号卫星于2019年12月27日20时45分,由长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场发射。根据中国空间技术研究院此前发布的信息显示,实践二十号研制过程中采用了众多的“黑科技”。

2020年1月5日10时01分,我国实践二十号卫星经历七次轨道机动后,在36000公里高度的地球同步轨道成功定点。

实践二十号卫星于2019年12月27日20时45分,由长征五号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场发射,2000多秒后,火箭与卫星成功分离,将卫星送入预定轨道,任务取得圆满成功。

实践二十号卫星同时也是我国东方红五号卫星“公用平台”首飞试验星。从某种程度上讲,卫星“公用平台”好比“公共汽车”,通过搭载不同的“乘客”――载荷,实现卫星的应用性能。

长期以来,我国形成了以东方红三号、东方红四号等为代表的东方红系列卫星公用平台及型谱化产品。随着国民经济发展水平不断提升和国防现代化建设不断加速,对我国通信卫星性能跨越的需求越来越迫切。研制东方红五号平台的初衷,就是因为我国需要高通量的通信卫星。

按照设计指标,基于东方红五号平台的卫星起飞重量可达8至9吨,载荷承载能力可达1.5至1.8吨;整星功率超过28千瓦,提供载荷功率达18千瓦;载荷舱的散热能力达9千瓦;卫星设计寿命长达16年。这意味着,相比东方红三号、东方红四号等现役卫星平台,东方红五号平台更大、更强,相关性能达到国际领先水平。

根据中国空间技术研究院此前发布的信息显示,实践二十号研制过程中采用了众多的“黑科技”:

黑科技一:国内最大的太阳翼

太阳翼是为卫星提供电力的核心部件,全世界卫星制造商形成了一个通用准则那就是:太阳翼的顺利展开,才是宣布卫星发射成功的标志。实践二十号卫星身躯庞大,因此也拥有我国迄今为止面积最大、翼展最长、展开方式最复杂的太阳翼,双翼展开比波音737飞机的翼展还要宽上10米。

由于翼面积巨大,不能在入轨后一次性展开,实践二十号卫星在国内首次采用了“绷弦式”太阳翼。当火箭将卫星发射入轨后,太阳翼进行第一次展开;当卫星在太空飞行约一周后,太阳翼在3万6千公里的地球同步轨道进行二次展开。太阳翼面积的大大增加,就能带来源源不断的超强电流供给,

黑科技二:强劲的“关节”和“心脏”

实践二十号卫星巨大的太阳翼需要能够低速转动,保证始终朝向太阳,从而最大限度地获取太阳能。因此带动太阳翼转动的小“关节”就特别重要,实践二十号使用的太阳翼驱动机构(SADA)个头娇小,但却力量非凡,对冷热的耐受力也一流,它能在太空恶劣环境下轻轻松松承受巨型太阳翼展开带来的冲击载荷,驱动百来斤的质量转动,即使在国际上也处于先进水平。

此外,由于巨大的太阳翼提供了超强电流,让这些电流既不过大也不过小,能听话地流到卫星每一个角落,维持卫星的健康运转就特别重要了。研制人员为卫星配备了一颗“大心脏”――国内功率最大的电源控制器。它的功率比之前的产品增大3倍以上、功率密度提升2.5倍,重量却只增加了40%,实现了国产电源控制器从跟跑、并跑到领跑的跨越。

黑科技三:使用Q/V频率,通信容量大

提高卫星通信容量主要手段在于提高可用频段带宽。如果把静止轨道比作太空中的一条高速公路,那么这条高速公路是所有太空高速公路上最为拥挤的。而使用Q/V频段相当于把这条高速公路拓宽了4-5倍。

与之前发射的高通量卫星实践十三(中星16)号卫星相比,实践二十号卫星的Q/V频率带宽提高了近3G赫兹,达到了5G赫兹,能够为用户提供更多频率资源。

黑科技四:三种调制方式的激光高速通信

激光通信是天基信息网上的骨干节点及导航卫星组网运行的重要手段,实践二十号卫星搭载的五院研制的激光终端,将实现在轨的星地通信,通过双通道信号传输,可以实现10G左右的通信容量,相比于传统的微波通信,实现了指数级的增长,而且具备传输速率大、保密性好、抗截获能力强等优势。

相比于目前在轨应用的单一体制的激光终端,实践二十号卫星搭载了三种调制方式的激光终端,将进行长期的星地通信验证,为这项“黑科技”在空间站等未来航天器上的应用奠定基础。

黑科技五:“油电混动”让卫星更精准更平稳

实践二十号卫星采用的是由化学推进和电推进提供混合动力的推进方式,相当于卫星里的 “油电混动”。

化学推进力量大,效率低,适合快速变轨和调整卫星姿态,尽快将卫星送入既定工作轨道;电推进力量小,但推力精度高、效率高,适合在轨长期精确轨道调整。

实践二十号卫星的化学推进系统使用了最新的板式贮箱、超声波流量计等技术,实现了对燃料的精确测量和管理,极致“省油”。而电推进方面则是首次采用了LIPS-300电推进系统,具有两档工作模式,它的控制精度相当于以3小时流完一滴水的速度,为电推进系统的多模式转换提供了最“精确”的保障,由此,中国电推进研制水平已经达到国际领先。

黑科技六:可以“吐舌头”的“降温神器”

卫星的散热从来都是一个重要的问题,相比之前的型号,实践二十号卫星尺寸、体积、重量、功耗都要更大,产生的热量多,如果不及时散热,就可能导致元器件失效烧坏。为此,五院科研人员为它准备了一个“降温神器”――可展开式热辐射器。

这个“神器”在火箭发射时,会紧紧收拢在卫星内壁上,一旦卫星准确入轨,就会自动解锁并向外展开。就像小狗热了吐出个舌头一样,这扇特殊的窗户就相当于卫星的舌头。此次随实践二十号卫星搭载飞行成功,验证了这个“神器”能够有效解决航天器功耗增大和散热面积不足的矛盾,为未来万瓦级卫星平台的研制提供了有力支撑。

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