洛馬公司A 2100衛(wèi)星平臺的設(shè)計與應(yīng)用

翟峰（中國衛(wèi)星通信集團有限公司） 朱貴偉（北京空間科技信息研究所）

A2100衛(wèi)星平臺是洛馬公司（Lockheed Martin）為新一代高功率、大容量地球靜止軌道通信衛(wèi)星而推出的主流衛(wèi)星平臺，設(shè)計壽命為15年，功率可擴展至15kW。其主體為箱板式結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計，支持移動、固定和廣播等多種通信有效載荷。在模塊化思想的指導(dǎo)下，A2100衛(wèi)星平臺大大減少了零部件的數(shù)量，簡化建造過程，提升在軌可靠性，并降低了衛(wèi)星的質(zhì)量和成本。衛(wèi)星研制和總裝的地點相鄰，便于縮短研制周期。此外，該衛(wèi)星平臺還與多種運載火箭相兼容，包括“宇宙神”、“德爾他”、質(zhì)子號、“阿里安”和“長征”系列火箭等。

1 研制背景

為應(yīng)對21世紀(jì)通信衛(wèi)星的需求，同時進一步提升其衛(wèi)星研制能力，洛馬公司于20世紀(jì)90年代初開始研制新一代通信衛(wèi)星平臺—A2100。研制之初，洛馬公司針對未來的需求提出了一系列的總體目標(biāo)，包括：大大降低衛(wèi)星質(zhì)量、成本和研制周期；設(shè)計高度模塊化衛(wèi)星平臺；非商業(yè)衛(wèi)星在部件級的公用率要達到80%；研制衛(wèi)星平臺要經(jīng)過驗證的鑒定試驗；開發(fā)一整套標(biāo)準(zhǔn)部件并進行鑒定，減少重復(fù)工作；增加衛(wèi)星的自主性，降低運行成本。

A2100衛(wèi)星平臺在1996年首次經(jīng)過飛行驗證，此后隨著技術(shù)的進步，不斷融入新的技術(shù)，例如霍爾效應(yīng)推力器、鋰離子電池、多結(jié)砷化鎵太陽能電池等技術(shù)，逐步提高了衛(wèi)星平臺的性能，針對不同的應(yīng)用形成了衛(wèi)星平臺系列，包括A2100A、A2100AX、A2100AXS和A2100M等。

基于A2100衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星研制主要由洛馬公司的商業(yè)航天系統(tǒng)部負責(zé)，衛(wèi)星工廠位于美國的賓夕法尼亞州，整個工廠可同時生產(chǎn)16顆衛(wèi)星。A2100系列衛(wèi)星平臺在近20年的時間里被全球多家通信衛(wèi)星運營商廣泛采用，包括美國的SES美國通信（SES Americ om）公司和回聲星（ECHOSTAR）公司、加拿大的電信衛(wèi)星（Telesat）公司、亞洲的亞洲蜂窩衛(wèi)星（ACeS）公司、日本衛(wèi)星系統(tǒng)（JSAT）公司和韓國電信（KT）公司，以及歐洲的SES阿斯特拉（SES Astra）公司，等等。

2 衛(wèi)星平臺設(shè)計

A2100系列衛(wèi)星平臺主要具有以下特點。

1）較高的性能：可提供15kW的供電功率以及超過6500kg的衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量。

2）采用了箱板式結(jié)構(gòu)：衛(wèi)星平臺的核心結(jié)構(gòu)是由鋁蜂窩型石墨環(huán)氧樹脂夾層平板構(gòu)成，所有燃料箱和絕大部分推進設(shè)備都直接連接在衛(wèi)星平臺上。

3）采用了模塊化設(shè)計：A2100衛(wèi)星平臺分成兩個主要部分：衛(wèi)星平臺艙和有效載荷艙。電池以模塊形式從外部安裝在衛(wèi)星平臺基座上，方便了安裝和熱隔離。有效載荷的安裝面積和散熱能力僅通過加長或縮短中心結(jié)構(gòu)和散熱器板就可以得到改進。

A2100衛(wèi)星平臺主要參數(shù)

采用A2100M衛(wèi)星平臺的先進極高頻－1衛(wèi)星

4）系列化：由于采用了箱板式和模塊化的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)載荷的情況對衛(wèi)星平臺的配置進行剪裁，以配合載荷的不同需求。為了進一步貫徹模塊化理念，在對潛在需求進行分析的基礎(chǔ)上，洛馬公司對A2100衛(wèi)星平臺根據(jù)載荷情況進行了系列化的設(shè)計，在A2100衛(wèi)星平臺基本型的基礎(chǔ)上形成了衛(wèi)星平臺系列，包括A2100A、A2100AX等。

5）適應(yīng)多種載荷：由于A2100衛(wèi)星平臺的系列化設(shè)計，使其對于各種載荷的適應(yīng)能力大大加強，它不僅可以用于通信衛(wèi)星載荷，還可用于“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）地球靜止軌道導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。

6）縮短了衛(wèi)星的研制周期：由于采用模塊化和系列化的衛(wèi)星平臺設(shè)計，使得載荷與衛(wèi)星平臺之間的相關(guān)性得以降低，它們的設(shè)計、制造、測試等工序都可以并行進行，大大提高了效率，縮短了衛(wèi)星研制周期。洛馬公司宣稱收到訂單后可以在18個月內(nèi)交付衛(wèi)星。

7）高可靠性：由于采用了模塊化和系列化的設(shè)計，使得衛(wèi)星平臺的零部件的通用率和可靠性提高。A2100衛(wèi)星平臺可以說是世界上可靠性最高的靜止軌道衛(wèi)星平臺之一。

3 應(yīng)用情況

截至2012年6月底，采用A2100衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星共計發(fā)射47顆，廣泛應(yīng)用于軍事、民用和商業(yè)通信衛(wèi)星。下面就部分衛(wèi)星平臺型號的典型衛(wèi)星及其應(yīng)用情況進行簡要介紹。

A2100A衛(wèi)星平臺是A2100的縮減版本，質(zhì)量和能力有所降低。采用該衛(wèi)星平臺的典型衛(wèi)星是越南衛(wèi)星－1（Vinasat－1），其用戶是越南郵電組織（VNPT）。該衛(wèi)星質(zhì)量2600kg，裝載C和Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定點132°（E），設(shè)計壽命為15年。其所提供的廣播、電視和電話業(yè)務(wù)可以覆蓋全境，提高越南的電信水平。

A2100AX衛(wèi)星平臺功率為6～12kW，最大發(fā)射質(zhì)量為4700kg。采用這一衛(wèi)星平臺的典型衛(wèi)星有尼米克－1、2（Nimiq－1、2）衛(wèi)星，質(zhì)量3600kg，設(shè)計壽命12年。尼米克－1、2配備高性能的Ku、Ka頻段，裝有32臺24MHz的Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，配備120W功率放大器；另外，尼米克－2帶有Ka頻段載荷，提供寬帶業(yè)務(wù)。

A2100AXX陸地移動衛(wèi)星平臺功率為6～12kW，最大發(fā)射質(zhì)量5000 kg，采用這種衛(wèi)星平臺的典型衛(wèi)星為2000年2月發(fā)射的印度尼西亞格魯達－1（Garu d a－1）通信衛(wèi)星，又名“亞洲蜂窩衛(wèi)星”（Ac e S），它是世界上第一顆地球靜止軌道（GEO）區(qū)域個人移動通信衛(wèi)星。

A2100AXS衛(wèi)星平臺是A2100AX的增強型，可提供7.5～12kW的功率，最大發(fā)射質(zhì)量6000kg。采用這一衛(wèi)星平臺研制的典型衛(wèi)星為新天空衛(wèi)星－6（NSS－6），該衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量4575kg，壽命初期功率10kW，設(shè)計壽命14年。它采用Ku頻段通信，同時支持Ka頻段上行傳輸，可以提供高速、全交互式的互聯(lián)網(wǎng)接入和其他多媒體通信業(yè)務(wù)。新天空衛(wèi)星－6采用獨特的配置，可以滿足各類用戶不斷變化的需求，典型用戶包括國際互聯(lián)網(wǎng)提供商、電視直播服務(wù)商、寬帶服務(wù)商及私營公司。該衛(wèi)星裝載60臺Ku頻段36MHz轉(zhuǎn)發(fā)器，可形成6個區(qū)域波束，分別覆蓋印度、中國、中東、澳大利亞、東南亞和東北亞等國家和地區(qū)。60臺轉(zhuǎn)發(fā)器中有15臺可切換至6個區(qū)域波束中的任意一個，靈活應(yīng)對市場需求變化。每個區(qū)域波束均由一套獨立的高增益天線系統(tǒng)形成，等效全向輻射功率為51～53d BW。此外，新天空衛(wèi)星－6還有12個Ka頻段上行點波束，75～90cm口徑小型地面天線可實現(xiàn)1Mbit/s以上的上傳速率，有效應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量不對稱的問題。

A2100M衛(wèi)星平臺采用了抗輻射加固等安全保護措施，主要用于軍用衛(wèi)星，如“先進極高頻”（AEHF）、“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”（MUOS）、“天基紅外系統(tǒng)”地球靜止軌道導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星?！跋冗M極高頻”衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量為6577kg，已經(jīng)達到了超大型衛(wèi)星平臺的水平。