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卫星平台

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卫星平台的基本认识 编辑本段回目录


  卫星平台(satellite plateform)由卫星服务(保障)系统组成、可以支持一种或几种有效载荷的组合体。卫星平台实际上就是除了有效载荷或有效载荷舱以外卫星的其余部分。卫星平台可以由卫星服务(保障)系统组合成一个或几个舱段,例如服务舱、推进舱和返回舱。从已研制成功的卫星分析,卫星平台不论安装什么有效载荷,其基本功能是一致的,只是具体的技术性能会有所差别。根据这一特点,世界上许多国家在卫星研制中,都采取卫星公用平台的设计思路,使卫星平台具有通用性,在一定范围内适应不同有效载荷的要求。也就是说,装载不同的有效载荷,卫星平台只做少量适应性修改即可。采用这种公用平台的设计方法,可以缩短卫星研制周期,节省研制经费,提高卫星可靠性。
  支撑卫星的有效载荷的卫星平台(platform)也称为服务舱(sevice module或 bus),一般分为以下几个系统:能源分系统为整个卫星提供能源;姿态轨道控制系统保持卫星天线指向和运行轨道的准确;推进系统为卫星定轨,保持轨道和控制姿态提供动量;遥测,测距和指令系统和地面控制中心联系;温度控制系统保证卫星各种器件工作在合适的温度。

现代卫星平台技术 编辑本段回目录


  现代卫星平台技术发展远景
  在90年代,卫星有效载荷和平台技术均得到了快速的发展,像星载计算机和电子推进装置长期以来一直是设计图纸上的概念,现在成为了现实。当然,在轨卫星也出现了计算机实效,太阳能帆板故障等问题。当然这并不是技术问题,一方面是由于竞争激烈,客户需求使得卫星厂家不得不缩短生产和测试的周期。无论是同步轨道或者低轨道卫星,卫星技术变得越来越复杂,但所有的卫星制造商,拥有者,保险公司都有一个共同的期望-高可靠性。
  现代卫星平台技术推进分系统
  当卫星发射定轨后,主要影响卫星寿命的因素不是电子器件的寿命而是保持卫星定点的燃料的数量。一般来说,卫星整体重量的25%是用来保持姿态和轨道的燃料。卫星的设计者也本着使卫星有更大有效质量原则来设计卫星-更多的器件,更少的燃料。休斯研制的氙离子发动机(xips),对燃料的的需求仅仅是原来的10%,97年发射的panamsat-5是第一个采用xips的卫星。劳拉根据俄国的设计开发的霍尔效应发动机(hall-effect)或称固定等离子体发动机,将用在2000年发射的法国stentor卫星上。着两种方案的目标相同,但实质上有很大的区别。休斯的xips实际上是比冲大但推力小的发动机,即发动机的效率很高达到使用较少燃料的目的,但由于推力器的推力太小,做一次机动可能需要几个小时的时间,这对有做轨道机动来说是不利的,尤其对有需要有时间效应的轨道倾角机动不利。轨道机动需要再短时间内提供大的速度变化。长时间的操作不得不考虑地球重力场对轨道的影响。劳拉的发动机对电能的需要不大,结构和电子设备都相对简单,如果说xisp是节省了重量而牺牲了时间,劳拉的发动机的燃料使用效率降低但提高的重量使用效率。使用传统的双组源燃料,卫星每年大约消耗2%的燃料来保持轨道,一般寿命为15年,改用新型的推进系统,每年使用的燃料降低到0.5%,可以使卫星寿命增加到20-30年。太阳能帆板的效能每年约下降1%,所以上寿命的卫星在多年后将面临功率问题。这时卫星的寿命取决于经济而非技术问题。
  现代卫星平台技术姿态和轨道控制分系统
  姿态和轨道控制分系统有各种传感器(地球传感器,太阳传感器,陀螺等),姿态轨道处理器(计算机)和执行机构(喷嘴,动量轮等)组成,用来确保卫星姿态指向和轨道定点误差在允许的范围内。尽管多年来对传感器的开发一直在进行,可能最有意义的是从机械陀螺到电子陀螺的跨越。比如在运载火箭上开始应用的激光陀螺,感知运动的原理是在比较在一组镜面之间相反方向上的光波的传播。由于质量和功率要求的原因目前尚没有应用到卫星上。
  日前休斯和nasa推进实验室开发了一种称为“芯片陀螺”,相比传统陀螺更轻,更便宜,结构更简单。尺寸为4*4mm,不到1克重。芯片陀螺感知高速旋转的微机械硅的震动,因为没有传统陀螺的转动结构和润滑油,这种陀螺的寿命应该是很长的。即使不能长寿,如此轻的陀螺不妨多装几个作为备份。
  现代卫星平台技术温控分系统
  卫星现在可以产生很高的功率,星载器件逐渐增多,功能日益强大,为卫星设计带来一个负面影响,电子器件都产生热量,实际上限制卫星功率增加的因素不是有没有能力增加功率而是有没有能力使得产生的热量可以被辐射(在太空中没有空气,热量的耗散只能靠热辐射,没有热传导)。一般来说,三轴稳定卫星的6个面板中只用了2个来辐射热量(北面板和南面板),这里温度较低可以有效的辐射热量,在其他的位置上安装热管和辐射器使得热量在整体上达到平衡,除了氨,在热管中使用甲苯或水等流动性物质达到星体内更高的热传导效果,也可以使用可伸展的辐射器以增加有效辐射面积。
  现代卫星平台技术的尺寸、重量和能量
  一直以来,卫星的尺寸和重量总是和发射火箭的运载能力联系在一起,在设计卫星的时候要考虑将要使用火箭的能力,而火箭也要考虑到卫星的特性。随着火箭技术的不断提高,卫星的大小和尺寸也不断升级,60年代的卫星约为1米见方,到90年代已经到了15米的长度,其中包括上天以后可以伸展的部分如太阳能帆板,天线等。最大的自旋通信卫intersat vi,由修斯公司于80年代制造,星体直径3.6米,高5.5米,如果天线完全展开,卫星高达11.7米,大概是4层楼高。现在的三轴稳定卫星如intersat vii,sinosat等卫星的星体为2-3米,帆板展开后长26米-8层楼高。
  另外一个和尺寸相关的因素当然是指质量,对卫星设计制造者来说是需要再整个项目阶段都要注意的事情-质量预算。较少的质量一方面可以使火箭将卫星送到更高的轨道,一方面可以允许卫星装载更多的燃料,可以有效延长卫星在轨寿命。同步轨道通信卫星的质量从80年代初的1吨左右到今天的3-4吨,卫星质量的增加表明卫星携带的有效载荷和质量增多了,说明卫星的能力也得到增强。当然,对于低轨道卫星的质量一直保持在1吨以下,近来出现的所谓“微小卫星”,质量仅在10-100公斤左右。为了满足卫星日益增多的有效载荷的能源需求,对于能源分系统的要求也不断增加。当卫星通信能力逐渐增大的同时,对卫星能源系统的要求也越来越高,70年代的卫星功率大约在1000w左右,80年代到达3000w,而在90年代,一般的卫星功率都在5000w以上。

我国构建成功四大卫星平台编辑本段回目录


  自1970年4月24日成功发射第一颗人造卫星“东方红一号”以来,30年间我国发射了48颗不同类型的卫星,初步形成了品种齐全的卫星系列,以遥感卫星、通信广播卫星、气象卫星等为主构成的四大卫星平台为我国国民经济的发展插上了腾飞的翅膀。在刚刚结束的“中国工业高科技论坛”上,中国空间技术研究院院长徐福祥在书面报 告中详细介绍了我国主要人造卫星系列及其应用。他宣布,我国目前已经完成了4个卫星系列的建构,即返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列,而“资源”地球资源卫星系列和“北斗”导航定位卫星系列也即将形成。这四个卫星系列共同构成了我国坚固的卫星服务平台。据介绍,四大卫星平台为我国的国民经济做出了巨大贡献。返回式遥感卫星在微重力和空间环境条件下的材料、生命科学实验、太空育种方面取得了可喜的成果;目前已经发射的10颗“东方红”系列通信广播卫星为很多部门提供了卫星通信业务服务,社会效益和经济效益十分明显;5颗在太空游弋的“风云”系列气象卫星的应用在我国天气预报和气象研究方面发挥了重要作用;已经发射的6颗“实践”科学探测与技术试验卫星主要用于空间辐射环境探测、单粒子效应实验等科学实验;我国与巴西合作以及自主研制发射的“资源”地球资源卫星广泛应用于农业、林业、水利、矿产、能源、测绘和环保等部门;2000年10月和12月,我国成功发射了两颗“北斗”导航试验卫星,为全天候、全天时给公路交通、铁路交通和海上作业提供卫星导航服务奠定了基础。

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