東方紅五號（DFH-5），是中國自主研制的一種大型桁架式地球同步軌道大型衛(wèi)星公用平臺，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制。
東方紅五號整星發(fā)射重量8000kg，有效載荷承載能力達(dá)到1500kg，載荷功率18kW，具備120路以上轉(zhuǎn)發(fā)器和14副天線的布局能力。于2010年開啟研制，2015年獲得國家國防科工局和財(cái)政部立項(xiàng)批復(fù)，正式進(jìn)入工程實(shí)施階段。2019年，基于東方紅五號平臺研制的實(shí)踐二十號衛(wèi)星的長征五號運(yùn)載火箭遙三火箭順利發(fā)射升空，并于2020年1月5日成功定點(diǎn)。
東方紅五號具有“高承載、高功率、高散熱、高控制精度”等特點(diǎn)，可全面滿足2030年前各類用途衛(wèi)星需求，填補(bǔ)東方紅系列大型衛(wèi)星平臺型譜的空白。
歷史沿革
早在2008年通信衛(wèi)星事業(yè)部成立之初，中國航天科技集團(tuán)五院就啟動了對東五平臺的研制工作。2010年，航天科技集團(tuán)五院通信衛(wèi)星事業(yè)部以“新型衛(wèi)星平臺研究室”為依托，正式啟動對新一代通信衛(wèi)星平臺的研制工作，并自籌經(jīng)費(fèi)進(jìn)行先期技術(shù)攻關(guān)，開啟了東方紅五號衛(wèi)星平臺的研制之路。2015年，東方紅五號衛(wèi)星平臺正式獲得國家國防科工局和財(cái)政部立項(xiàng)批復(fù)，標(biāo)志著東五平臺的研制工作正式進(jìn)入工程實(shí)施階段。
2016年11月3日，東方紅五號搭載著實(shí)踐二十號衛(wèi)星的長征五號遙三火箭首飛成功，但在2017年7月2日的第二次飛行中遭遇失利。隨后，研制團(tuán)隊(duì)找出故障原因，認(rèn)真開展歸零工作，進(jìn)行了200余項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)。
2019年12月27日，基于東方紅五號衛(wèi)星公用平臺的首顆新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證衛(wèi)星——實(shí)踐二十號衛(wèi)星，在中國海南文昌航天發(fā)射場由長征五號遙三火箭成功發(fā)射升空并進(jìn)入預(yù)定軌道。2020年1月5日上午，實(shí)踐二十號衛(wèi)星成功定點(diǎn)在地球同步軌道，星上載荷陸續(xù)開通，標(biāo)志著該通信衛(wèi)星已具備正式提供服務(wù)的能力。
技術(shù)方案
總體設(shè)計(jì)
東方紅五號衛(wèi)星平臺由供配電、測控、綜合電子、姿軌控、化學(xué)推進(jìn)、電推進(jìn)、結(jié)構(gòu)和熱控八個分系統(tǒng)組成，采用分艙段模塊化設(shè)計(jì)，包括推進(jìn)艙、服務(wù)艙以及有效載荷艙，其中推進(jìn)艙與服務(wù)艙組成平臺的公用艙段部分，采用桁架式主承力結(jié)構(gòu)，大幅降低公用艙段的高度，并為不同形式載荷艙提供多個硬點(diǎn)連接的統(tǒng)一接口形式，實(shí)現(xiàn)公用艙段與有效載荷艙并行研制、快速連接。
平臺在配置化學(xué)推進(jìn)分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用電推進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星在軌全電推進(jìn)位置保持與角動量卸載，大幅減少衛(wèi)星推進(jìn)劑攜帶量，提高有效載荷承載效率。同時，基于東五平臺的衛(wèi)星可以采用化學(xué)推進(jìn)分系統(tǒng)的軌控發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)移，也可以采用軌控發(fā)動機(jī)與電推力器聯(lián)合變軌的入軌策略。
基于平臺的典型通信衛(wèi)星整體呈長方體構(gòu)型，衛(wèi)星南北面為散熱面，東西面和對地面安裝通信天線，南北面安裝太陽翼和熱輻射器。平臺采用智能化、自主化設(shè)計(jì)，采用高軌自主導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在軌自主姿態(tài)和軌道控制，并通過在軌自主的星務(wù)、能源、熱控管理以及在軌故障診斷、隔離與恢復(fù)設(shè)計(jì)，大幅提升衛(wèi)星的好用性和易用性，減少地面操作，提高用戶使用體驗(yàn)。
高承載、多適應(yīng)桁架式結(jié)構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)多載荷適應(yīng)性以及高承載能力，東方紅五號衛(wèi)星平臺采用桁架式主承力結(jié)構(gòu)形式，主承力結(jié)構(gòu)由“W”型梁板復(fù)合結(jié)構(gòu)以及對接環(huán)組成。針對不同有效載荷形式，載荷艙可采用桁架式、箱板式承力結(jié)構(gòu)形式，具有載荷適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。載荷艙力載荷通過兩艙接口向下傳遞，并通過桁架結(jié)構(gòu)傳遞至星箭對接環(huán)，具有傳力路徑簡單的特點(diǎn)。平臺結(jié)構(gòu)承載能力為8000kg，在衛(wèi)星平臺構(gòu)型不變的情況下，具備擴(kuò)展到9000kg的能力。
高效熱控系統(tǒng)
熱控分系統(tǒng)充分借鑒東四平臺衛(wèi)星的熱控技術(shù)，以主動熱控結(jié)合被動熱控技術(shù)作為熱控手段，利用衛(wèi)星南北板作為散熱面，設(shè)計(jì)可展開式熱輻射器作為擴(kuò)展散熱面。載荷艙采用三維熱管網(wǎng)絡(luò)、單相流體回路等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)載荷艙等溫化設(shè)計(jì)，散熱能力達(dá)到9kW。
先進(jìn)綜合電子系統(tǒng)
東五平臺綜合電子分系統(tǒng)采用以星務(wù)管理單元為控制中心，1553B總線為信息網(wǎng)絡(luò)，綜合業(yè)務(wù)單元等為下位機(jī)的集散型分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提供標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口和總線網(wǎng)絡(luò)通信模式，按照模塊化的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行功能整合。綜合電子分系統(tǒng)是平臺實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的核心系統(tǒng)，通過星務(wù)管理單元實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星星箭分離后的程控、高精度時間管理、整星FDIR、在軌自主星務(wù)管理、自主能源管理等功能。
20kW級超大功率供配電系統(tǒng)
東五平臺供配電分系統(tǒng)基于“太陽電池陣—蓄電池組”設(shè)計(jì)架構(gòu)，采用全調(diào)節(jié)統(tǒng)一母線，母線電壓100V。平臺采用繃弦式二維二次展開半剛性太陽翼、高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池片、大功率太陽帆板驅(qū)動機(jī)構(gòu)、大功率電源控制器、大容量高比能量鋰離子蓄電池組等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整星壽命末期分點(diǎn)28.4kW大功率供電能力。
高精度姿軌控系統(tǒng)
東五平臺衛(wèi)星在軌三軸穩(wěn)定，姿軌控分系統(tǒng)采用“姿軌控計(jì)算機(jī)為處理中心、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動單元和電推進(jìn)控制單元為驅(qū)動控制中心”設(shè)計(jì)。整星配置星敏感器、太陽敏感器、地球敏感器以及長壽命陀螺等姿態(tài)敏感器，具備多種姿態(tài)確定組合。
高效并聯(lián)排放化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)
東五平臺采用統(tǒng)一雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，配置4個并聯(lián)布置的板式全管理貯箱，能夠裝填超過3900kg的化學(xué)推進(jìn)劑，具備將整星從地球同步轉(zhuǎn)移軌道變軌至地球同步軌道的能力。化學(xué)推進(jìn)分系統(tǒng)設(shè)備全部布置在推進(jìn)艙，便于整星模塊化設(shè)計(jì)與研制流程優(yōu)化。此外，化學(xué)推進(jìn)分系統(tǒng)還采用了推進(jìn)劑大流量可重復(fù)加排技術(shù)，大幅減少衛(wèi)星加注時間。
大推力、多模式電推進(jìn)系統(tǒng)
電推進(jìn)分系統(tǒng)采用高比沖、可變推力的新一代電推進(jìn)系統(tǒng)，配置 LIPS-300 多模式離子推力器及矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。在 5kW 大功率模式下，具有大推力的特點(diǎn)，推力 200mN，比沖 3500s，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道后期變軌任務(wù)；在 3kW 小功率模式下，具有高比沖的特點(diǎn)，單臺推力器推力 100mN，比沖 4000s。實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星全壽命周期在軌全電推進(jìn)南北、東西位保以及動量輪角動量管理。
設(shè)計(jì)參數(shù)
技術(shù)特點(diǎn)
高承載
整星發(fā)射質(zhì)量8000kg，有效載荷承載質(zhì)量1500kg，有效載荷功率18kW，有效載荷布局能力達(dá)到120路以上（等效C頻段透明轉(zhuǎn)發(fā)器）。
大功率
東方紅五號衛(wèi)星平臺采用二維二次展開半剛性太陽翼、鋰離子蓄電池等技術(shù)，整星壽命末期功率達(dá)到28kW以上。
高散熱
平臺采用主動熱控、被動熱控結(jié)合的手段，實(shí)現(xiàn)有效載荷散熱能力9kW以上。
長壽命
平臺具備提供在軌服務(wù)16年的能力。
可擴(kuò)展
衛(wèi)星平臺設(shè)計(jì)預(yù)留承載、供配電、姿軌控以及熱控等擴(kuò)展能力。以典型通信衛(wèi)星為例，擴(kuò)展后整星發(fā)射質(zhì)量9000kg，有效載荷質(zhì)量1800kg，載荷功率22kW，布局轉(zhuǎn)發(fā)器150路（等效C頻段透明轉(zhuǎn)發(fā)器）以上。
研制意義
東方紅五號衛(wèi)星平臺是中國新一代地球同步軌道換代發(fā)展衛(wèi)星平臺，能力和技術(shù)指標(biāo)均處于國際先進(jìn)水平，平臺開發(fā)可引領(lǐng)飛行器研制領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新，帶動中國大型衛(wèi)星公用平臺升級換代和能力跨越提升，促進(jìn)元器件、原材料和重大共性關(guān)鍵技術(shù)的突破，支撐民用空間基礎(chǔ)設(shè)施和軍事航天裝備發(fā)展，形成國際商業(yè)衛(wèi)星競爭優(yōu)勢，并可全面滿足2030年前各類用途衛(wèi)星需求，填補(bǔ)東方紅系列大型衛(wèi)星平臺型譜的空白。
實(shí)踐二十號衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著東五平臺成熟度向前邁進(jìn)了一步，為東五平臺的全面推廣與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。尤其在當(dāng)下，商業(yè)化衛(wèi)星直播、應(yīng)急通信、移動通信、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的開展，以及常規(guī)固定衛(wèi)星通信事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，為衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)提供了豐富的需求和廣闊的市場。此外，相比東三、東四等現(xiàn)役衛(wèi)星平臺，東五平臺更大、更高、更強(qiáng)，具有“高承載、高功率、高熱耗、高控制精度”的特點(diǎn)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，可滿足中國近20年內(nèi)高通量通信衛(wèi)星的需求。
參考資料 >
珠海航展開幕，五院攜國之重器精彩亮相！.中國空間技術(shù)研究院.2024-05-20
東方紅5號衛(wèi)星平臺進(jìn)入工程階段 2018年首射.中國空間技術(shù)研究院.2024-05-20
東方紅五號衛(wèi)星平臺.中國空間技術(shù)研究院.2024-05-20
從起飛到定點(diǎn)的9個晝夜——東方紅五號衛(wèi)星公用平臺首飛試驗(yàn)星實(shí)踐二十號成功定點(diǎn)紀(jì)實(shí).中國航天科技集團(tuán).2024-05-20
航天科技東方紅五號衛(wèi)星平臺研制進(jìn)入實(shí)施階段.國務(wù)院國資委.2024-05-20
東方紅五號衛(wèi)星公用平臺首飛成功.人民網(wǎng).2024-05-20
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