国外卫星公用平台发展综述

刘豪（北京空间科技信息研究所）

从20世纪60年代中期开始，商业通信卫星进入国际市场。为了缩短研制周期、降低研制成本、提高产品的竞争力，国外制造商提出采用模块化设计的卫星公用平台取代传统的卫星平台，建立卫星公用平台产品线，从而大幅提高通信卫星的产能。在尝到甜头后，各个制造商大力发展卫星公用平台，并把它应用于涵盖通信、遥感、导航、科学和技术试验等不同领域。经过40多年的推陈出新和稳步发展，国外先进宇航企业建立了不同的卫星公用平台型谱（国外习惯称“家族”）和产品线。

1 各卫星应用领域公用平台发展状况

在卫星公用平台的各个应用领域中，最典型的是通信和遥感，这两类应用卫星一般各具有相对稳定的性能，比如质量、轨道和电源，而且发射数量较多，因此研制卫星公用平台有利于实现批量化生产。

通信卫星领域

通信卫星平台的设计不断向模块化、系列化和多任务适应性方向发展。通信卫星平台越做越大，有效载荷载承比逐渐提高。目前，超大型通信卫星平台的有效载荷承载能力达到1200kg，发射质量达到6t以上，功率达到15kW以上。卫星平台姿轨控能力正日益提高，以适应通信有效载荷容量不断增大、种类不断增多的发展趋势。采用新技术、新工艺和新材料，例如电推进技术和新型高效电源技术的应用，提高了卫星平台的寿命和承载能力，微电子技术突飞猛进的发展也促进了卫星平台能力的提高。地球静止轨道通信卫星平台在中低轨道移动通信卫星、静止轨道遥感卫星中的应用也是一个重要的发展方向。

遥感卫星领域

在遥感卫星领域，目前有两大发展趋势：一方面发展更大型、可承载多种载荷的综合遥感卫星；另一方面利用小型卫星编队组网等更加灵活地完成遥感任务。国外大中型遥感卫星质量已达6～8t，寿命达5年或更长。目前，由不同公司开发的低轨遥感卫星平台基本覆盖了各类需求，体现了遥感卫星平台的先进性、通用性和可扩展性，可向有效载荷提供多种服务，综合了各种技术（光学、主动和被动微波）的未来对地观测卫星的需要。遥感小卫星采用微机电、新材料等新技术，以及柔性设计思想，使卫星平台设计向模块化、系列化和集成化方向发展。

导航卫星领域

目前，国外还没有专门为导航卫星而开发新型卫星平台，它一般采用成熟的通信卫星平台或多用途卫星平台进行适应性修改，如美国“全球定位系统”（GPS）卫星采用过洛马公司的LM－4000和A2100卫星平台，俄罗斯“全球导航卫星系统”（GLONASS）采用了“快讯”（Express）卫星平台，日本“准天顶”（QZS）系统采用了DS－2000卫星平台，欧洲“伽利略”（Galileo）系统的试验卫星采用萨瑞卫星技术有限公司（SSTL，以下简称萨瑞公司）的小卫星平台，业务卫星采用德国OHB公司的多用途卫星平台等。导航卫星系统一般采用同类卫星构成星座，各星状态基本相同，所以适于批量生产和“一箭多星”发射。

科学卫星领域

科学卫星包括用于研究行星、天体物理学、磁气圈研究、基础物理学等任务的卫星，这些卫星均具有各不相同的任务要求，比如具有不同的轨道几何学、不同的科学设备、不同的任务操作等，而且飞行机会比任何其他类型任务都少。因此，对于科学任务来说，难以考虑使用卫星公用平台。但是，为了有效地应对广泛的科学要求、降低成本、缩短制造进度和降低研制风险，国外开发了多种多用途卫星平台，并成功应用于多项科学任务，如欧洲的MITA、“灵活平台”（Flexbus）、“海神”（Proteus，它是“可重构的观测、通信与科学平台”的缩写）和“无数”（Myriade）等卫星平台，以及美国的LM－900、“微小卫星”（MicroStar）、“低轨星”（LEOStar）等卫星平台。

2 主要宇航企业卫星公用平台发展状况

采用A2100卫星平台的回声星－10（Echostar－10）卫星

如上所述，卫星公用平台的应用领域已经覆盖到通信、遥感、导航、科学与技术试验等各类应用卫星中，但卫星公用平台大体可以分为三类，即通信卫星平台、遥感卫星平台和多用途卫星平台。下面对国外宇航企业卫星公用平台型谱的发展状况进行简单介绍。

泰雷兹-阿莱尼亚公司

在通信卫星平台方面，泰雷兹-阿莱尼亚公司以“空间客车”（Spacebus）系列卫星平台为主，尤其是空间客车－4000系列通信卫星平台发展了空间客车－4000B1、4000B2、4000B3、4000C1、4000C2、4000C3和4000C4等多种型号，可提供5～15kW功率，卫星最大发射质量可达5900kg。此外，在欧洲航天局（ESA）的主导下，该公司与阿斯特留姆（Astrium）公司正在联合研制具有18kW有效载荷功率的“阿尔法平台”（Alphabus）。

在多用途卫星平台方面，近几年来该公司开发了两种先进的多用途小卫星平台：“海神”和“意大利多应用可重构平台”（PRIMA）。其中，“海神”卫星平台在经过修改后，凭借出色的性能，已被“全球星”（Globalstar）星座、O3b星座和“铱”（Iridium）星星座等广泛采用，获得了大批订单。该卫星平台已入选美国航空航天局（NASA）快速航天器研制办公室（RSDO）第三批卫星平台目录。

阿斯特留姆公司

阿斯特留姆公司近几年来通过广泛并购，建立了种类最多的卫星平台型谱。其中，通信卫星平台包括欧洲星－1000、2000、3000（Eurostar－1000、2000、3000）系列，当前主打的是欧洲星－3000，卫星最大发射质量达到6150kg；大型遥感卫星平台包括斯波特-MK（SPOT MK）系列卫星平台和“极轨”（PPF）卫星平台，另外还有卫星质量覆盖130～1200kg的低轨星－200、500、XO系列，“无数”卫星平台和“天体星”（Astrosat）系列卫星平台。阿斯特留姆公司收购了曾由道尼尔卫星系统公司（DSS）研制的“灵活平台”；2011年又收购了萨瑞公司，将其多种小卫星、微小卫星平台纳入麾下，包括“萨瑞纳卫星应用平台”（SNAP）、微小卫星－70和100、Constella，以及SSTL－150、300、400、600、900等卫星平台。

目前，阿斯特留姆公司主打的卫星平台覆盖领域全面，尤其是在收购萨瑞公司之后，卫星平台包括从纳卫星到超大型卫星各个层次。

洛马公司

洛马公司在早期研制了LM－3000、4000、5000、7000等地球静止轨道通信卫星平台，随着地球静止轨道通信卫星不断向大质量、高功率方向发展，这些卫星平台也逐渐被其A2100卫星平台所代替。A2100系列卫星平台包括A2100A、A2100AX、A2100AXS、A2100M等型号，功率覆盖范围为5.7～15kW，卫星最大发射质量达到6169kg。其中，LM－4000和A2100卫星平台经适应性修改也曾被用于导航卫星。另外，洛马公司还拥有“国防卫星通信系统”（DSCS）和 “军事星”（Milstar）卫星平台。LM－700卫星平台在20世纪90年代中期至21世纪初研制，主要用于“铱”星低地球轨道通信卫星。

在遥感领域，泰罗斯-N（TIROS N）卫星平台广泛应用于“国防气象卫星计划”（DMSP）和“诺阿”（NOAA）等美国气象卫星系列。其小型遥感卫星平台LM－900也可修改后用于科学应用。?

轨道科学公司

轨道科学公司在中、小型卫星研制方面积累了丰富的经验，主打中、小型卫星公用平台型谱，建立了覆盖通信、遥感和科学应用多个系列。

在通信卫星领域，轨道科学公司主推“星”（Star）卫星平台。该卫星平台采用模块化设计，结构质量轻便，专为简便集成而设计，可降低卫星研制周期。虽然“星”卫星平台主要面向卫星固定业务和卫星广播业务，但是经过适应性调整后，也可用于地球和空间科学应用，以及技术验证或风险降低项目。采用星－2卫星平台的卫星发射质量不到2500kg，有效载荷质量400kg。在星－2卫星平台的基础上，轨道科学公司进一步发展了星－2.4和2.7两种卫星平台。采用星－2.4卫星平台的卫星发射质量为2400kg，有效载荷功率提高到5kW；星－2.7卫星平台有效载荷功率达到7.5kW。

SA－200系列卫星平台原是由美国的光谱宇航公司（Spectrum astro，后属通用动力先进信息系统公司）在多年小卫星研制经验的基础上形成的一个高性能平台，适用于低轨道空间任务，通过适应性修改，也能支持中高轨道和静止轨道空间任务。2010年，轨道科学公司收购了通用动力先进信息系统公司的航天器研制业务，从而使该系列卫星平台归轨道科学公司所有。在美国航空航天局快速航天器研制办公室第三批卫星平台目录中，轨道科学公司的300HP和300S两种卫星平台实际上就来源于光谱宇航公司的SA－200HP和SA－200S。

在小型多用途卫星平台方面，轨道科学公司发展了“低轨星”系列和“迷你星”（Ministar）、“微小卫星”等卫星平台，适用于通信、遥感、技术验证和空间科学等多种飞行任务。

波音公司

采用BSS－702卫星平台的电视直播－12（DirecTV－12）卫星

波音公司主打通信卫星系列平台，开发了以BSS－601和702为代表的地球静止轨道通信卫星平台。BSS－601系列卫星平台共推出基本型、高功率型BSS－601HP、专用于中地球轨道移动通信的BSS－601M、用于地球静止轨道业务环境卫星（GOES）的BSS－601 GOES、用于“跟踪与数据中继卫星”（TDRS）的BSS－601 TDRS等型号，最大可提供10kW功率。BSS－702系列卫星平台发展了高功率型BSS－702HP、中功率型BSS－702MP和全电推进型BSS－702SP，可提供的功率范围为3～18kW，卫星最大发射质量达到6116kg。波音公司近几年开始在卫星研制中采用“精益制造”模式，其BSS－702MP和702SP卫星平台分别一次性签署了4颗卫星订单，通过批量生产降低研制成本和周期。目前，除了BSS－601HP卫星平台偶尔用于数据中继卫星以外，该系列卫星平台已基本不再使用，取而代之的是全新的BSS－702卫星平台产品线。

劳拉公司

采用BSS－702卫星平台的国际通信卫星－22结构图

劳拉公司在1990年10月收购福特宇航公司之后，成立了劳拉空间系统公司，并回购了原属欧洲制造商的全部股权，自此劳拉公司成为发展最快的商业通信卫星及分系统的制造商。劳拉公司提供整星服务，包括卫星平台、通信有效载荷、风险管理、保险、运行控制和发射系统采购。其LS－1300卫星平台的研制始于20世纪80年代中期，期间经历了数次升级换代，功率、通信能力和寿命都得到了很大改进。目前，LS－1300卫星平台主要用于地球静止轨道通信卫星，其型谱包括：LS－1300（基本型）、1300GOES-NEXT（用于下一代地球静止轨道业务环境卫星）、1300S（扩展型）等。不同版本的LS－1300卫星平台的卫星功率从5～25kW不等，卫星最大发射质量可达6910kg，最大有效载荷质量为1200kg。

3 国外卫星公用平台发展途径分析

纵观国外卫星公用平台的发展历程，可以看出其大致有两种发展途径。

综合优选途径

最初的卫星公用平台是通过某种卫星型号的研制和发射，以该型号的卫星平台为基础，进行适当修改，建立标准卫星平台，使其不仅能适用于同一型号不同批次的卫星，而且也能适应其他型号卫星。比如在波音的BSS－301～393系列近20种卫星平台中，最为成功的是BSS－376卫星平台，该卫星平台从1980年首次发射一直使用到2003年，共发射卫星60颗，先后推出BSS－376基本型、376HP、376L和376W等多种型号卫星平台。

规划发展途径

在新卫星平台开发初期，是按照模块化思想加强卫星平台顶层设计，使之具有一定的适应性和灵活性，满足各种型号，甚至不同系列卫星的有效载荷，以及兼顾未来可能出现的新型号卫星需要，进行功能扩展。这种思路使得卫星平台的开发更具有针对性，避免重复研制和无序改进，从而有规划、有步骤地发展。目前，国外主流的卫星公用平台均采用此种思路，如劳拉公司的LS－1300系列、波音公司的BSS－601和702系列、洛马公司的A2100系列、轨道科学公司的“星”系列、泰雷兹-阿莱尼亚公司的“空间客车”系列和“海神”小卫星平台、阿斯特留姆公司的“欧洲星”系列、日本的DS－2000系列卫星平台等。

总体而言，无论是哪种发展途径，国外都将卫星平台看作是一种系统级的产品，通过应用不同程度的模块化设计，积极在卫星平台产品线中引入新技术，不断对已有卫星公用平台进行能力扩展，不断淘汰落后卫星平台，发展出先进的、最具效费比的公用卫星平台型号，提升市场竞争力。

4 启示

目前，国外先进宇航企业已经为不同用途的卫星研制了不同系列的卫星公用平台，形成了真正意义上的通用化、系列化和模块化卫星平台产品。其以卫星公用平台和现货产品为基础，基本实现了卫星型号研制生产的准流水线作业，型号研制过程是以采购货架产品为主进行系统快速集成创新的过程。在控制和缩短研制周期的同时，保证了产品质量与可靠性，降低了项目的风险，产生了极大的经济、军事和社会效益。

我国虽已初步形成了卫星公用平台系列型谱，但型谱的覆盖性不够完整，综合技术能力存在一定差距，产品化、通用化程度较低，技术升级缓慢，影响型号研制成本、周期和市场竞争力。为了加快构建我国航天科技工业新体系，实现卫星研制能力从大国向强国转型的更高需求，我国应认真规划和完善卫星公用平台型谱，有组织、有目的地加强卫星公用平台技术升级，建立健全卫星公用平台配套产品型谱体系，促进卫星公用平台更快、更好地发展。