国外商业通信卫星平台可靠性分析

刘豪（北京空间科技信息研究所）

进入21世纪以来，通信卫星技术高速发展，大容量、高功率、长寿命、高可靠的通信卫星是当前全球商业通信卫星领域发展的主流。通信卫星平台的可靠性已成为卫星运营商、卫星制造商以及航天保险人和经纪人所关注的焦点。商业通信卫星平台的可靠性通常用卫星故障率、保险损失率等指标来衡量。2004年左右，国外咨询机构对商业通信卫星平台的可靠性进行了研究，认为美国洛马公司的A2100卫星平台是全球可靠性最高的卫星平台。而今，上述结论似乎已经成为历史，研究表明，欧洲星－3000（Eurostar－3000）卫星平台已成为目前全球可靠性最高的卫星平台。

1 国际市场主要通信卫星平台及其应用情况

自1989年6月5日发射超鸟－A（Superbird－A）卫星以来，截止到2012年1月1日，采用劳拉公司的LS－1300卫星平台的卫星共发射了83颗，年均发射数量达到3.6颗。其中，采用LS－1300基本型卫星平台的卫星已发射63颗，采用LS－1300S扩展型卫星平台的卫星2003年进行了首次发射，迄今已发射了20颗卫星。

采用欧洲星－3000卫星平台的首颗卫星—欧洲的W3A于2004年3月15日发射，虽然该卫星平台投入市场较晚，但取得了不俗的业绩，迄今共应用于27颗上天的卫星，年均发射3.4颗。

A2100平台凭借洛马公司在武器装备研制领域的良好信誉，自用于1996年9月8日发射的美国通信－1（AMC－1）卫星以来，共应用于43颗卫星，年均发射2.7颗。

轨道科学公司的星－2（Star－2）卫星平台自用于2002年7月5日发射的N-星c（N-STAR c）卫星起，共发射了22颗卫星，年均发射2.2颗。

泰雷兹-阿莱尼亚公司的空间客车－4000（Spacebus－4000）卫星平台自用于2002年11月25日首发卫星以来，共发射20颗卫星，年均发射2.0颗。

波音公司的BSS－702卫星平台自用于1999年12月22日首发卫星以来，共发射23颗卫星，年均发射1.8颗。

采用欧洲星－3000卫星平台的W3A卫星

主要通信卫星平台承载能力

2 采用主要卫星平台的卫星故障统计分析

采用LS－1300卫星平台的卫星共发生过150次故障，涉及38颗卫星，故障率为45.8%，平均每颗卫星的故障数为1.81次。其中，测控分系统故障10次，姿轨控分系统故障24次，供配电分系统故障56次，推进分系统故障15次，有效载荷分系统故障32次，运载火箭导致的故障4次；Ⅰ类故障10次，Ⅱ类故障69次（I类故障指导致航天器全损或任务失败的重大故障；II类故障指导致航天器部分功能丧失或寿命显著减少的重要故障；Ⅲ类故障指通过分系统功能重组或使用冗余设备，可维持航天器正常运行的故障；Ⅳ类故障指可恢复的轻度故障）。

采用LS－1300卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用A2100卫星平台的卫星共发生过48次故障，涉及22颗卫星，故障率为51.2%，平均每颗卫星的故障数为1.12次。其中，供配电分系统故障20次，有效载荷分系统故障19次，推进分系统故障3次，运载火箭导致的故障2次；Ⅰ类故障3次，Ⅱ类故障32次。

采用A2100卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用BSS－702卫星平台的卫星共发生过20次故障，涉及12颗卫星，故障率为52.2%，平均每颗卫星的故障数为0.87次。其中，供配电分系统故障6次，测控、推进和有效载荷分系统故障各4次，运载火箭导致的故障1次；Ⅰ类故障1次，Ⅱ类故障12次。

采用BSS－702卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用主要卫星平台的卫星故障统计

采用星－2卫星平台的卫星共发生过6次故障，涉及4颗卫星，故障率为18.2%，平均每颗卫星的故障数为0.27次。其中，测控分系统故障2次，有效载荷分系统故障4次；Ⅰ类故障1次，Ⅱ类故障5次。

采用星－2卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用欧洲星－3000卫星平台的卫星共发生过7次故障，涉及6颗卫星，故障率为22.2%，平均每颗卫星的故障数为0.26次。其中，姿轨控、供配电和推进分系统故障各1次，有效载荷分系统故障2次，运载火箭导致的故障1次，未知原因故障1次；Ⅰ类故障1次，Ⅱ类故障5次。

采用欧洲星－3000卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用空间客车－4000卫星平台的卫星共发生过10次故障，涉及9颗卫星，故障率为45%，平均每颗卫星的故障数为0.5次。其中，测控分系统故障4次，姿轨控和推进分系统故障各2次，有效载荷分系统和运载火箭导致的故障各1次；Ⅰ类故障3次，Ⅱ类故障1次。

采用空间客车－4000卫星平台的卫星分系统故障比例图（左）及分类故障比例图（右）

采用LS－1300卫星平台的“互联网协议星”（iPstar）

采用A2100A卫星平台的地球静止业务环境卫星－R（GOES-R）

3 主要卫星平台的卫星保险损失率数据分析

卫星保险损失率不仅与卫星故障率有关，也与故障的等级有关，是一个综合指标。从统计表中的数据可以看出：

1）欧洲星－3000和星－2卫星平台的故障率和保险损失率数据均远远低于其他卫星平台，体现出很高的可靠性。

2）LS－1300、A2100和BSS－702卫星平台的故障率接近，但LS－1300和A2100卫星平台的保险损失率均较低，由于BSS－702卫星平台早期多个型号的太阳电池翼采用比较失败的聚光器设计，所以保险损失较大，后期型号摒弃了这种设计方案。

3）虽然空间客车－4000卫星平台故障率处于中等水平，但其严重故障次数较多，例如，采用空间客车－4000卫星平台的欧洲W3B和非洲区域卫星通信组织卫星－1（Rascom－1）发射失败，原因是这两颗卫星的推进分系统发生重大故障，导致该卫星平台整体的保险损失率升高。

采用主要卫星平台的卫星保险损失率

采用BSS－702卫星平台的泛美卫星－1R（PAS－1R）

4 结论

通过综合对比国际商业通信卫星市场主流平台的故障率、平均故障数、Ⅰ类和Ⅱ类故障比例、故障部位、保险损失率等情况，发现国外商业通信卫星平台中可靠性最高的是欧洲星－3000卫星平台，星－2卫星平台次之，其他依次为LS－1300、A2100、空间客车－4000和BSS－702卫星平台。

当前，代表我国通信卫星平台最高水平的东方红－4卫星平台，在应用初期有两颗卫星的供配电分系统发生故障，其中一颗卫星的姿轨控分系统也发生了故障，导致故障率和保险损失率较高。随着我国加强对东方红－4卫星平台可靠性工作的重视，近几年发射的多颗采用东方红－4卫星平台的通信卫星在轨运行良好，并获得玻利维亚通信卫星、老挝－1卫星、白俄罗斯卫星等多个订单。未来几年，随着卫星平台的进一步成熟应用，预计将会显著提高东方红－4卫星平台的可靠性。同时，我们要积极学习国外先进通信卫星制造商的研制和管理经验，不断改进，努力打造高可靠、高水平的通信卫星平台，在国际商业通信卫星市场中占有更多份额。