东方红五号：以“更大、更高、更强”领先国际

文/ 崔恩慧

▲ 长五遥三运载火箭发射实践二十号卫星

通信卫星的发展水平代表着一个国家在航天科技领域的科技水平，也是一个国家综合实力的重要体现。东方红五号平台的出现填补了该系列大型卫星平台型谱的空白，可满足中国近20年内大功率通信卫星的需求。作为我国新一代地球同步轨道大型卫星公用平台，东五平台注定要成为中国卫星研制历史上又一座里程碑。

东方红五号平台的立项之路，走了整整十年。相比之前的“东方红家族”，东五平台卫星可谓更大、更高、更强，指标国际领先，具有“高承载、高功率、高热耗、高控制精度”的特点，主要满足未来5至15年内通信、微波遥感和光学遥感等载荷对卫星平台的需求，使我国真正跻身国际一流通信卫星的“俱乐部”。

领跑国际市场

东方红五号平台的研制工作是从2008年中国空间技术研究院通信卫星事业部成立之初开始的。当时国际市场对东五平台的需求很迫切，渴求大容量通信卫星的国内外市场用户早就“盯”上了这个具有升级换代意义的卫星平台。

我国东方红系列卫星公用平台及型谱化产品中，长期以来缺少大型卫星平台，东五平台的出现填补了这一空白。

2010年，中国空间技术研究院正式启动对新一代通信卫星平台的研制工作，并自筹经费进行先期技术攻关。

当时对东五的定位是：能够适应新一代大型地球同步轨道通信卫星和对地观测卫星等需求的全新大型卫星平台，要能够满足未来更大容量、更大功率、更高承载能力、更长寿命、可拓展的通信卫星的研制需求。

此外，东五平台还肩负着闯市场的时代使命。除了应用于传统的通信卫星，该平台还能适应微波遥感和光学遥感卫星的新需求。其推广也被国家列入“一带一路”的战略规划之中。

东方红五号平台、东方红四号增强型平台、东方红三号B平台、全电推平台这四款主打产品一旦推向市场，将意味着我国的通信卫星在国际市场上从“跟随者”变身为“领跑者”。

不仅如此，东五平台还将引领我国航天器设计与制造相关领域的技术创新，带动我国大型卫星公用平台升级换代和能力跨越式提升，促进元器件、原材料和重大共性关键技术的突破，同时支撑民用空间基础设施和航天装备发展，形成参与国际商业卫星市场竞争的新优势。

全面技术跨越

▲ 厂房里的实践二十号卫星

▲ 珠海航展上展出的东方红五号卫星平台

▲ 卫星电推进研制

东五平台设计技术指标先进，具有高承载、大功率、高散热、长寿命等特点，采用了一系列新的设计理念和技术，能适应通信、遥感等多种载荷要求。它与目前世界最先进的Alphabus卫星平台指标相当，部分指标甚至超过Alphabus。

从通信容量来说，作为未来宽带大容量卫星的平台，东五平台每秒速度可达150千兆字节以上，容量将由目前的20G提高到300G。东四平台转发器仅有40多路，而东五平台采取了全新的设计理念，将转发器数量提高到多达100余路。

此外，宽带大容量卫星应用的是多波束天线，对指向控制精度要求极高，指向一旦偏离，通信容易中断。因此，东五平台还采用了长寿命的新型半球谐振陀螺，使整星姿态控制精度可高达0.03度。

在东三、东四平台模块化研制理念基础上，研制团队进一步缩减研制成本和周期，对东五平台进行了彻底的分舱模块化设计。东五平台和载荷舱的研制工作并行开展，互不干扰，研制完成后直接将接口电缆连接，组合为整星。

东五平台的设备数量与前几代平台相比也大幅增加，这就造成了载荷舱发热量飙升至9千瓦。按照东四平台每平米舱板散热量250瓦计算，东五平台需要舱板面积将达36平米，面积过大难以实施。

针对这一问题，研制团队一方面为东五平台设计了双面散热的可展开热辐射器，扩展其散热面积；另一方面在载荷舱本体使用了泵驱单相流体回路，提升其散热能力，也使整星结构更加紧凑。

为了突破大容量通信卫星的承载能力瓶颈，研制团队在东五平台上还应用了电推进器。与化学推进器相比，电推力器比冲高，推进剂消耗率低，不仅能有效节省卫星推进剂消耗量，还能延长其在轨服务寿命。

▲ 东方红五号卫星平台

使用电推力器后，东五平台能够承载的有效载荷重量为1500千克，是东四平台的2.5倍、东三平台的7.5倍；载荷功率为18千瓦，是东四平台的3倍、东三平台的9倍。

东四平台在轨每年要消耗45千克推进剂，按在轨15年来算，推进剂共需约700千克。东五平台采用大功率双模式的电推进技术，每年耗费10千克氙气，同样在轨15年只需要150千克左右的氙气，比冲却能提高10倍以上。东三B平台也采用了电推进技术，但是只应用在位置保持时。东五平台更进一步，在由地球同步转移轨道向地球静止轨道转换时，利用了化学推进和电推进混合变轨。

除了应用电推进技术，研制团队对东五平台的化学推进系统也进行了升级换代。贮箱由东四平台的筛网式半管理贮箱变为板式全管理贮箱，使推进剂管理使用更加灵活；采用第3代490牛变轨发动机和10牛推力器，实现高比冲的同时兼顾冲量精准。

通信卫星的主承力结构一般都较高，但过高的身型易产生震动，会使相机力学环境变差。东五平台载荷相机的口径比哈勃望远镜还要大，因此“身高”必须降下来。

为此，研制团队首次采用了全桁架结构设计，将主承力结构高度降为1.78米，比东四平台还要矮一半多。桁架式主承力结构的研制是东五平台开发成败的关键之一。结构调整后，不仅保证了遥感相机的工作环境，也降低了平台重量，使其达到整星起飞重量8吨的承载要求。

由于肩负闯市场的使命，东五平台在便于用户应用方面下足了功夫。东四卫星几乎每周都需要地面人员进行授时、撤轨和位保。而基于东五平台的卫星未来可以星上自动撤轨并制定位保策略。地面只在卫星有严重问题时才需纠偏。一般故障将会被卫星自行“消化”，并将“自愈”结果反馈给地面用户。

实验星验证成功

2019年12月27日， 基于东方红五号卫星公用平台的首颗新技术试验验证卫星——实践二十号卫星在我国海南文昌航天发射场由长征五号遥三火箭成功发射升空并进入预定轨道。它是我国研制的发射重量最重、技术含量最高的高轨卫星。

2020年1月5日上午，实践二十号卫星成功定点在地球同步轨道，星上载荷陆续开通。这标志着我国目前重量最大、技术最先进的通信卫星具备了正式提供服务的能力。

作为东方红五号卫星公用平台首飞试验星，实践二十号卫星目前已完成转移轨道变轨工作，对东五平台的主要关键技术进行了验证。

未来，实践二十号卫星除将对东五平台关键技术进行全面验证外，还将对未来空间发展的新领域、新技术、新产品进行在轨验证，不仅提升平台技术成熟度，还将推动牵引以下一代高容量宽带通信卫星为代表的型号立项工作。