“亚太6E”：更智能的全电推通信卫星

2023-03-14顾航瑜

太空探索 2023年3期

文/顾航瑜

2023年1月13日凌晨，亚太6E卫星在西昌卫星发射中心由长二丙运载火箭成功发射。亚太6E卫星将为印度尼西亚全境提供高速便捷的高通量宽带通信服务，有效填补其宽带通信市场空白。为此，卫星与火箭均应用了一系列新技术、新工艺，确保未来发挥更出色的通信效能。

▲ 长二丙火箭成功发射亚太6E卫星

▲ 亚太6E卫星进行测试

▲ 亚太6E卫星蓄势待发

▲ 从另一个角度看亚太6E卫星

平台换新更智能

亚太6E卫星是一颗地球静止轨道高通量Ku频段宽带通信卫星，卫星载荷针对印度尼西亚市场特殊定制，将为移动基站回传、印度尼西亚企业网和个人消费者带宽业务等应用提供优质、高效、灵活、低成本的卫星宽带通信服务。按设计，该卫星波束将覆盖印度尼西亚全境，通信总容量超过30千兆位/秒，比传统通信卫星的容量高出数倍。

据了解，亚太6E卫星是东方红三号E平台的首发星，也是我国首颗全电推进、自主飞行变轨的地球同步轨道通信卫星，具有低成本、高承载比、高自主性的特点，有望进一步提升我国通信卫星平台的国际竞争力和智能自主水平。其中，东方红三号E平台承载了航天科技集团“高质量、高效率、高效益”的发展理念，是我国未来开拓通信卫星国际市场的主力平台。

目前，大力发展卫星电推进技术已成为各航天大国的共识，更是衡量未来卫星先进性的重要“标杆”。

全电推进卫星平台可以带来哪些好处呢？一般来讲，它能够大幅降低对推进剂的需求，提高卫星承载比，进而增强卫星的有效载荷能力。亚太6E卫星是我国首次在轨验证全电推进自主飞行变轨、大功率离子和霍尔电推、可展开矢量调节机构等全电推平台关键技术，能够为突破全电推卫星核心技术发挥关键作用，又为未来全电推技术发展打下了坚实的基础。

为达成设计目标，亚太6E卫星需要验证长周期电推变轨以及在轨稳定运行，有望极大推动我国长寿命、高可靠全电推进卫星的发展。据悉，在发射成功10天后，亚太6E卫星与独立推进舱星间分离成功，正式开启了电推变轨的旅程。

此外，东方红三号E平台可适配低成本小型运载火箭，通过采用自主飞行并首次在轨验证自主化推轨道转移、星间分离、独立推进舱自主离轨、自主电推轨道转移与位置保持等多项新技术，将大幅拓展航天科技集团五院多种领域产品的能力。”模式，减少对地面测控系统的依赖，进一步降低项目成本，未来应用前景广阔。

亚太6E卫星总设计师王敏强调，本次任务系统设计极为复杂：“首次采用长二丙运载火箭发射高轨通信卫星，首次采用可分离独立推进舱技术，

▲ 未来亚太6E卫星在轨工作示意图

正是在诸多先进技术助力下，“亚太6E”成为一颗更加智能的卫星，将实现自主飞行任务管理、自主轨道测定以及自主卫星故障诊断、恢复。

亚太6E卫星将首次实现自主轨道转移。星箭分离后，亚太6E卫星将飞出“最遥远的升轨旅程”，完成当前世界上升轨高度最高、用时最长的飞行任务。具体来讲，在长达10个月的自主轨道转移过程中，该卫星将依次开展自主化推轨道转移、星间分离、星外大部件（太阳翼、矢量调节机构、天线）解锁展开、独立推进舱自主离轨、电推轨道转移等飞行任务。卫星定点后，还将应用自主位置保持、自主任务管理等多项智能管理技术。这些都有望极大提升卫星的好用性和易用性。

此外，在亚太6E卫星变轨过程中，卫星上高低轨一体的自主轨道测定系统能通过兼容北斗系统和GPS信号，实现全轨道自主测定能力，为卫星长周期多圈次自主变轨“保驾护航”。

▲ 亚太6E卫星研制队伍工作现场

在漫长的飞行途中，亚太6E卫星具备自主故障诊断及恢复能力。考虑到卫星在长时间自主变轨过程中会反复穿越范·艾伦辐射带，高能粒子将对星上设备产生一定危害，同时由于卫星入轨轨道较低，测控弧段无法完全覆盖，针对可能发生的在轨故障，卫星自主故障诊断及恢复能力将为卫星安全飞行提供有力保障。

商业创新克难关

“高通量卫星都是定制卫星，对于市场来说，服务寿命至少15年。市场抓不准的话，业务就难以推广出去。”亚太6E卫星主任设计师侯卫国解释称，这就意味着型号发展既有机遇也有风险，有必要采取新的发展策略。

可以说，亚太6E卫星项目开拓了全新的商业模式。由五院联合亚太公司、长城公司、一院共同筹划，在香港成立亚太星联合资公司，负责采购并运营卫星。这是航天科技集团旗下制造商、承包商、运营商首度共同投资设立境外公司。卫星在轨交付后，亚太星联将与印度尼西亚TELOMSAT公司开展合作，为该国市场提供高通量卫星宽带服务。不难看出，这种运营模式实现了五院由卫星制造商向综合服务提供商的转变。有人戏称，亚太6E卫星有着“众筹”背景。

这颗卫星被寄予厚望。对五院来说，此次新的研制合作模式是从单一的卫星制造商向卫星综合服务提供商转变的重要尝试。对亚太公司而言，有望借此实现分摊投资风险的目标，用较低的成本巩固东南亚市场。

担负着如此重任，亚太6E卫星的研制过程中当然少不了克服各种挑战。据悉，研制队伍完成了6项系统关键技术攻关，先后开展了东方红三号E平台初样设计专项审查、平台初样“回头看”、出厂质量确认及技术风险“交底”“把关”等多轮次评审和审查，确保卫星“技术见底”、质量受控、风险可控。

从平台及卫星立项到成功发射，卫星研制周期与新冠疫情3年来高度重合，亚太6E卫星研制队伍为此一路攻坚克难。为了提高研制效率、尽快抢占市场，研制队伍采取了亚太6E卫星和东方红三号E平台并行研制的策略，顶住了高技术难度、高工作负荷及疫情困扰等多重压力，大幅压缩了研制周期。

2022年5月，研制队伍开启了持续近7个月的24小时不间断工作机制，最终创造了卫星加电时间超过2100小时、卫星验证平台加电时间超过2200小时的卫星研制纪录。

▲ 科研人员正在一线忙碌

▲ 卫星研制队伍合影留念

亚太6E卫星总指挥魏强介绍：“亚太6E卫星研制团队始终追求‘技术经济一体化’，不断提升产品集成度和平台承载比，减少研制成本，向着智能化、模块化、批产化、自主化水平的方向迈进！”

“金牌老将”再革新

1982年，长二丙火箭完成首飞，将我国首颗应用型返回式卫星送入太空，此后接续创造了中国航天史上一个又一个“第一”。41年后，长二丙火箭将亚太6E卫星送入预定轨道，打响自身2023年“第一战”。为了满足新需求，这位“金牌老将”实施了多项技术改进，成效显著。

一方面，火箭运载能力大幅提升。长二丙火箭副总师崔照云介绍，亚太6E卫星重量从论证之初的1000千克逐步增加至最终的4300千克，大大超过了长二丙火箭的常规运载能力，也是该型火箭有效载荷重量首次突破4吨。为了将这名“胖子乘客”送到目标轨道，长二丙火箭可谓使出了“洪荒之力”，型号团队不断开拓新思路。

正所谓“一克重量一克金”，火箭提升运载能力极为不易。长二丙火箭这次应用了很多新措施，减轻自重，包括结构轻质化、动力挖潜等，最终实现了末级结构减重目标。

冬季的西昌高空风很大，成为影响火箭发射的重要因素。在进行大量数据统计和弹道计算等工作之后，型号团队巧妙地使高空风由火箭安全飞行的“威胁因素”转变为成功发射的“助力剂”，起飞的火箭最终在同向西南风的帮助下“乘风而行”。

当然，想要借助自然力量，并非易事。“为准确掌握风力因素，本次任务统计了西昌发射场15年的风场历史数据。若高空风过大，可能导致横向载荷过大，超出箭体结构能够承受的范围；若高空风过小，可能造成运载能力不足、一子级残骸落区超限。”长二丙运载火箭总体副主任设计师邢建伟介绍。试验队还制定方案，在临发射前对原设计弹道进一步精细化修定，确保真正能够“借风飞行”。

另一方面，火箭满足了极高的落区安全性要求。随着经济、社会快速发展，和几十年前相比，内陆发射场周边的火箭残骸落区不再是“绝对无人区”，原定的火箭残骸落区如今布满了各种需要规避的目标点。长二丙火箭作为目前我国服役年限最长的火箭，始终高度重视落区安全问题。

此次任务，火箭采用了全新射向，意味着要对落区重新勘查，复杂的落区情况让弹道设计难度更是前所未有的。针对火箭一子级和整流罩落区限制，综合考虑西昌卫星发射中心冬季高空风因素，设计师系统通过大量统计以往飞行数据，开展了飞行弹道和制导方法优化设计。最终，一子级和整流罩落区面积均缩减了60%以上。

邢建伟对此形容，落区安全性是火箭发射任务的重要因素，就像是既需要把乘客送到最终位置，还必须保证把车停到指定停车位，不能乱停车，更不能停在许可范围之外。

这次任务进场初期受疫情影响，最初计划到岗的60余人实际只有20多人按时到位，连卸车都需要从场内其他型号任务试验队借人。崔照云透露：“这次任务相比以往变动很多，但为了保证可靠性，每一次调整和更新都要重新进行分析验证，这也就带来了更多的工作量，投入精力比平时几发任务的总和还要多。”

据悉，长二丙火箭今年宇航发射规模将达两位数以上，每发任务的技术状态都不一样。作为我国第一型在酒泉、太原、西昌3个发射场都成功执行过任务的火箭，今年长二丙火箭将继续辗转3个内陆发射场。