文昌发射场通信卫星塔架电缆设计方案及测试验证

戴 萌，王 涛，白颖利

（中国空间技术研究院 通信与导航卫星总体部，北京 100094）

0 引言

海南文昌发射场主要由总装测试厂房、加注扣罩厂房、垂直总装厂房、1#塔架发射工位和2#塔架发射工位组成[1]。作为我国首个低纬度滨海发射基地，其建成满足了中国航天发展的新需求。文昌发射场独特的地理优势不仅可使火箭在发射时能借助接近赤道的较大线速度以及惯性带来的离心力而大大减少燃料的消耗，并提升残骸坠落的安全性，亦可通过海运解决巨型航天器运输难题。但是与我国其他航天发射场相比，文昌发射场独有的沿海环境因素，如盐雾、高温高湿气候、多雨和台风天气等，也会给航天器发射带来不利影响。因此，在文昌发射场的建设和使用过程中，必须综合考虑环境因素的影响，优化发射场各部分的设计，使其满足航天器发射需求。

塔架电缆是为航天器在发射场进行地面测试及发射试验提供必要的供电及有线检测、控制通路的地面电缆。在发射场综合测试全过程中，塔架电缆主要在垂直总装厂房和塔架发射工位的测试中使用。不同类型的卫星因其运载不同故而所用塔架的结构和电缆也不同。在通信卫星地面测试全过程中，要求具备100 V 稳压供电能力，因此地面配套使用的电缆在设计、研制、使用等各阶段中，都需要按照此要求开展工作，以满足电缆与地面设备、电缆与卫星接口的匹配要求。

文昌发射场通信卫星使用的塔架电缆是在西昌发射场传统塔架电缆的基础上，结合文昌发射场特殊的盐雾、高温和高湿环境而设计。本文给出该塔架电缆的最终设计方案及测试验证情况。

1 塔架电缆设计

1.1 塔架电缆组成

文昌发射场的塔架电缆设计既借鉴了西昌发射场塔架电缆的成熟技术，又充分考虑了文昌发射场发射塔架的构造，该塔架电缆由A、B 段电缆，以及A、B 界面转接箱组成（如图1 所示）。A 段电缆铺设于摆杆上，连接运载脱落插头与A 界面转接箱。B 段电缆铺设于塔架发射工位的竖井内，连接A 界面转接箱和B 界面转接箱。A 界面转接箱放置在塔架发射工位的“卫星电缆间”内，分别与A 段电缆和B 段电缆连接。B 界面转接箱放置在塔架发射工位的“卫星测试间”内，分别与B 段电缆和地面设备连接。

图1 文昌发射场塔架电缆组成Fig.1 Composition of tower cable at Wenchang launch site

1.2 塔架电缆设计方案

在对文昌发射场的使用场地环境进行全面了解，以及与发射场、运载火箭方相关人员的深入沟通后，最终确定了塔架电缆的设计方案，其中根据文昌发射场特点而有别于西昌发射场塔架电缆的设计主要有以下几方面：

1）由于通信卫星在文昌发射场使用的塔架发射工位结构与其在西昌发射场使用的不同，故设计文昌发射场塔架电缆总长度约150 m，短于西昌塔架电缆的总长度（约400 m），这样供电通路压降小，供电安全系数高。

2）在电缆分支的设计和铺设方面，考虑到电缆在垂直测试厂房、塔架发射工位使用过程中需具备铺设便利、快速测试的特点，故将A 段电缆再设A1、A2 两段分支。这样在垂直测试厂房的A1 段电缆配合卫星进行测试的同时，完成塔架发射工位的A2 段电缆的铺设和检查，从而可节省时间，提高工作效率。

3）在A1 段、A2 段和B 段电缆的使用率方面，因A1 段电缆处于火箭发射时的高温烧蚀环境，为确保后期使用安全，故定义其为一次性使用电缆，而A2 段及B 段电缆为可重复使用电缆。而西昌塔架电缆A 段为可重复使用电缆，每次发射任务结束后将电缆收回，待下次继续使用。

4）卫星与火箭组合体从垂直测试厂房转运至塔架发射工位前，A1 段电缆已铺设并固定在摆杆上，并保持此状态直至发射任务结束，因此在电缆铺设的同时要做好一系列保护措施：在电缆两端的接插件上盖防尘盖、包覆保鲜膜和气泡膜，以应对潮湿、高温和下雨天气，以及防止电缆在转运期间的磕碰及颠簸；在摆杆上加盖防雨布，保护电缆；在对电缆进行铺设固定的过程中，须使用铁丝等防火材料工具进行绑扎固定，严禁使用全棉人字带，以防止电缆自燃等情况发生。

5）考虑到文昌发射场地处滨海地区，塔架电缆在研制过程中需特别关注对电缆、电连接器及转接箱的防潮、防盐雾、防霉菌（“三防”）[2]。

①电缆

文昌发射场塔架电缆选用的电缆类型与西昌发射场的一致，为交联聚乙烯绝缘金属膜一体化屏蔽控制电缆[2]。电缆的技术指标满足综合测试和文昌发射场环境的需求，详见表1。

表1 选用的电缆型号及主要技术指标Table 1 Types of the selected cables and their main technical indexes

②电连接器

塔架电缆使用的电连接器主要包括JF5 脱落电连接器（主要用于与卫星的接口）、J599 系列电连接器（主要用于与电缆转接箱的接口）。每个电连接器配置独立的保护插头，在空置时期起到保护作用；配置独立的保护袋，保护袋中放置干燥剂，用于在空置时期的防潮保护。电连接器的技术指标满足综合测试和文昌发射场环境的需求，详见表2。

表2 选用的电连接器型号及主要技术指标Table 2 Types of the selected connectors and their main technical indexes

③转接箱

电缆转接箱采用奥氏体不锈钢（钝化处理）材质[3]，并喷涂三防涂料，以确保其箱体在盐雾环境下不会受到腐蚀。转接箱内部采用密封结构，电连接器固定在电缆转接箱内部，在非测试期间所有扣盖挡板全部安装的情况下电连接器与外部环境隔绝。转接箱使用的金属构件、紧固件全部采用不锈钢件（钝化处理），对暴露在外的结构件，特别是螺钉、铆钉连接处和部件贴面闭合处，紧固后需点硅橡胶处理，以清除缝隙和隔绝外部环境[3]，防止因积水、灰尘和盐雾的侵蚀造成缝隙处的腐蚀。

2 塔架电缆测试验证

西昌发射场塔架电缆测试是一次性完成，因为西昌发射场发射区厂房只有一个，测试时将所有电缆连成完整通路就可以完成所有检查内容。而文昌发射场则不同，它将原概念的发射区厂房分成了两个有联系的厂房，即垂直总装厂房和塔架发射工位。在垂直总装厂房测试完成后，卫星与火箭组合体将整体随脐带塔一起转运至塔架发射工位。因此为了保证检查项目全面覆盖又节省时间提高效率，在塔架发射工位分两次开展塔架电缆测试。

2.1 塔架电缆第1 次测试

一般在卫星加注期间，最晚在地面设备转场到垂直总装厂房前对塔架电缆全部分支进行第1 次测试。首先确认电缆状态，即在插接前对电连接器表面有无损伤、有无歪针、有无缩针缩孔、有无多余物、尾罩有无松动进行检查确认；然后进行电缆连接，此过程中须确保插接正确以及受力情况满足要求；电缆连接后导通检查；最后是绝缘检查，要求满足≥20 MΩ的判据要求。

第1 次测试完成后，将A1 段电缆转场至垂直总装厂房，参与垂直总装厂房的系统联调工作。对留存在塔架发射工位的其余分支电缆做好防护，以防止空闲时期环境、天气变化对塔架电缆的影响：首先将A2 段电缆放置在电缆竖井中，接插件包覆保鲜膜和气泡膜，电缆整体覆盖防雨布；其次将电缆转接箱摆放在专用转接箱支架上，绑扎固定牢靠，未使用的插座插接保护插头；最后张贴警示标识，提醒无关人员勿动、勿碰。

2.2 塔架电缆第2 次测试

在卫星与火箭组合体转场至塔架发射工位前，对除A1 段的其他塔架电缆分支进行第2 次测试。首先确认电缆状态，此时电缆与转接箱应处于插接状态，要对电缆表面有无磕碰、电缆受力情况进行检查确认；同时要检查整段电缆上是否有凝结水珠的情况，如果存在则表明电缆处于高潮湿环境条件，需要采取补救措施[4]；然后进行导通检查，电缆阻值应小于第1 次电缆检查时的阻值，要将两次导通测试数据进行比对；最后是绝缘检查，此时距离第1 次检查已间隔一段时间，所以对电缆绝缘性要进行重点关注，绝缘应满足≥20 MΩ的判据要求，不满足要求的接点要重新检查。第2 次测试时需注意以下事项：

1）第2 次测试对于电缆的绝缘性要求比较严格。绝缘性是衡量电连接器电气性能的一个重要指标，若绝缘电阻值低，则表示泄漏电流大，过大的泄漏电流将会产生大量的热和直流电解，最终造成绝缘性能的破坏或使电连接器的电性能变差[5]。

2）卫星与火箭组合体转场至塔架发射工位后，塔架电缆A1 段与A2 段连接前，需对两段电缆的接插件状态进行检查（电连接器表面有无损伤、有无歪针、有无缩针缩孔、有无多余物、尾罩有无松动），检查完毕后方可进行插接。

3）插接完成后，A1 段与A2 段连接处要包覆保鲜膜和气泡膜，并尽量放置在平台角落及其他不影响他人工作的位置，电缆要绑扎固定好。此状态将保持至卫星发射后，因此电缆通路的各环节均需进行确认，并拍照留存记录。

4）对电缆检查的同时，还需检查摆放设备房间内的温、湿度，以保证综合测试设备运行正常。温度要求为16～25 ℃，相对湿度要求为40%～70%。

3 结束语

本文提出的塔架电缆设计方案是在充分继承西昌发射场塔架电缆研制经验的基础上，结合文昌发射场特有的盐雾、高温高湿环境以及天气情况进行了相应的改进。目前，1#塔架发射工位塔架电缆的设计、测试和使用已在3 颗通信卫星正样星上得到验证，测试流程已基本固化，并形成了相应的操作性文件；2#塔架发射工位的塔架电缆在设计上无继承性，但充分借鉴了1#塔架发射工位的塔架电缆状态和遥感卫星在2#塔架发射工位的塔架电缆状态，最终确定了最优设计方案，达到了优化设计的目的。2#塔架发射工位的塔架电缆已完成研制，目前处于测试、使用的验证阶段。