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未来20年天地通信要靠它!盘点实践二十号卫星“黑科技”
来源:国家国防科工局    发布日期:2020年01月02日    点击率:5353次

12月27日晚,在长征五号遥三运载火箭的托举下,实践二十号卫星在海南文昌发射中心顺利升空。实践二十号卫星是由中国航天科技集团有限公司五院研制的一颗技术试验卫星,将全面验证东方红五号卫星平台关键技术。


实践二十号卫星不仅是目前我国研制的地球同步轨道发射重量最重的卫星,研制过程中采用的众多“黑科技”也赋予它一身“真功夫”,可满足未来20年的大容量卫星应用需求。


黑科技一:最大、最长太阳翼


很多人都把太阳翼比作卫星的“翅膀”,不过它的作用可不是用来飞行,而是为卫星提供能源。实践二十号卫星身躯庞大,它的“翅膀”是我国迄今为止面积最大、翼展最长、展开方式最复杂的太阳翼,双翼展开比波音737飞机的翼展还要宽上10米。


尽管这双“翅膀”十分巨大,但是却“身轻如燕”。作为国内首个“绷弦式”太阳翼,机电部分的重量比由以往型号的1:1下降至1:2,机电重量比为历史最低。


“身轻如燕”为太阳翼首次采用二维二次展开方式提供了条件。当火箭将卫星发射入轨后,太阳翼进行第一次展开;当卫星在太空飞行约一周后,太阳翼在3万6千公里的地球同步轨道进行二次展开。太阳翼面积的大大增加,就能带来源源不断的超强电流供给,让实践二十号卫星始终拥有充沛“体力”。


黑科技二:“大心脏”品质高


面对巨大的太阳翼提供的超强电流,实践二十号卫星如何让这些电流既不过大也不过小,而且能听话地流到卫星每一个角落,维持自身的健康运转呢?


为此,研制人员为卫星配备了一颗“大心脏”——国内功率最大的电源控制器。


与第一代电源控制器相比,它在功率增大3倍以上、功率密度提升2.5倍的情况下,重量却只增加了40%,实现了国产电源控制器从跟跑、并跑到领跑的跨越。


黑科技三:架起天地信息高速公路


随着卫星互联网业务的增加,用户对于大容量通信卫星的需求越来越迫切。实践二十号卫星搭载了由航天科技集团五院研制的甚高通量通信载荷,包括Q/V频段载荷、宽带柔性转发器等。


“提高卫星通信容量主要手段在于提高可用频段带宽。如果把静止轨道比作太空中的一条高速公路,那么这条高速公路是所有太空高速公路上最为拥挤的。而使用Q/V频段相当于把这条高速公路拓宽了4-5倍,将大大缓解目前国际对静止轨道频率的日趋激烈的竞争局面。”航天科技集团五院实践二十号卫星总设计师李峰说。


与之前发射的高通量卫星中星16号相比,实践二十号卫星的Q/V频率带宽提高了近3G赫兹,达到了5G赫兹,能够为用户提供更多频率资源。


李峰介绍,作为未来高通量通信卫星使用的主要频段,Q/V频段是将来研制1Tbps及以上超大容量通信卫星主要使用的频段。经过实践二十号卫星的搭载验证,不仅能积累更多工程经验和在轨研制经验,也将打开Q/V频段在高通量卫星应用上的新天地。


黑科技四:激光高速通信,从梦想照进现实


激光通信是天基信息网上的骨干节点及导航卫星组网运行的重要手段,近年来一直是航天领域研究的一个热点问题。实践二十号卫星搭载的五院研制的激光终端,将实现在轨的星地通信,通过双通道信号传输,可以实现10G左右的通信容量,相比于传统的微波通信,实现了指数级的增长,而且具备传输速率大、保密性好、抗截获能力强等优势。


相比于目前在轨应用的单一体制的激光终端,实践二十号卫星搭载了三种调制方式的激光终端,将进行长期的星地通信验证,为后续不同体制的激光终端的研制积累大量的在轨数据,为这项“黑科技”在空间站等未来航天器上的应用奠定基础。


黑科技五:“混合动力”,双重优势


随着科技进步和对环保的重视,很多人在买汽车时都喜欢选购油电混合动力汽车,兼具汽油发动机和电池发动机的的双重优势。实践二十号卫星采用的正是这样一套混合推进系统,由化学推进和电推进提供混合动力,相当于卫星里的 “油电混动汽车”。


化学推进力量大,效率低,适合快速变轨和调整卫星姿态,尽快将卫星送入既定工作轨道;电推进力量小,但推力精度高、效率高,适合在轨长期精确轨道调整。实践二十号卫星的化学推进系统使用了最新的板式贮箱、超声波流量计、高精度压力传感器和热容法等产品和技术,实现了对燃料的精确测量和管理,确保一滴推进剂都不浪费。电推进方面则是首次采用了LIPS-300电推进系统,首次拥有了高、低两种功率的工作模式,任务能力由南北位保单项任务拓展到变轨、位置保持和动量轮卸载多项任务,更好满足卫星变轨、位置保持和动量轮卸载等各类多任务的动力需求。


黑科技六:“小狗吐舌头”的降温神器


实践二十号卫星尺寸大、体积大、重量大、功耗大,产生的热量多,如果不及时散热,就可能“上火”“发烧”甚至“晕倒”,造成各种设备失效从而无法正常工作。怎么办?研制人员为它准备了一个“降温神器”——基于单相流体回路的可展开式热辐射器。


据五院的设计师介绍,这个“神器”在“胖五”发射时,紧紧收拢在卫星内壁上,一旦卫星准确入轨,它就会自动解锁并向外展开。“形象地说,就像小狗热了吐出个舌头一样,这扇特殊的窗户就相当于卫星的舌头。”设计师笑着解释说。


此次随实践二十号卫星搭载飞行成功,证明了这个“神器”能够有效解决航天器功耗增大和散热面积不足的矛盾,为我国未来万瓦级卫星平台的研制提供了强有力的支撑。


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