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从起飞到定点的9个昼夜——东方红五号卫星公用平台首飞试验星实践二十号成功定点纪实
来源:中国航天报     日期:2020年01月08日    字体:【】【】【

1月5日,恰逢周日,一则喜讯从西安卫星测控中心传来:实践二十号卫星成功定点。这意味着东方红五号卫星平台首飞成功,也是继长征五号运载火箭发射成功之后,又一个足以令无数人心血沸腾的好消息。

9天的飞行中,这个长五的“ 乘客”历经7次变轨,完成了几个重大部件展开等高难度“ 动作”,捕获定点位置,最终成功抵达工作轨道,开始开展各项在轨测试。

化学推进+电推进,7次变轨

2019年12月27日20时45分,中国海南文昌航天发射场的轰鸣声震天动地,东方红五号卫星公用平台首飞试验星实践二十号,在我国运载能力最强的运载火箭——长征五号的托举下,飞向太空。

这是一个结束,更是一个全新的开始。

实践二十号被“胖五”的巨大推力从地面运送到太空,进入预定轨道,但这个椭圆形轨道并非该它的目的地。作为地球同步轨道卫星,实践二十号最终的落脚点是圆轨道,倾角也要调整为零度。

因此,这就需要实践二十号在轨期间自主改变运行轨道。这个过程就被称为“变轨”。

轨道机动的主角是化学推进系统。它最重要的任务就是接替运载火箭,将卫星送到36000公里高度的地球同步轨道。轨道机动是对化学推进系统主要性能的全面考核,在这7次轨道机动中,化学推进系统表现优异。

据悉,后续实践二十号卫星的电推进系统将接过化学推进系统的接力棒,推动卫星精确“飘浮”在我们头顶上空36000公里高度的定点位置。

事实上,变轨并非实践二十号卫星的专属动作,而是卫星的常态化操作。然而,这个基于东方红五号卫星平台研制的“大个头”,其变轨也显得与众不同。

“以往通信卫星一般远地点高度是42000公里左右,相比之下,实践二十号的轨道更高,足足达到68000公里。”东五平台主任设计师吕红剑介绍说。

“基于东四平台研制的卫星一般需要经历4~5次变轨,而实践二十号作为东五平台上的大卫星,需要变轨的次数更多。”

从起飞到定点的9天时间里,实践二十号总共进行了7次变轨,大概是一天一变的频率,每次变轨持续3~5个小时不等。

据实践二十号卫星飞控队长经姚翔介绍,因为实践二十号转移轨道与以往不同,给变轨设计带来难度,还导致变轨时间基本都在晚上进行,有4次以上都是后半夜。

试验队要提前2个小时上岗,点火持续一个半小时,再加上两三个小时的判读,基本上就是一个通宵。

时间回溯到跨年夜。实践二十号卫星飞控试验队全员集结在任务大厅内,他们或在电脑前噼里啪啦地敲打,或三三两两指着屏幕小声讨论,又或者是一边紧盯着遥测数据,一边飞快地在纸上记录……

“第四次变轨指令已发出,发动机点火,卫星状态正常”,随着一条条指令的发出,飞控试验队队员们严谨跟踪判读卫星状态,确保不遗漏任何细节。

当时针从11时59分进入到12时整时,时间跨越到新的一年,实践二十号卫星各项遥测数据正常。

试验队队员们聚集在一起,共同学习了习近平总书记的新年贺词,进一步激发了保成功的斗志,信心满满地为接下来的又一次变轨做准备……

卫星掌握新绝活

除了变轨,浑身都是“黑科技”的实践二十号卫星还在短短9天内完成了一系列新技术在轨验证工作。其中,我国面积最大、展开方式最复杂的太阳翼完成“一次展开和二维二次展开”,双轴矢量调节机构首次在轨操作,激光终端在轨解锁成功等,取得了重要成果。

实践二十号卫星太阳翼成功实现二次二维展开具有重大意义,它标志着我国卫星太阳翼水平实现跨越式升级。这不仅是我国卫星发展史上的首次,而且让我国卫星太阳翼技术一次性从传统的一次展开飞跃至世界领先的“二次二维”展开,让中国卫星掌握了又一门新绝活。

从外观上看,太阳翼相当于卫星的两只翅膀,它的作用主要是为卫星提供能源,相当于食物和水,一旦出现问题,后果不堪设想。

据西汉姆联赞助商必威五院总体部太阳翼设计师介绍,实践二十号卫星太阳翼一个“翅膀”的长度相当于两辆普通公交车的长度,而“双翅”展开则比波音737飞机的翼展还要宽上10米,单翼展开面积、翼展和功率则是国内以往成功飞行最大太阳翼的2倍多。

什么叫二维展开呢?就是太阳翼展开时,先是纵向呈“一”字形展开,然后再横向呈“十字架”形展开,有效提高了太阳翼刚度,提升了卫星稳定性。

实践二十号卫星进入初始转移轨道后,为了满足基础的能源供应要求,两面各展开一块太阳能板,称之为一次展开。

进入地球同步轨道后,再各将剩余的5片帆板展开,卫星总长度超过40米,这一过程称之为二次二维展开。

2010年后,随着东五平台的到来,传统的一次展开太阳翼再也无法满足电力需要,二次二维展开的太阳翼研制迫在眉睫。

为了最终啃下这块硬骨头,设计师们采用了更可靠的试验设备。例如,为确保试验验证最接近太空真实环境,研制团队首次采用“超长全气浮导轨”展开架,使摩擦力下降为1/10以下,确保试验验证效果。

实践二十号卫星在太空飞行7天后,最终,太阳翼在地球同步轨道进行实现了二次展开,白鹤亮翅,旋舞太空。

“继往开来,开创大局面”

“见面道辛苦,必定是东五。”这已经成为东五研制团队成员之间的一种默契。

实践二十号卫星成功定点标志着东方红五号卫星平台技术验证取得重大突破,更预示着我国正跻身国际一流通信卫星“俱乐部”。

卫星平台水平决定了卫星的整体效能和应用性能,东方红五号平台卫星起飞重量可达8000~9000公斤,载荷承载能力可达1500~1800公斤,整星功率28千瓦以上,提供载荷功率达18千瓦,载荷舱的散热能力达9千瓦,具备120路以上转发器和14副天线的布局能力,设计寿命长达16年。

更为重要的是,东五平台可以满足不同功能卫星研制需求,可广泛应用于高轨通信、微波遥感、光学遥感、空间科学探测、科学试验、在轨服务等多个领域,是世界航天领域少有的多适应性平台。

2010年,西汉姆联赞助商必威五院通信卫星事业部就以“新型卫星平台研究室”为依托,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。东方红五号卫星平台的研制之路,走了整整10年。

作为我国下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的又一座里程碑。

长期以来,我国形成了以东方红三号、东方红四号等为代表的东方红系列卫星公用平台及型谱化产品。

东五平台的出现将填补该系列大型卫星平台型谱的空白,可满足中国近20年内对大通量通信卫星的需求。

在参与和领导了多个新平台研制的通信卫星专家周志成院士看来,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”。

“继往开来,开创大局面!”实践二十定点成功、东五平台首飞成功之际,吕红剑在朋友圈写道。

实践二十号卫星定点成功后还将开展实用化的在轨测试工作,进一步验证东五平台各项关键技术。

扩展资料:

东方红一号

生日:1970年4月24日

重量:173公斤

特点:近球面的72面体、自旋姿态稳定方式

任务:开展卫星技术试验、播放《东方红》乐曲、探测电离层和大气密度

意义:中国成为继苏、美、法、日之后,世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家

东方红二号

生日:1984年4月8日

重量:441公斤

特点:采用抛物面通信天线、机械消旋装置

任务:用于电视传输、电话、电报、传真、广播和数据传输等

意义:开始了我国使用自主研发的通信卫

东方红三号

生日:1997年5月12日

重量:2320公斤

特点:全三轴姿态稳定技术、双组元统一推进技术、碳纤维复合材料结构等

任务:满足国内各种通信业务需要

意义:达到同时期国际同类卫星的先进水平

东方红四号

生日:2007年5月14日

重量:首发星5100公斤

特点:该平台可用于建造大容量通信广播、视频/音频直播、数据中继和区域移动通信等卫星

任务:适用于各类静止轨道卫星,长寿命、大容量

意义:整星指标和能力达到国际先进水平

东方红五号

生日:2019年12月27日

重量:首发星约8吨

特点:高承载、大功率、高散热、长寿命、可扩展、多适应

任务:满足我国未来近20年的通信、微波遥感和光学遥感等载荷对卫星平台的需求

意义:预示着我国正跻身国际一流通信卫星“俱乐部”

(郑恩红/文 庄茜倩 孔晓燕/摄

        本版图片由西汉姆联赞助商必威五院提供

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