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美國(guó)勞拉系統(tǒng)公司SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)發(fā)展特點(diǎn)

軍工資源網(wǎng) 2022年04月13日

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一、總體設(shè)計(jì)及性能

SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì),由框架主結(jié)構(gòu)體、熱防護(hù)組件、電源系統(tǒng)、遙測(cè)控制天線、太陽(yáng)能陣列板、推進(jìn)系統(tǒng)以及有效載荷等模塊組成,發(fā)射質(zhì)量最大可達(dá)6500kg。

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SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)組成

SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)特點(diǎn)如下:

  • 框架主結(jié)構(gòu)體由碳纖維復(fù)合材料和鋁蜂窩夾芯板、承重軸承、中心圓柱結(jié)構(gòu)制成,不同結(jié)構(gòu)可以滿足不同體積和重量的有效載荷需求;

  • 2AH鋰離子電池;

  • 采用“100V+31V”低電壓?jiǎn)坞娫纯偩€電量傳輸;

  • 兩翼3面板三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池;

  • 四輪控制三軸雙冗余動(dòng)量偏置;

  • 環(huán)形激光陀螺儀(RLGs 2x)慣性制導(dǎo);

  • 先進(jìn)的姿態(tài)控制星體跟蹤器及冗余太陽(yáng)傳感器;

  • 支持UHF、L、X、Ka、Ku、S、C等波段傳輸;

  • 雙冗余RAD-750分布式中央處理器;

  • MIL-STD-1553B串行數(shù)據(jù)總線,RS-485串行數(shù)據(jù)次級(jí)總線;

  • RS-485路由串行接口模塊;

  • AES加密指揮、遙測(cè);

  • 通信面板采用雙孔矩陣熱管被動(dòng)熱防護(hù)和光學(xué)太陽(yáng)反射器;

  • 氦氣擠壓式雙組元(甲基肼/四氧化二氮)自點(diǎn)火遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī);

  • 12臺(tái)姿態(tài)控制、位置保持電推力器。


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不同尺寸和功率的SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)

SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)性能參數(shù)(最大尺寸)

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資料來(lái)源:市場(chǎng)調(diào)研

二、關(guān)鍵技術(shù)

(一)氙離子霍爾電推進(jìn)

2004年,美國(guó)勞拉系統(tǒng)公司首次在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)上安裝了SPT-100(Stationary Plasma Thruster-100)氙離子霍爾電推力器,由俄羅斯FAKEL試驗(yàn)設(shè)計(jì)局(Experimental Design Bureau FAKEL)研制。在3顆衛(wèi)星上進(jìn)行了兩年在軌試驗(yàn),試驗(yàn)中12個(gè)SPT-100推力器穩(wěn)定運(yùn)行了超過(guò)2000h,工作時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)推力器達(dá)到了600h,在4.5A放電電流下推力約為81.7mN。

SPT-100氙離子霍爾電推力器

2017年,美國(guó)勞拉系統(tǒng)公司選擇了SPT-140氙離子霍爾電推力器(由俄羅斯FAKEL試驗(yàn)設(shè)計(jì)局研制)作為SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)在軌保位和姿態(tài)控制的動(dòng)力裝置,安裝在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)南、北側(cè)的面板上(每側(cè)各一對(duì),共4臺(tái)),與展開(kāi)的太陽(yáng)板呈30~45°夾角。每臺(tái)SPT-140推力器都擁有獨(dú)立的陰極和氙離子流量控制器(XFC),每對(duì)推力器由同一個(gè)能量處理單元(PPU)控制。因此衛(wèi)星平臺(tái)上的霍爾電推力子系統(tǒng)包括4臺(tái)SPT-140推力器、4個(gè)XFC、2個(gè)PPU、4個(gè)推力器輔助支持組件以及2個(gè)氙氣貯箱,氣路控制如下圖所示。

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SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)霍爾電推力子系統(tǒng)氣路控制

SPT-140霍爾電推力器相關(guān)參數(shù)

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資料來(lái)源:Space Systems Loral

(二)卷曲太陽(yáng)能陣列板

卷曲太陽(yáng)能陣列板(Roll-Out Solar Array,ROSA)是美國(guó)勞拉系統(tǒng)公司為SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)特別設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池,具有柔性可伸縮的特點(diǎn)。ROSA采用了美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室(AFRL)和NASA早期開(kāi)發(fā)的張緊柔性薄膜技術(shù),并且?guī)в幸环N可展開(kāi)的管狀吊桿,在卷曲狀態(tài)時(shí)能夠依靠自身彈性應(yīng)變展開(kāi)。因此,張緊柔性太陽(yáng)能薄膜可以隨著管狀吊桿一同展開(kāi)。

展開(kāi)后的卷曲太陽(yáng)能陣列板(ROSA)

從上圖可以看出,ROSA由3面板三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池組成,兩翼合計(jì)壽命初期功率可達(dá)28kW。在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)上安裝的太陽(yáng)能陣列結(jié)構(gòu)可以分為ROSA和可展開(kāi)的偏移結(jié)構(gòu)組件(Deployable Offset Structural Assembly,DOSA),如下圖所示。

SSL-1300太陽(yáng)能陣列結(jié)構(gòu)

DOSA主要包括太陽(yáng)能電池陣列驅(qū)動(dòng)組件的連接器、線束接口以及扼板(Yoke Panel)。在太陽(yáng)能電池陣列翼的根部,電氣線束通過(guò)扼板結(jié)構(gòu)收攏至衛(wèi)星平臺(tái)結(jié)構(gòu)體上。為了能夠承受單個(gè)電池陣列14kW的傳輸功率(電流14A,電壓100V直流),超過(guò)100個(gè)冗余設(shè)計(jì)電路級(jí)線束用增材制造的線束連接器收攏到衛(wèi)星平臺(tái)。扼板及鉸鏈經(jīng)過(guò)熱循環(huán)前后的強(qiáng)度、剛度測(cè)試,完全可以滿足太陽(yáng)能電池陣列驅(qū)動(dòng)組件的機(jī)械性能要求,如下圖所示。

扼板(Yoke Panel)通過(guò)軛狀連接器(Yoke)與衛(wèi)星平臺(tái)結(jié)構(gòu)體連接

三、應(yīng)用情況

自從1989年SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)開(kāi)始承接政府、商業(yè)載荷以來(lái),已經(jīng)成為世界上應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星平臺(tái)。目前,約有80個(gè)以SSL-1300作為衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星在軌工作,累計(jì)有超過(guò)285個(gè)采用SSL-1300作為衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星進(jìn)入太空,合計(jì)在軌時(shí)長(zhǎng)超過(guò)2750年,分布在近地軌道、地球同步軌道以及各種高軌道。

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采用SSL-1300作為衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星

SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)不僅用于高通量衛(wèi)星,還參與了航天器在軌組裝、補(bǔ)給試驗(yàn)——美國(guó)NASA利用SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)了OSAM-1以進(jìn)行航天器在軌服務(wù)的試驗(yàn)。2022年,NASA將發(fā)射重達(dá)2600kg基于SSL-1300衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)的小行星探測(cè)衛(wèi)星——Psyche,前往位于火星與木星之間的小行星帶中的一顆金屬小行星軌道上進(jìn)行科學(xué)探測(cè)任務(wù),改進(jìn)的SPT-140霍爾電推力器專為本次任務(wù)而設(shè)計(jì),在逐漸遠(yuǎn)離太陽(yáng)的過(guò)程中依舊能夠提供足夠的總沖量。

總結(jié):

SSL-1300系列衛(wèi)星平臺(tái)創(chuàng)造了世界衛(wèi)星發(fā)展史上的多次“第一”,第一個(gè)總線電壓達(dá)100V、第一個(gè)高通量、第一個(gè)功率超過(guò)20kW、第一個(gè)提供雙向地基波束形成、第一個(gè)采用束形天線反射器、第一個(gè)采用電推進(jìn)、第一個(gè)采用鋰離子電池的衛(wèi)星平臺(tái)。雖然SSL-1300的成本不低,但依靠長(zhǎng)時(shí)期積累的穩(wěn)定性和可靠性口碑,依舊占據(jù)超過(guò)25%的衛(wèi)星平臺(tái)市場(chǎng)份額,也曾是我國(guó)長(zhǎng)期采購(gòu)的衛(wèi)星平臺(tái)之一。

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