未來20年天地通信要靠它!盤點實踐二十號衛星“黑科技”

2019年12月27日21:30  來源:人民網-科技頻道
 

人民網北京12月27日電(趙竹青)12月27日晚,在長征五號遙三運載火箭的托舉下,實踐二十號衛星在海南文昌發射中心順利升空。實踐二十號衛星是由中國航天科技集團有限公司五院研制的一顆技術試驗衛星,將全面驗証東方紅五號衛星平台關鍵技術。

實踐二十號衛星不僅是目前我國研制的地球同步軌道發射重量最重的衛星,研制過程中採用的眾多“黑科技”也賦予它一身“真功夫”,可滿足未來20年的大容量衛星應用需求。

黑科技一:最大、最長太陽翼

很多人都把太陽翼比作衛星的“翅膀”,不過它的作用可不是用來飛行,而是為衛星提供能源。實踐二十號衛星身軀龐大,它的“翅膀”是我國迄今為止面積最大、翼展最長、展開方式最復雜的太陽翼,雙翼展開比波音737飛機的翼展還要寬上10米。

盡管這雙“翅膀”十分巨大,但是卻“身輕如燕”。作為國內首個“繃弦式”太陽翼,機電部分的重量比由以往型號的1:1下降至1:2,機電重量比為歷史最低。

“身輕如燕”為太陽翼首次採用二維二次展開方式提供了條件。當火箭將衛星發射入軌后,太陽翼進行第一次展開﹔當衛星在太空飛行約一周后,太陽翼在3萬6千公裡的地球同步軌道進行二次展開。太陽翼面積的大大增加,就能帶來源源不斷的超強電流供給,讓實踐二十號衛星始終擁有充沛“體力”。

黑科技二:“大心臟”品質高

面對巨大的太陽翼提供的超強電流,實踐二十號衛星如何讓這些電流既不過大也不過小,而且能聽話地流到衛星每一個角落,維持自身的健康運轉呢?

為此,研制人員為衛星配備了一顆“大心臟”——國內功率最大的電源控制器。

與第一代電源控制器相比,它在功率增大3倍以上、功率密度提升2.5倍的情況下,重量卻隻增加了40%,實現了國產電源控制器從跟跑、並跑到領跑的跨越。

黑科技三:架起天地信息高速公路

隨著衛星互聯網業務的增加,用戶對於大容量通信衛星的需求越來越迫切。實踐二十號衛星搭載了由航天科技集團五院研制的甚高通量通信載荷,包括Q/V頻段載荷、寬帶柔性轉發器等。

“提高衛星通信容量主要手段在於提高可用頻段帶寬。如果把靜止軌道比作太空中的一條高速公路,那麼這條高速公路是所有太空高速公路上最為擁擠的。而使用Q/V頻段相當於把這條高速公路拓寬了4-5倍,將大大緩解目前國際對靜止軌道頻率的日趨激烈的競爭局面。”航天科技集團五院實踐二十號衛星總設計師李峰說。

與之前發射的高通量衛星中星16號相比,實踐二十號衛星的Q/V頻率帶寬提高了近3G赫茲,達到了5G赫茲,能夠為用戶提供更多頻率資源。

李峰介紹,作為未來高通量通信衛星使用的主要頻段,Q/V頻段是將來研制1Tbps及以上超大容量通信衛星主要使用的頻段。經過實踐二十號衛星的搭載驗証,不僅能積累更多工程經驗和在軌研制經驗,也將打開Q/V頻段在高通量衛星應用上的新天地。

黑科技四:激光高速通信,從夢想照進現實

激光通信是天基信息網上的骨干節點及導航衛星組網運行的重要手段,近年來一直是航天領域研究的一個熱點問題。實踐二十號衛星搭載的五院研制的激光終端,將實現在軌的星地通信,通過雙通道信號傳輸,可以實現10G左右的通信容量,相比於傳統的微波通信,實現了指數級的增長,而且具備傳輸速率大、保密性好、抗截獲能力強等優勢。

相比於目前在軌應用的單一體制的激光終端,實踐二十號衛星搭載了三種調制方式的激光終端,將進行長期的星地通信驗証,為后續不同體制的激光終端的研制積累大量的在軌數據,為這項“黑科技”在空間站等未來航天器上的應用奠定基礎。

黑科技五:“混合動力”,雙重優勢

隨著科技進步和對環保的重視,很多人在買汽車時都喜歡選購油電混合動力汽車,兼具汽油發動機和電池發動機的的雙重優勢。實踐二十號衛星採用的正是這樣一套混合推進系統,由化學推進和電推進提供混合動力,相當於衛星裡的 “油電混動汽車”。

化學推進力量大,效率低,適合快速變軌和調整衛星姿態,盡快將衛星送入既定工作軌道﹔電推進力量小,但推力精度高、效率高,適合在軌長期精確軌道調整。實踐二十號衛星的化學推進系統使用了最新的板式貯箱、超聲波流量計、高精度壓力傳感器和熱容法等產品和技術,實現了對燃料的精確測量和管理,確保一滴推進劑都不浪費。電推進方面則是首次採用了LIPS-300電推進系統,首次擁有了高、低兩種功率的工作模式,任務能力由南北位保單項任務拓展到變軌、位置保持和動量輪卸載多項任務,更好滿足衛星變軌、位置保持和動量輪卸載等各類多任務的動力需求。

黑科技六:“小狗吐舌頭”的降溫神器

實踐二十號衛星尺寸大、體積大、重量大、功耗大,產生的熱量多,如果不及時散熱,就可能“上火”“發燒”甚至“暈倒”,造成各種設備失效從而無法正常工作。怎麼辦?研制人員為它准備了一個“降溫神器”——基於單相流體回路的可展開式熱輻射器。

據五院的設計師介紹,這個“神器”在“胖五”發射時,緊緊收攏在衛星內壁上,一旦衛星准確入軌,它就會自動解鎖並向外展開。“形象地說,就像小狗熱了吐出個舌頭一樣,這扇特殊的窗戶就相當於衛星的舌頭。”設計師笑著解釋說。

此次隨實踐二十號衛星搭載飛行成功,証明了這個“神器”能夠有效解決航天器功耗增大和散熱面積不足的矛盾,為我國未來萬瓦級衛星平台的研制提供了強有力的支撐。 

(責編:趙竹青、呂騫)