美國勞拉系統(tǒng)公司SSL-1300衛(wèi)星平臺發(fā)展特點
2022/02/16
導(dǎo)讀：美國勞拉系統(tǒng)公司(Space Systems/Loral)SSL-1300衛(wèi)星平臺的研制始于20世紀80年代，從1989年開始成為各種民用通訊有效載荷最普遍使用的衛(wèi)星平臺，分布在近地軌道、地球同步軌道和各種高軌道。為適配各種有效載荷，SSL-1300衛(wèi)星平臺形成系列化產(chǎn)品，有效載荷功率從5～30kW不等，質(zhì)量從500～1000kg不等;為滿足各類用戶對衛(wèi)星平臺的綜合性能、效費比、研制周期、可靠性、兼容性的技術(shù)要求，提供了不同的衛(wèi)星平臺尺寸和推進方案。
一、總體設(shè)計及性能
SSL-1300衛(wèi)星平臺采用模塊化設(shè)計，由框架主結(jié)構(gòu)體、熱防護組件、電源系統(tǒng)、遙測控制天線、太陽能陣列板、推進系統(tǒng)以及有效載荷等模塊組成，發(fā)射質(zhì)量最大可達6500kg。
SSL-1300衛(wèi)星平臺組成
SSL-1300衛(wèi)星平臺特點如下：
不同尺寸和功率的SSL-1300衛(wèi)星平臺
SSL-1300系列衛(wèi)星平臺性能參數(shù)(最大尺寸) 資料來源：市場調(diào)研
二、關(guān)鍵技術(shù)
(一)氙離子霍爾電推進
2004年，美國勞拉系統(tǒng)公司首次在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺上安裝了SPT-100(Stationary Plasma Thruster-100)氙離子霍爾電推力器，由俄羅斯FAKEL試驗設(shè)計局(Experimental Design Bureau FAKEL)研制。在3顆衛(wèi)星上進行了兩年在軌試驗，試驗中12個SPT-100推力器穩(wěn)定運行了超過2000h，工作時間最長的一個推力器達到了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試驗設(shè)計局研制)作為SSL-1300系列衛(wèi)星平臺在軌保位和姿態(tài)控制的動力裝置，安裝在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺南、北側(cè)的面板上(每側(cè)各一對，共4臺)，與展開的太陽板呈30～45°夾角。每臺SPT-140推力器都擁有獨立的陰極和氙離子流量控制器(XFC)，每對推力器由同一個能量處理單元(PPU)控制。因此衛(wèi)星平臺上的霍爾電推力子系統(tǒng)包括4臺SPT-140推力器、4個XFC、2個PPU、4個推力器輔助支持組件以及2個氙氣貯箱，氣路控制如下圖所示。
SSL-1300系列衛(wèi)星平臺霍爾電推力子系統(tǒng)氣路控制
SPT-140霍爾電推力器相關(guān)參數(shù) 資料來源：Space Systems Loral
(二)卷曲太陽能陣列板
卷曲太陽能陣列板(Roll-Out Solar Array，ROSA)是美國勞拉系統(tǒng)公司為SSL-1300系列衛(wèi)星平臺特別設(shè)計的太陽能電池，具有柔性可伸縮的特點。ROSA采用了美國空軍實驗室(AFRL)和NASA早期開發(fā)的張緊柔性薄膜技術(shù)，并且?guī)в幸环N可展開的管狀吊桿，在卷曲狀態(tài)時能夠依靠自身彈性應(yīng)變展開。因此，張緊柔性太陽能薄膜可以隨著管狀吊桿一同展開。
展開后的卷曲太陽能陣列板(ROSA)
從上圖可以看出，ROSA由3面板三結(jié)砷化鎵太陽能電池組成，兩翼合計壽命初期功率可達28kW。在SSL-1300系列衛(wèi)星平臺上安裝的太陽能陣列結(jié)構(gòu)可以分為ROSA和可展開的偏移結(jié)構(gòu)組件(Deployable Offset Structural Assembly，DOSA)，如下圖所示。
SSL-1300太陽能陣列結(jié)構(gòu)
DOSA主要包括太陽能電池陣列驅(qū)動組件的連接器、線束接口以及扼板(Yoke Panel)。在太陽能電池陣列翼的根部，電氣線束通過扼板結(jié)構(gòu)收攏至衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)體上。為了能夠承受單個電池陣列14kW的傳輸功率(電流14A，電壓100V直流)，超過100個冗余設(shè)計電路級線束用增材制造的線束連接器收攏到衛(wèi)星平臺。扼板及鉸鏈經(jīng)過熱循環(huán)前后的強度、剛度測試，完全可以滿足太陽能電池陣列驅(qū)動組件的機械性能要求，如下圖所示。
扼板(Yoke Panel)通過軛狀連接器(Yoke)與衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)體連接
三、應(yīng)用情況
自從1989年SSL-1300系列衛(wèi)星平臺開始承接政府、商業(yè)載荷以來，已經(jīng)成為世界上應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星平臺。目前，約有80個以SSL-1300作為衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星在軌工作，累計有超過285個采用SSL-1300作為衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星進入太空，合計在軌時長超過2750年，分布在近地軌道、地球同步軌道以及各種高軌道。
采用SSL-1300作為衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星
SSL-1300衛(wèi)星平臺不僅用于高通量衛(wèi)星，還參與了航天器在軌組裝、補給試驗——美國NASA利用SSL-1300衛(wèi)星平臺設(shè)計了OSAM-1以進行航天器在軌服務(wù)的試驗。2022年，NASA將發(fā)射重達2600kg基于SSL-1300衛(wèi)星平臺設(shè)計的小行星探測衛(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行科學(xué)探測任務(wù)，改進的SPT-140霍爾電推力器專為本次任務(wù)而設(shè)計，在逐漸遠離太陽的過程中依舊能夠提供足夠的總沖量。
總結(jié)：
SSL-1300系列衛(wèi)星平臺創(chuàng)造了世界衛(wèi)星發(fā)展史上的多次“第一”，第一個總線電壓達100V、第一個高通量、第一個功率超過20kW、第一個提供雙向地基波束形成、第一個采用束形天線反射器、第一個采用電推進、第一個采用鋰離子電池的衛(wèi)星平臺。雖然SSL-1300的成本不低，但依靠長時期積累的穩(wěn)定性和可靠性口碑，依舊占據(jù)超過25%的衛(wèi)星平臺市場份額，也曾是我國長期采購的衛(wèi)星平臺之一。
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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”低電壓單電源總線電量傳輸;
兩翼3面板三結(jié)砷化鎵太陽能電池;
四輪控制三軸雙冗余動量偏置;
環(huán)形激光陀螺儀(RLGs 2x)慣性制導(dǎo);
先進的姿態(tài)控制星體跟蹤器及冗余太陽傳感器;
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)次級總線;
RS-485路由串行接口模塊;
AES加密指揮、遙測;
通信面板采用雙孔矩陣熱管被動熱防護和光學(xué)太陽反射器;
氦氣擠壓式雙組元(甲基肼/四氧化二氮)自點火遠地點發(fā)動機;
12臺姿態(tài)控制、位置保持電推力器。
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