全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺能夠大幅度降低衛(wèi)星平臺的推進(jìn)劑需求量，并帶來包括減輕衛(wèi)星發(fā)射重量、提高衛(wèi)星有效載荷能力、延長衛(wèi)星服役壽命等方面的經(jīng)濟(jì)效益。通過調(diào)研全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺的進(jìn)展情況，梳理了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺對電推進(jìn)的任務(wù)需求，設(shè)計了全電推進(jìn)系統(tǒng)方案及應(yīng)用模式，經(jīng)過分析計算，衛(wèi)星發(fā)射重量在2 000 ～3 000 kg 之間，在半年之內(nèi)完成衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移，需要單臺推力器推力達(dá)到200～300 mN，選擇適當(dāng)?shù)能壍啦呗�，全電推進(jìn)系統(tǒng)是可以滿足任務(wù)需求的。

　　引言

　　電推進(jìn)相對于化學(xué)推進(jìn)具有高比沖的突出優(yōu)勢，可大幅降低衛(wèi)星推進(jìn)劑攜帶量，從而提高衛(wèi)星有效載荷比、延長在軌壽命和降低發(fā)射重量。美國波音公司研制了采用氙離子電推進(jìn)代替化學(xué)推進(jìn)將衛(wèi)星從轉(zhuǎn)移軌道推進(jìn)到靜止軌道位置，并完成位置保持等推進(jìn)任務(wù)的全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺BSS-702SP，全電推進(jìn)通信衛(wèi)星消耗的推進(jìn)劑僅為化學(xué)推進(jìn)消耗推進(jìn)劑的十分之一，原本發(fā)射質(zhì)量為4 000 kg的衛(wèi)星，發(fā)射質(zhì)量將降低到2 000 kg以下，這將能夠?qū)崿F(xiàn)“一箭雙星”發(fā)射，在不影響衛(wèi)星通信能力和性能的前提下，發(fā)射費(fèi)用減少5 000～6 000萬美元。憑借顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，該平臺成為目前世界上具有最高性價比和競爭力的通信衛(wèi)星平臺。世界各國紛紛將目光轉(zhuǎn)向全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺，擬定全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺研制計劃，以占據(jù)未來商用通信衛(wèi)星市場。

　　文章介紹了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺的進(jìn)展情況析了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺的任務(wù)需求，介紹了全電推進(jìn)系統(tǒng)方案及應(yīng)用模式，最后分析了全電推進(jìn)平臺對電推進(jìn)的主要性能需求。

　　1、全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺進(jìn)展情況

　　從國外高軌衛(wèi)星平臺電推進(jìn)應(yīng)用的發(fā)展歷程來看，電推進(jìn)系統(tǒng)在衛(wèi)星上的應(yīng)用經(jīng)歷了循序漸進(jìn)、由易到難、逐步深入的過程，可以分為位置保持、位保+部分軌道轉(zhuǎn)移、位保+軌道轉(zhuǎn)移等三個階段。第三個階段完全應(yīng)用電推進(jìn)代替化學(xué)推進(jìn)完成在軌推進(jìn)任務(wù)，具有這種功能的平臺稱之為全電推進(jìn)平臺。目前，國際上已開發(fā)的全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺有BSS-702SP平臺、ESA及德國OHB公司的Electra平臺。波音公司在2010年之前就設(shè)計開發(fā)的中小型全電推進(jìn)通信衛(wèi)星平臺BSS-702SP衛(wèi)星平臺，是世界上首個全電推進(jìn)平臺。BSS-702SP平臺本體尺寸為1.8 m×1.9 m×3.5 m，發(fā)射重量不超過2 000 kg，氙氣加注量可達(dá)400 kg，可承載500 kg 有效載荷(51路轉(zhuǎn)發(fā)器)，3～8 kW有效載荷功率，衛(wèi)星壽命15 年。BSS-702SP 平臺采用四臺XIPS-25 離子推力器，單臺推力器推力最大可達(dá)到165 mN，比沖3 500 s，功率4.5 kW，變軌時需要兩臺離子推力器同時工作。BSS-702SP平臺通過采用電推進(jìn)技術(shù)大大減輕了衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量，因此可采用一箭雙星發(fā)射，從而大幅節(jié)省發(fā)射成本，該平臺在不影響衛(wèi)星通信能力和性能的前提下，發(fā)射費(fèi)用減少了5 000～6 000 萬美元。

　　目前，該衛(wèi)星平臺已訂購了7 顆衛(wèi)星。2012年3月，波音公司宣布獲得亞洲廣播衛(wèi)星公司(ABS)和墨西哥衛(wèi)星公司(Satmex)的4顆衛(wèi)星研制合同。4顆衛(wèi)星采取一箭雙星發(fā)射，ABS-3A衛(wèi)星和Satmex 7 衛(wèi)星計劃于2015 年初采用獵鷹9火箭一箭雙星方式發(fā)射，目前已完成關(guān)鍵設(shè)計評審(CDR);ABS-2A衛(wèi)星和Satmex 9衛(wèi)星計劃于2015年第四季度采用獵鷹9火箭一箭雙星方式發(fā)射;另外，美國政府采購了3顆衛(wèi)星。

　　2013年10月，ESA 及德國OHB 公司與全球第二大衛(wèi)星運(yùn)營商SES公司(盧森堡歐洲衛(wèi)星公司)簽訂協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)歐洲第一個全電推衛(wèi)星平臺—Electra平臺，首顆衛(wèi)星將是一顆SES公司的衛(wèi)星，計劃在2018年發(fā)射。

　　Electra平臺基于德國OHB公司正在研制中的SGEO(準(zhǔn)同步地球軌道衛(wèi)星)平臺進(jìn)行開發(fā)，SES公司負(fù)責(zé)Electra整個項(xiàng)目，瑞典OHB公司負(fù)責(zé)提供電推進(jìn)系統(tǒng)。該平臺可以滿足起飛重量為2 000～3 000 kg的衛(wèi)星應(yīng)用需求，根據(jù)變軌策略的不同，軌道轉(zhuǎn)移加速度在2.2～3.5 km之間，選擇適當(dāng)?shù)淖冘壊呗钥梢允棺冘壷芷谠诎肽曛畠?nèi)。如圖1所示，其初步考慮配置六臺電推力器，其中兩臺用于變軌，另四臺主要用于在軌位保等任務(wù)。目前計劃選擇的電推進(jìn)系統(tǒng)包括T6離子電推進(jìn)和PPS-5000霍爾電推進(jìn)，其中前者基于ESA水星探測器的研制和應(yīng)用，產(chǎn)品成熟度更高。

圖1 Electra平臺衛(wèi)星構(gòu)型和推力器工作指向圖

　　另外，美國洛馬公司、Astrium公司、美國勞拉公司等相繼提出全電推進(jìn)通信衛(wèi)星平臺的研制計劃。

　　5、結(jié)束語

　　針對全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺的任務(wù)需求，提出了全電推進(jìn)系統(tǒng)方案及應(yīng)用模式，分析了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺對電推進(jìn)主要的性能需求，衛(wèi)星發(fā)射重量在2 000～3 000 kg之間，如果選擇適當(dāng)?shù)能壍啦呗裕�可以�?shí)現(xiàn)推力器推力達(dá)到200～300 mN時，保證在半年之內(nèi)完成全電推進(jìn)衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移，全電推進(jìn)是行之有效的。