精品專題資料（2022-2023年收藏）廣播和電視教學(xué)設(shè)計

1、中國通信衛(wèi)星的回顧與展望一、引言1945年，英國人克拉克曾在一篇文章中大膽地提出了利用3顆地球靜止軌道人造衛(wèi)星進行準(zhǔn)全球通信的設(shè)想。當(dāng)時人類還未步入宇航時代，這一有關(guān)應(yīng)用衛(wèi)星的設(shè)想無疑帶有濃厚的科學(xué)幻想色彩。但到了50多年后的今天，它不但變成了現(xiàn)實，而且發(fā)揮得淋漓盡致：通信衛(wèi)星作為空間技術(shù)和無線電通信技術(shù)的美妙結(jié)合，得到了飛速的發(fā)展，成為各種衛(wèi)星中最早投入商業(yè)市場，效益最為顯著的一種。通信衛(wèi)星具有通信距離遠，覆蓋面積大，信道質(zhì)量高，通信容量大的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于國際、國內(nèi)或區(qū)域通信、軍用通信、海事通信、電視廣播以及航天器的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼等方面，對世界范圍的信息交流、社會進步、各國經(jīng)濟的發(fā)展及物

2、質(zhì)文化生活水平的提高，起到極為重要的作用。我國的通信衛(wèi)星研制始于70年代。經(jīng)過30多年的不懈努力，我國形成了自己的通信衛(wèi)星系列，其技術(shù)已接近國際先進水平，在軌應(yīng)用的國產(chǎn)通信衛(wèi)星為我國人民的生活、經(jīng)濟和政治活動提供服務(wù)，推進了我國的改革開放和經(jīng)濟建設(shè)。此外，我國在這一高技術(shù)領(lǐng)域的成就，進一步振奮了全國人民的精神，提高了國家的威望，產(chǎn)生了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。二、我國通信衛(wèi)星發(fā)展歷程我國先后自行研制和發(fā)射了3種類型的通信衛(wèi)星：東方紅二號、東方紅二號甲和東方紅三號，它們均為地球靜止軌道通信衛(wèi)星。東方紅二號(簡稱東二)衛(wèi)星是我國第一代通信衛(wèi)星，在軌一共兩顆。第一顆于1984年4月8日發(fā)射，定點于東

3、經(jīng)125°；另一顆于1986年2月1日發(fā)射，定點于東經(jīng)103°。衛(wèi)星本體外形為直徑約2.1m，高度約1.6m的圓柱體，采用雙自旋穩(wěn)定姿控方案，起飛重量約920kg，衛(wèi)星工作壽命3年。每顆星上有2路轉(zhuǎn)發(fā)器，每路功率放大器輸出功率為8W，工作于C波段，通信天線安裝在消旋組件上，衛(wèi)星工作時一直對準(zhǔn)地球。第一顆衛(wèi)星的通信天線為圓錐喇叭，具有約14°的角覆蓋范圍。它具有很寬的服務(wù)區(qū)域，不但可以完成國內(nèi)陸地地球站的衛(wèi)星通信，還可供遠離國土的海上移動站進行通信試驗，但由于衛(wèi)星等效全向輻射功率（EIRP）和天線增益與系統(tǒng)噪聲溫度的比值（GT）較低，使通信容量較小，影響了衛(wèi)星的經(jīng)濟

4、效益。第二顆衛(wèi)星在這方面進行了改進，采用國內(nèi)波束拋物面天線，具有5°×8°的橢圓波束，天線增益比第一顆星的喇叭天線增益增加 69dB，明顯提高了通信容量，也降低了對地球站發(fā)射功率的要求。我國在發(fā)射和應(yīng)用東方紅二號衛(wèi)星的同時，已經(jīng)開始了東方紅二號甲（簡稱東二甲）通信衛(wèi)星的研制，以提高衛(wèi)星的性能。后者實際上是在前者基礎(chǔ)上的改進，衛(wèi)星平臺（服務(wù)系統(tǒng)）中電源分系統(tǒng)在維持太陽電池片布片面積不變的情況下，盡量挖掘潛力，以供給有效載荷更多的功率，其他平臺分系統(tǒng)基本保持不變，或只進行適應(yīng)性修改。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)增為4路，每路功率放大器輸出功率增為10W，通信天線仍采用國內(nèi)波束拋物面天

5、線。雖然從外形上看，東方紅二號甲衛(wèi)星和東方紅二號衛(wèi)星第二顆差別不大，但功能已有明顯的提高，服務(wù)區(qū)內(nèi)EIRP值大于32dBW，GT值大于-11dBK，衛(wèi)星設(shè)計壽命4年，起飛重量約1040kg，一共有3顆在軌工作。1988年3月 7日發(fā)射的第一顆定點于東經(jīng)87.5°，1988年12月 22日發(fā)射的第二顆定點于東經(jīng)98°，1990年2月4日發(fā)射的第三顆定點于東經(jīng)115°。這幾顆衛(wèi)星實際工作壽命均超過了設(shè)計指標(biāo)，達到5年以上。隨著時間的推移，上述兩種衛(wèi)星的一些弱點逐漸顯現(xiàn)出來，已不能滿足我國衛(wèi)星通信事業(yè)迅速發(fā)展的需要。我國從1986年開始正式啟動了新一代通信衛(wèi)星-東方紅三

6、號（簡稱東三）的研制工作。國家把此項工作列為國家重點科研任務(wù)，給予了高度重視。廣大研制人員大力弘揚“自力更生，艱苦奮斗”的航天精神，攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)和難題。1994年完成第一顆星的研制工作。該星于同年11月發(fā)射進入準(zhǔn)同步軌道，但由于推進劑泄漏，最終未能定點使用。經(jīng)故障分析和局部改進后，第二顆衛(wèi)星于1997年5月12日發(fā)射，5月20日定點于東經(jīng)125°，主要用于電話、數(shù)據(jù)傳輸、傳真、VSAT網(wǎng)和電視等項業(yè)務(wù)。到目前為止，該星已正常運行了三年半。東方紅三號衛(wèi)星的研制成功和投入使用，標(biāo)志著我國在通信衛(wèi)星領(lǐng)域跨上了一個新的臺階。2000年1月，采用東方紅三號衛(wèi)星平臺的另一顆通信衛(wèi)星-中星2

7、2號發(fā)射成功，定點于東經(jīng)98°，已投入正常使用。同年10月和12月，采用同一平臺的兩顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星也順利升空。此外，采用這一平臺的另外一些衛(wèi)星也正在研制中。三、代表我國通信衛(wèi)星水平的東方紅三號衛(wèi)星1.衛(wèi)星簡介衛(wèi)星本體為2.22m×1.72m×2.2m的箱體結(jié)構(gòu)，起飛重量約為2260kg，衛(wèi)星裝有大型可展開太陽電池陣和直徑達2m的通信天線，衛(wèi)星發(fā)射時處于折疊狀態(tài)，入軌后先后展開，這時衛(wèi)星的翼展達18.1m，高度為5.7m。該衛(wèi)星工作壽命8年，采用全三軸穩(wěn)定的控制方式，天線指向精度在俯仰和滾動方向為±0.15°，在偏航方向為±0.48

8、°，并具有一定的長期和短期偏置能力。衛(wèi)星位置保持誤差在南北和東西方向均不大于±0.1°，衛(wèi)星壽命末期直流功率約1700W。星上裝有24路轉(zhuǎn)發(fā)器，功率放大器分16W TWTA（6路）和 8W SSPA（18路）兩種，工作于C波段，提供中國國內(nèi)衛(wèi)星通信服務(wù)。在服務(wù)區(qū)邊緣，EIRP值達33.5dBW（8W SSPA信道）和37dBW（16W TWTA信道），GT值大于-2dBK。該衛(wèi)星由推進艙、服務(wù)艙、通信艙以及通信天線和太陽電池陣等艙段組成，又分為控制、電源、測控、推進、結(jié)構(gòu)和通信等7個分系統(tǒng)。其中前6個組成衛(wèi)星的平臺（即服務(wù)系統(tǒng)）部分，后者為衛(wèi)星的有效載荷?？刂品窒?/p>

9、統(tǒng)包括敏感器（地球敏感器、太陽敏感器和速率積分陀螺等）、控制器（控制中心線路和計算機等）和執(zhí)行機構(gòu)（動量輪、太陽陣驅(qū)動機構(gòu)等，推進分系統(tǒng)的490N發(fā)動機和10N推力器也用作執(zhí)行部件）3大部分。它采用數(shù)字電路（計算機）和模擬電路（控制中心線路）兩種互為備份的控制方式，完成軌控和姿控的任務(wù)。電源分系統(tǒng)由一次電源、直流變換器、配電器、火工品管理器及電纜網(wǎng)組成。一次電源包括太陽電池陣和鎘鎳電池。在日照區(qū)由太陽電池陣給整星供電，在星蝕區(qū)由蓄電池給整星供電，保證全部轉(zhuǎn)發(fā)器24小時不間斷工作。測控分系統(tǒng)由跟蹤、遙測及遙控3部分組成。它保證完成星地間的工程測控和業(yè)務(wù)測控任務(wù)，其中跟蹤測距精度優(yōu)于630m；遙測

10、碼速率1000b/s，包括模擬量和數(shù)字量兩種信號；遙控指令容量達620條，碼速率100b/s。推進分系統(tǒng)的主要任務(wù)是為衛(wèi)星變軌機動、同步軌道位置捕獲、位置保持和姿態(tài)控制提供力和力矩，它由推進劑貯箱、氦氣瓶、490N發(fā)動機和10N推力器組成，衛(wèi)星裝有約1310kg的推進劑，約占整星起飛重量的58。結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的功能是將各分系統(tǒng)組成一個整體，承受并傳遞運載火箭主動段等各種環(huán)境條件下的力學(xué)載荷，并滿足剛度和強度要求。衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)為中心承力筒加壁板構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)。熱控分系統(tǒng)通過對星內(nèi)外熱交換進行控制，保證星上所有儀器設(shè)備的環(huán)境溫度都處于正常工作的溫度范圍。它采用被動熱控為主的熱控措施，選用了多層隔熱材料、

11、光學(xué)太陽反射器熱管、電加熱器和涂料等熱控部件。通信分系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)發(fā)器和天線兩部分。轉(zhuǎn)發(fā)器由接收機、輸入多工器、步進衰減器、固態(tài)放大器、行波管放大器和輸出多工器組成，天線為收發(fā)共用、頻率復(fù)用的多饋源賦形波束的反射面天線。通信分系統(tǒng)是衛(wèi)星的核心分系統(tǒng)，負責(zé)完成各種通信或電視信號的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。2.和國內(nèi)外同類衛(wèi)星的性能對比（1）與東方紅二號甲衛(wèi)星的性能比較由于采用了先進技術(shù)，東方紅三號衛(wèi)星各項主要性能比東方紅二號甲衛(wèi)星都有很大的提高。就通信能力而言（以轉(zhuǎn)發(fā)器年計），一顆東方紅三號衛(wèi)星相當(dāng)于12顆東方紅二號甲衛(wèi)星。（）與國外同類衛(wèi)星的性能比較東方紅三號衛(wèi)星屬于中等容量的通信衛(wèi)星，表2給出了它與國際上典型同

12、類衛(wèi)星主要性能的比較：從表中可看出，東方紅三號通信衛(wèi)星的主要性能和所列衛(wèi)星相當(dāng)，達到國際上同類衛(wèi)星的先進水平。 3.技術(shù)進步點東方紅三號通信衛(wèi)星的研制成功，實現(xiàn)了我國地球靜止軌道通信衛(wèi)星從自旋穩(wěn)定型到三軸穩(wěn)定型的飛躍。衛(wèi)星采用了全新的總體設(shè)計和總裝測試思路，對分系統(tǒng)提出了高要求，并攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，使其有效載荷能力（重量、功率、天線安裝面、指向精度、轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)等）有了明顯的提高、以下給出了該衛(wèi)星的主要技術(shù)難點和進步點：（）采用先進的公用平臺概念和艙段化、模塊化的總體構(gòu)形。這一設(shè)計思想大大拓寬了東方紅三號通信衛(wèi)星的應(yīng)用前景，提高了平臺性能，縮短了研制周期。（）優(yōu)化的衛(wèi)星任務(wù)分析：包括衛(wèi)星定點前約

13、1200條遙控指令的安排，太陽陣和天線的展開，節(jié)約推進劑的三次變軌策略的設(shè)計和優(yōu)化等，都是首次在國內(nèi)通信衛(wèi)星上實施。（）整星級試驗和測試的技術(shù)進步：在國內(nèi)首次成功地進行了整星級的電磁兼容試驗，并在多次試驗和分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了不帶工質(zhì)的整星級環(huán)境試驗，解決了在試驗中對占起飛重量58的推進劑的模擬問題。此外，還在國內(nèi)首次研制成功了總控加專檢設(shè)備的整星地面自動化電測設(shè)備和相關(guān)軟件。（）各分系統(tǒng)采用的先進技術(shù)：從表3可看出，東方紅三號衛(wèi)星各分系統(tǒng)在性能上均比東二甲衛(wèi)星有質(zhì)的飛躍，具有世界水平的先進技術(shù)。（）首次成功研制的衛(wèi)星關(guān)鍵設(shè)備：例如先進的碳纖維波紋承力筒、大直徑表面張力儲箱、490N遠地點發(fā)動

14、機、長壽命星上計算機、45Ah銀鎳蓄電池、寬帶微波接收機和模板電纜等。四、我國通信衛(wèi)星的未來發(fā)展我國通信衛(wèi)星雖然已經(jīng)有了明顯的發(fā)展和進步，但和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要相比，和國際市場上的先進衛(wèi)星相比，還存在一定的差距。這主要表現(xiàn)在衛(wèi)星的壽命、研制周期和有效載荷的功率、重量及種類等方面。我們必須根據(jù)自己的國情，確定我國通信衛(wèi)星今后發(fā)展的方向，提高衛(wèi)星的市場競爭能力，滿足飛速發(fā)展的衛(wèi)星通信事業(yè)的需求。在近期，主要應(yīng)注意以下幾點：1.東方紅三號衛(wèi)星公用平臺的開發(fā)應(yīng)用東方紅三號衛(wèi)星公用平臺是目前我國性能最好的、經(jīng)過飛行考驗的地球靜止軌道衛(wèi)星平臺，是我國通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的重要財富。由于它可分為不同的艙段，平臺服務(wù)

15、分系統(tǒng)和有效載荷（通信艙）相對獨立，具有較大的適應(yīng)性，在一定的重量和功耗范圍內(nèi)可用于不同有效載荷的多種衛(wèi)星。考慮到數(shù)字壓縮技術(shù)的飛躍進展，一路轉(zhuǎn)發(fā)器已可傳多路電視，這使得東三衛(wèi)星平臺已可涉足于某些直播衛(wèi)星領(lǐng)域。此外，對于功能比較簡單的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，這種平臺也有用武之地。公用平臺生產(chǎn)可實現(xiàn)批量化，具有較高的可靠性，另外也使衛(wèi)星的研制周期縮短，性能價格比提高，市場應(yīng)用前景變好。因此，充分發(fā)揮東方紅三號衛(wèi)星公用平臺的作用是我國通信衛(wèi)星今后發(fā)展的方向之一。實際上，我國一些在研的通信衛(wèi)星都是基于這一平臺，有效載荷遍及特高頻、S、C和Ku波段。另一方面，充分挖掘東方紅三號衛(wèi)星平臺的潛力，提高衛(wèi)星的性

16、能也是一個很有前景的方向。東方紅三號衛(wèi)星有效載荷重量170kg，功率900W。通過采用平臺設(shè)備的減重措施和提高電源分系統(tǒng)性能，就能使上述兩項指標(biāo)分別增加30和13左右，這一改進已經(jīng)在地面得到驗證。這些局部變化并未影響衛(wèi)星平臺的鑒定狀態(tài)，卻拓寬了應(yīng)用范圍，提高了參與市場競爭的能力。此外，在東三平臺上采用砷化鎵太陽電池以較大幅度地提高供給有效載荷功率、提高壽命和用于氣象的可行性論證工作，都正在進行中。 可以預(yù)計，在一段時間內(nèi)，東方紅三號衛(wèi)星公用平臺仍將是我國通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的主力軍。2.大型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺的研制我國必須發(fā)展新一代大型靜止軌道衛(wèi)星平臺，以滿足今后大容量、高功率、長壽命及多種有效載荷

17、的通信衛(wèi)星研制需求。這類衛(wèi)星包括大容量通信衛(wèi)星、直播衛(wèi)星、跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、區(qū)域性移動通信衛(wèi)星和軍用通信衛(wèi)星等。此外，大型靜止軌道衛(wèi)星還有較好的性能價格比（以衛(wèi)星定點后每千克有效載荷的價格作比較），市場前景看好，世界各先進宇航公司也都在朝著這一方向發(fā)展，HS-702、A2100AX、FS-1300、空間客車4000就是這一方面的實例。根據(jù)我國市場需求的預(yù)估和衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，大型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺的直流功率應(yīng)達60008000W，有效載荷重量超過450kg，壽命15年，這是平臺研制第一期應(yīng)達到的目標(biāo)。第二期應(yīng)使平臺直流功率和有效載荷重量指標(biāo)進一步提高（例如功率超過10000W）。第三期應(yīng)

18、采用電推力器進行軌控，以進一步提高平臺性能，估計這時有效載荷可超過800kg，能適應(yīng)2010年以后的用戶需求。這三個時期的產(chǎn)品均屬于一種平臺，具有相同的衛(wèi)星本體橫截面（長和寬）以及相同的承力筒和貯箱直徑，其多數(shù)平臺分系統(tǒng)的部件相同或相似（例如模塊式疊加）。但具體衛(wèi)星和承力筒的高度、儲箱柱段、太陽電池陣和蓄電池的技術(shù)狀態(tài)不同。這樣分步走，也是比較現(xiàn)實的研制道路。3.今后發(fā)展的主要技術(shù)途徑研制下一代的大型地球靜止軌道衛(wèi)星平臺及其相應(yīng)的有效載荷具有高的技術(shù)難度，其開發(fā)的主要技術(shù)途徑可簡述如下：(1)總體方面-新的系統(tǒng)構(gòu)形設(shè)計：以擴大有效載荷天線的安裝面，適用于整星空運，有利于簡化組裝、總裝和整星測試（AIT）及縮短供貨周期；-在總體設(shè)計中應(yīng)把盡量降低平臺重量作為十分重要的目標(biāo)；-達到長壽命、高可靠性要求的措施；-更有效地利用運載火箭能力的方法；(2)平臺分系統(tǒng)方面-高度在一定范圍內(nèi)可以變化的大直徑承力筒；-加柱段的大直徑表面張力儲箱；-新型兩次展開的、采用砷化鎵片的太陽電池陣；-高容量、長壽命氫鎳電池；-高比沖的變軌發(fā)動機和姿控推力器（包括后期的電推力器）；-適應(yīng)能力