獵鷹-9火箭發(fā)射的兩顆全電推進(jìn)通信衛(wèi)星abs-3a（上）和eutelsat 115 west b（下）在發(fā)射前的組裝狀態(tài)

核心提示：3月2日，獵鷹-9運(yùn)載火箭將世界首批全電推進(jìn)通信衛(wèi)星發(fā)射升空，并成功進(jìn)入預(yù)定軌道。全電推進(jìn)技術(shù)這一必將深度改變通信衛(wèi)星的面貌，甚至間接影響高軌道運(yùn)載火箭市場的技術(shù)終于正式亮相。

那么，全電推進(jìn)技術(shù)是如何發(fā)展的？未來又將產(chǎn)生哪些重要影響？

無心插柳

太空救援埋伏筆

電推進(jìn)在衛(wèi)星上的應(yīng)用是從化學(xué)升軌-電推進(jìn)位保的“混電”推進(jìn)開始的，混電推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用超過20年。2001年，歐洲阿蒂米斯中繼衛(wèi)星由于火箭上面級故障，使用本用于位置保持的電推進(jìn)系統(tǒng)升軌定點(diǎn)，歷時(shí)18個(gè)月。2010年美國空軍aehf-1衛(wèi)星由于衛(wèi)星化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)故障，也是電推進(jìn)系統(tǒng)挽救了衛(wèi)星。這兩次“無心插柳”的太空救援為全電推進(jìn)衛(wèi)星的誕生埋下了伏筆。

傳統(tǒng)的靜止軌道通信衛(wèi)星從同步轉(zhuǎn)移軌道提升至地球靜止軌道需消耗大量化學(xué)推進(jìn)劑，這使得衛(wèi)星超過一半的重量被化學(xué)推進(jìn)劑占據(jù)。而電推進(jìn)使用電能作為動(dòng)力，其比沖可達(dá)化學(xué)推進(jìn)的10倍，即完成同樣的推進(jìn)任務(wù)，所需的推進(jìn)劑僅為化學(xué)推進(jìn)的1/10。即使考慮到電推進(jìn)器本身比化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)重量稍大，對裝載同樣有效載荷的靜止軌道衛(wèi)星，采用全電推進(jìn)比使用化學(xué)推進(jìn)能夠降低40%的發(fā)射質(zhì)量，接近于瘦身一半，但付出的代價(jià)是從發(fā)射到定點(diǎn)的時(shí)間將從1～2周延長為4～9個(gè)月。

天賜良機(jī)

全電衛(wèi)星粉墨登場

全球第一個(gè)推出全電通信衛(wèi)星的制造商是一向敢于率先運(yùn)用新技術(shù)的波音公司。2011年，波音公司開始研制全電通信衛(wèi)星平臺波音702sp。2012年3月，波音702sp獲得了亞洲廣播衛(wèi)星公司和墨西哥通信衛(wèi)星公司的首份訂單，而且首單就是4顆衛(wèi)星的大合同。這份合同的簽訂可以說是趕上了“天賜良機(jī)”，波音公司自然會為它的啟動(dòng)用戶提供特別優(yōu)惠價(jià)，而發(fā)射服務(wù)商spacex公司的獵鷹-9火箭也是以成本低廉著稱的。

單星造價(jià)不足1億美元，單星發(fā)射費(fèi)用僅3000萬美元。這樣的天賜大優(yōu)惠才使“唯利是圖”的衛(wèi)星運(yùn)營商敢于投資于全電推進(jìn)這一未經(jīng)全面驗(yàn)證的新技術(shù)。但也正是由于首星的機(jī)遇太難得，波音公司直至2年后的2014年才發(fā)布了全電衛(wèi)星獲得來自美國軍方的第二份訂單的消息，而正是從2014年開始，全電衛(wèi)星迎來了迅速發(fā)展的年代。

百家爭鳴

產(chǎn)業(yè)鏈異軍突起

2012年，全球主要衛(wèi)星制造商中只有波音公司一家在大力發(fā)展全電推進(jìn)衛(wèi)星，該衛(wèi)星的首批客戶也是兩家規(guī)模有限的衛(wèi)星公司。然而2014年，全電衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈異軍突起，開始改變衛(wèi)星通信領(lǐng)域的現(xiàn)狀。

2014年3月12日，波音公司與美國軍方用戶簽訂了3顆全電通信衛(wèi)星的制造合同。2014年7月31日，空中客車防務(wù)與系統(tǒng)公司與eutelsat公司、ses公司分別簽訂eutelsat172b、ses-12兩顆全電通信衛(wèi)星制造合同。2015年1月16日，ses公司宣布簽訂3顆通信衛(wèi)星的訂購合同，其中空客公司的ses-14、波音公司制造的ses-15均為全電通信衛(wèi)星。要知道eutelsat、ses都是位列全球前三甲的衛(wèi)星運(yùn)營巨頭，獲得巨頭賞識預(yù)示全電衛(wèi)星即將迎來客戶的肯定。除波音、空客兩家已經(jīng)手握多份合同的公司外，許多主流衛(wèi)星制造商也加入了全電衛(wèi)星的陣營。在歐空局支持下，ses公司聯(lián)合德國衛(wèi)星制造商ohb公司從2012年開始了研制全電通信衛(wèi)星的electra計(jì)劃，該衛(wèi)星重約3噸，計(jì)劃2018年首飛。勞拉空間系統(tǒng)公司稱其全電推進(jìn)衛(wèi)星能夠?qū)⑷胲墪r(shí)間縮短至3～4個(gè)月。

2014年3月，美國軌道科學(xué)公司表示其新型的星-3衛(wèi)星平臺將采用混電推進(jìn)方案，但不到一年后的2015年2月，軌道科學(xué)公司就宣布將推出全電版星-3衛(wèi)星平臺。

無獨(dú)有偶，泰雷茲阿萊尼亞、洛·馬、三菱電子等軍工“巨頭”也表示能夠供應(yīng)全電衛(wèi)星或提出了發(fā)展全電衛(wèi)星的規(guī)劃。全電衛(wèi)星不僅在衛(wèi)星制造和運(yùn)營巨頭中“攻城略地”，甚至還吸引了一些新公司加入競爭。

2014年7月，印度與美國合資的aniara spacecom衛(wèi)星運(yùn)營公司簽訂了其第一份訂購合同，從俄-德合資衛(wèi)星制造商dauria aerospace訂購了兩顆小型全電通訊衛(wèi)星nextstar-1、2，而這也是dauria aerospace公司首份應(yīng)用衛(wèi)星合同。每顆衛(wèi)星攜帶12-16個(gè)ku轉(zhuǎn)發(fā)器，重量不超過1噸，預(yù)計(jì)將于2017年由gslv-mk2火箭一箭雙星發(fā)射，合同總金額2.1億美元。新運(yùn)營商、新衛(wèi)星制造商、不足1噸的兩顆全電通信衛(wèi)星由目前為止成功率僅4成的gslv火箭發(fā)射，這個(gè)項(xiàng)目堪稱驚世駭俗。

全電推進(jìn)

改變衛(wèi)星也影響火箭

全電推進(jìn)技術(shù)以其對衛(wèi)星無效重量革命性的削減已經(jīng)改變了通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈。與此同時(shí)，衛(wèi)星總重的下降也會影響商業(yè)高軌道運(yùn)載火箭的發(fā)展方向。

包括剛剛發(fā)射的兩顆，到目前為止全球有13顆全電衛(wèi)星被訂購。其中8顆基于波音702sp平臺，重量在2噸左右；3顆基于空客e3000平臺，ses-12因帶有備份的化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)重5.3噸，另兩顆的重量分別為3.5噸和4.2噸；兩顆俄德合資制造的小型全電衛(wèi)星重量低于1 噸。而化學(xué)推進(jìn)靜止軌道通信衛(wèi)星的通常重達(dá)4.5~6噸。

全電技術(shù)使中型發(fā)射重量的衛(wèi)星能夠完成大型衛(wèi)星的任務(wù)，并為2噸以下的小型衛(wèi)星賦予了新的生命。而2 噸左右的衛(wèi)星可以用獵鷹-9火箭一箭雙星發(fā)射，4噸左右衛(wèi)星正適合作為阿里安5火箭一箭雙星搭配中的較小的一顆來發(fā)射。在未來獵鷹-9火箭若能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，其運(yùn)載能力區(qū)間估計(jì)也在4噸級別。靜止軌道載荷的主流重量可能從5～6噸下降到4噸級，這一變化一旦發(fā)生將深刻改變商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射這塊蛋糕的切分比例。全電推進(jìn)通信衛(wèi)星已經(jīng)登上舞臺，可以預(yù)見，一場衛(wèi)星技術(shù)革命的“戰(zhàn)爭”即將打響。（高云逸）