2019年12月27日，在長征五號(hào)遙三運(yùn)載火箭的托舉下，由航天科技集團(tuán)五院研制的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星在中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)順利升空。該衛(wèi)星以實(shí)現(xiàn)“國家使命、超越領(lǐng)先、技術(shù)引領(lǐng)”為設(shè)計(jì)原則，全面驗(yàn)證東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)。
作為基于東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)研制的一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)踐二十號(hào)不僅是目前我國研制的地球同步軌道發(fā)射重量最重的衛(wèi)星，研制過程中采用的眾多“黑科技”也賦予它一身可滿足未來20年的大容量衛(wèi)星應(yīng)用需求的真功夫。
黑科技一：國內(nèi)展開面積最大、翼展最長的太陽翼
很多人都把太陽翼比作衛(wèi)星的“翅膀”，不過它的作用可不是用來飛行，而是為衛(wèi)星提供能源。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)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(fù)雜的太陽翼，雙翼展開比波音737飛機(jī)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(nèi)首個(gè)“繃弦式”太陽翼，機(jī)電部分的重量比由以往型號(hào)的1:1下降至1:2，機(jī)電重量比為歷史最低?！吧磔p如燕”為太陽翼首次采用二維二次展開方式提供了條件。當(dāng)火箭將衛(wèi)星發(fā)射入軌后，太陽翼進(jìn)行第一次展開；當(dāng)衛(wèi)星在太空飛行約一周后，太陽翼在3萬6千公里的地球同步軌道進(jìn)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(qiáng)電流供給，讓實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星始終擁有充沛體力，為更多的小伙伴提供廣播電視服務(wù)、移動(dòng)通信服務(wù)等等。
黑科技二：“小關(guān)節(jié)”力氣大和“大心臟”品質(zhì)高
實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星巨大的太陽翼雖然不能像翅膀一樣上下?lián)]舞，但是能夠低速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證始終朝向太陽，從而最大限度地獲取太陽能。而帶動(dòng)太陽翼轉(zhuǎn)動(dòng)的則是一個(gè)“小關(guān)節(jié)”——太陽翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（SADA）。SADA個(gè)頭嬌小，但卻是一個(gè)耐冷耐熱耐沖擊的“大力士”，它能輕輕松松承受巨型太陽翼展開帶來的沖擊載荷，驅(qū)動(dòng)百來斤的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)也不在話下。通過機(jī)構(gòu)內(nèi)部的導(dǎo)電環(huán)，它還能將星外的電能源、電信號(hào)轉(zhuǎn)化為固定電通路，傳輸?shù)叫莾?nèi)，并且在傳輸電流時(shí)做到“熱”不改色，絕對(duì)稱得上是國產(chǎn)SADA中的王者，國際上也處于先進(jìn)水平。
實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星巨大的太陽翼能夠提供超強(qiáng)電流。如何讓這些電流既不過大也不過小，而且能聽話地流到衛(wèi)星每一個(gè)角落，維持衛(wèi)星的健康運(yùn)轉(zhuǎn)呢？為此，研制人員為衛(wèi)星配備了一顆“大心臟”——國內(nèi)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，重量卻只增加了40%，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)電源控制器從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的跨越。
黑科技三：在天地間架起信息傳輸高速公路
隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增加，用戶對(duì)于大容量通信衛(wèi)星的需求越來越迫切。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星搭載的由五院研制的甚高通量通信載荷，涵蓋了Q/V頻段載荷、寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)器等。
“提高衛(wèi)星通信容量主要手段在于提高可用頻段帶寬。如果把靜止軌道比作太空中的一條高速公路，那么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(dāng)于把這條高速公路拓寬了4-5倍，將大大緩解目前國際對(duì)靜止軌道頻率的日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面。”航天科技集團(tuán)五院實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師李峰說。
與之前發(fā)射的高通量衛(wèi)星實(shí)踐十三（中星16）號(hào)衛(wèi)星相比，實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的Q/V頻率帶寬提高了近3G赫茲，達(dá)到了5G赫茲，能夠?yàn)橛脩籼峁└囝l率資源。
作為未來高通量通信衛(wèi)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(wèi)星主要使用的頻段。經(jīng)過實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的搭載驗(yàn)證，不僅能積累更多工程經(jīng)驗(yàn)和在軌研制經(jīng)驗(yàn)，也將打開Q/V頻段在高通量衛(wèi)星應(yīng)用上的新天地。
黑科技四：激光高速通信從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
激光通信是天基信息網(wǎng)上的骨干節(jié)點(diǎn)及導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行的重要手段，近年來一直是航天領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星搭載的五院研制的激光終端，將實(shí)現(xiàn)在軌的星地通信，通過雙通道信號(hào)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)10G左右的通信容量，相比于傳統(tǒng)的微波通信，實(shí)現(xiàn)了指數(shù)級(jí)的增長，而且具備傳輸速率大、保密性好、抗截獲能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
相比于目前在軌應(yīng)用的單一體制的激光終端，實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星搭載了三種調(diào)制方式的激光終端，將進(jìn)行長期的星地通信驗(yàn)證，為后續(xù)不同體制的激光終端的研制積累大量的在軌數(shù)據(jù)，為這項(xiàng)“黑科技”在空間站等未來航天器上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
黑科技五：“混合推進(jìn)”讓衛(wèi)星飛行更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)
隨著科技進(jìn)步和對(duì)環(huán)保的重視，很多人在買汽車時(shí)都喜歡選購油電混合動(dòng)力汽車，兼具汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電池發(fā)動(dòng)機(jī)的雙重優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星采用的正是這樣一套混合推進(jìn)系統(tǒng)，由化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)提供混合動(dòng)力，相當(dāng)于衛(wèi)星里的 “油電混動(dòng)汽車”。
化學(xué)推進(jìn)力量大，效率低，適合快速變軌和調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，盡快將衛(wèi)星送入既定工作軌道；電推進(jìn)力量小，但推力精度高、效率高，適合在軌長期精確軌道調(diào)整。實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星的化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)使用了最新的板式貯箱、超聲波流量計(jì)、高精度壓力傳感器和熱容法等產(chǎn)品和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃料的精確測(cè)量和管理，確保一滴推進(jìn)劑都不浪費(fèi)。
電推進(jìn)方面則是首次采用了LIPS-300電推進(jìn)系統(tǒng)。較上一代LIPS-200產(chǎn)品，除推力、比沖等綜合性能顯著提升外，首次擁有了高、低兩種功率的工作模式，任務(wù)能力由南北位保單項(xiàng)任務(wù)拓展到變軌、位置保持和動(dòng)量輪卸載多項(xiàng)任務(wù)。而且LIPS-300具有兩檔工作模式，就跟汽車的不同檔位一樣，每檔輸出的動(dòng)力不同，這樣就可以更好的滿足衛(wèi)星變軌、位置保持和動(dòng)量輪卸載等各類多任務(wù)的動(dòng)力需求。此外，LIPS-300流量的控制精度相當(dāng)于以3小時(shí)流完一滴水的速度，為電推進(jìn)系統(tǒng)的多模式轉(zhuǎn)換提供了最“精確”的保障，讓衛(wèi)星的“靜”更穩(wěn)如泰山，讓衛(wèi)星的“動(dòng)”更絲毫不差。這些“黑科技”向世界宣示了中國電推進(jìn)研制水平成功躋身國際領(lǐng)先行列。
黑科技六：“降溫神器”——可展開式熱輻射器
實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星尺寸大、體積大、重量大、功耗大，產(chǎn)生的熱量多，如果不及時(shí)散熱，就可能“上火”“發(fā)燒”甚至“暈倒”，造成各種設(shè)備失效從而無法正常工作。怎么辦？五院的研制人員為它準(zhǔn)備了一個(gè)“降溫神器”——基于單相流體回路的可展開式熱輻射器。
據(jù)五院的設(shè)計(jì)師介紹，這個(gè)“神器”在“胖五”發(fā)射時(shí)，緊緊收攏在衛(wèi)星內(nèi)壁上，一旦衛(wèi)星準(zhǔn)確入軌，它就會(huì)自動(dòng)解鎖并向外展開?！靶蜗蟮卣f，就像小狗熱了吐出個(gè)舌頭一樣，這扇特殊的窗戶就相當(dāng)于衛(wèi)星的舌頭?！痹O(shè)計(jì)師笑著解釋說。
此次隨實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星搭載飛行成功，證明了這個(gè)“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(jí)衛(wèi)星平臺(tái)的研制提供了最給力的支撐。
