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全电推进卫星发展革命在即

时间:2015年07月31日 信息来源:全电推进,星发展革命 点击: 字体:


猎鹰-9火箭发射的两颗全电推进通信卫星abs-3a(上)和eutelsat 115 west b(下)在发射前的组装状态

核心提示3月2日,猎鹰-9运载火箭将世界首批全电推进通信卫星发射升空,并成功进入预定轨道。全电推进技术这一必将深度改变通信卫星的面貌,甚至间接影响高轨道运载火箭市场的技术终于正式亮相。

那么,全电推进技术是如何发展的?未来又将产生哪些重要影响?

无心插柳

太空救援埋伏笔

电推进在卫星上的应用是从化学升轨-电推进位保的“混电”推进开始的,混电推进技术已经应用超过20年。2001年,欧洲阿蒂米斯中继卫星由于火箭上面级故障,使用本用于位置保持的电推进系统升轨定点,历时18个月。2010年美国空军aehf-1卫星由于卫星化学推进系统故障,也是电推进系统挽救了卫星。这两次“无心插柳”的太空救援为全电推进卫星的诞生埋下了伏笔。

传统的静止轨道通信卫星从同步转移轨道提升至地球静止轨道需消耗大量化学推进剂,这使得卫星超过一半的重量被化学推进剂占据。而电推进使用电能作为动力,其比冲可达化学推进的10倍,即完成同样的推进任务,所需的推进剂仅为化学推进的1/10。即使考虑到电推进器本身比化学火箭发动机重量稍大,对装载同样有效载荷的静止轨道卫星,采用全电推进比使用化学推进能够降低40%的发射质量,接近于瘦身一半,但付出的代价是从发射到定点的时间将从1~2周延长为4~9个月。

天赐良机

全电卫星粉墨登场

全球第一个推出全电通信卫星的制造商是一向敢于率先运用新技术的波音公司。2011年,波音公司开始研制全电通信卫星平台波音702sp。2012年3月,波音702sp获得了亚洲广播卫星公司和墨西哥通信卫星公司的首份订单,而且首单就是4颗卫星的大合同。这份合同的签订可以说是赶上了“天赐良机”,波音公司自然会为它的启动用户提供特别优惠价,而发射服务商spacex公司的猎鹰-9火箭也是以成本低廉著称的。

单星造价不足1亿美元,单星发射费用仅3000万美元。这样的天赐大优惠才使“唯利是图”的卫星运营商敢于投资于全电推进这一未经全面验证的新技术。但也正是由于首星的机遇太难得,波音公司直至2年后的2014年才发布了全电卫星获得来自美国军方的第二份订单的消息,而正是从2014年开始,全电卫星迎来了迅速发展的年代。

百家争鸣

产业链异军突起

2012年,全球主要卫星制造商中只有波音公司一家在大力发展全电推进卫星,该卫星的首批客户也是两家规模有限的卫星公司。然而2014年,全电卫星产业链异军突起,开始改变卫星通信领域的现状。

2014年3月12日,波音公司与美国军方用户签订了3颗全电通信卫星的制造合同。2014年7月31日,空中客车防务与系统公司与eutelsat公司、ses公司分别签订eutelsat172b、ses-12两颗全电通信卫星制造合同。2015年1月16日,ses公司宣布签订3颗通信卫星的订购合同,其中空客公司的ses-14、波音公司制造的ses-15均为全电通信卫星。要知道eutelsat、ses都是位列全球前三甲的卫星运营巨头,获得巨头赏识预示全电卫星即将迎来客户的肯定。除波音、空客两家已经手握多份合同的公司外,许多主流卫星制造商也加入了全电卫星的阵营。在欧空局支持下,ses公司联合德国卫星制造商ohb公司从2012年开始了研制全电通信卫星的electra计划,该卫星重约3吨,计划2018年首飞。劳拉空间系统公司称其全电推进卫星能够将入轨时间缩短至3~4个月。

2014年3月,美国轨道科学公司表示其新型的星-3卫星平台将采用混电推进方案,但不到一年后的2015年2月,轨道科学公司就宣布将推出全电版星-3卫星平台。

无独有偶,泰雷兹阿莱尼亚、洛·马、三菱电子等军工“巨头”也表示能够供应全电卫星或提出了发展全电卫星的规划。全电卫星不仅在卫星制造和运营巨头中“攻城略地”,甚至还吸引了一些新公司加入竞争。

2014年7月,印度与美国合资的aniara spacecom卫星运营公司签订了其第一份订购合同,从俄-德合资卫星制造商dauria aerospace订购了两颗小型全电通讯卫星nextstar-1、2,而这也是dauria aerospace公司首份应用卫星合同。每颗卫星携带12-16个ku转发器,重量不超过1吨,预计将于2017年由gslv-mk2火箭一箭双星发射,合同总金额2.1亿美元。新运营商、新卫星制造商、不足1吨的两颗全电通信卫星由目前为止成功率仅4成的gslv火箭发射,这个项目堪称惊世骇俗。

全电推进

改变卫星也影响火箭

全电推进技术以其对卫星无效重量革命性的削减已经改变了通信卫星产业链。与此同时,卫星总重的下降也会影响商业高轨道运载火箭的发展方向。

包括刚刚发射的两颗,到目前为止全球有13颗全电卫星被订购。其中8颗基于波音702sp平台,重量在2吨左右;3颗基于空客e3000平台,ses-12因带有备份的化学推进系统重5.3吨,另两颗的重量分别为3.5吨和4.2吨;两颗俄德合资制造的小型全电卫星重量低于1 吨。而化学推进静止轨道通信卫星的通常重达4.5~6吨。

全电技术使中型发射重量的卫星能够完成大型卫星的任务,并为2吨以下的小型卫星赋予了新的生命。而2 吨左右的卫星可以用猎鹰-9火箭一箭双星发射,4吨左右卫星正适合作为阿里安5火箭一箭双星搭配中的较小的一颗来发射。在未来猎鹰-9火箭若能实现重复使用,其运载能力区间估计也在4吨级别。静止轨道载荷的主流重量可能从5~6吨下降到4吨级,这一变化一旦发生将深刻改变商业卫星发射这块蛋糕的切分比例。全电推进通信卫星已经登上舞台,可以预见,一场卫星技术革命的“战争”即将打响。(高云逸)

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