全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)能夠大幅度降低衛(wèi)星平臺(tái)的推進(jìn)劑需求量，并帶來(lái)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(zhǎng)衛(wèi)星服役壽命等方面的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)調(diào)研全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)的進(jìn)展情況，梳理了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)電推進(jìn)的任務(wù)需求，設(shè)計(jì)了全電推進(jìn)系統(tǒng)方案及應(yīng)用模式，經(jīng)過(guò)分析計(jì)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(tái)推力器推力達(dá)到200～300 mN，選擇適當(dāng)?shù)能壍啦呗裕�全電推進(jìn)系統(tǒng)是可以滿(mǎn)足任務(wù)需求的。

　　引言

　　電推進(jìn)相對(duì)于化學(xué)推進(jìn)具有高比沖的突出優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)在軌壽命和降低發(fā)射重量。美國(guó)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(tái)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(wàn)美元。憑借顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，該平臺(tái)成為目前世界上具有最高性?xún)r(jià)比和競(jìng)爭(zhēng)力的通信衛(wèi)星平臺(tái)。世界各國(guó)紛紛將目光轉(zhuǎn)向全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)，擬定全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)研制計(jì)劃，以占據(jù)未來(lái)商用通信衛(wèi)星市場(chǎng)。

　　文章介紹了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)的進(jìn)展情況析了全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)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(tái)對(duì)電推進(jìn)的主要性能需求。

　　1、全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)展情況

　　從國(guó)外高軌衛(wèi)星平臺(tái)電推進(jìn)應(yīng)用的發(fā)展歷程來(lái)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(guò)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(gè)階段。第三個(gè)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(tái)稱(chēng)之為全電推進(jìn)平臺(tái)。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)的全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)有BSS-702SP平臺(tái)、ESA及德國(guó)OHB公司的Electra平臺(tái)。波音公司在2010年之前就設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的中小型全電推進(jìn)通信衛(wèi)星平臺(tái)BSS-702SP衛(wèi)星平臺(tái)，是世界上首個(gè)全電推進(jìn)平臺(tái)。BSS-702SP平臺(tái)本體尺寸為1.8 m×1.9 m×3.5 m，發(fā)射重量不超過(guò)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(tái)采用四臺(tái)XIPS-25 離子推力器，單臺(tái)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(shí)需要兩臺(tái)離子推力器同時(shí)工作。BSS-702SP平臺(tái)通過(guò)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(tái)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(wàn)美元。

　　目前，該衛(wèi)星平臺(tái)已訂購(gòu)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(jì)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(jì)評(píng)審(CDR);ABS-2A衛(wèi)星和Satmex 9衛(wèi)星計(jì)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(guó)政府采購(gòu)了3顆衛(wèi)星。

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

　　Electra平臺(tái)基于德國(guó)OHB公司正在研制中的SGEO(準(zhǔn)同步地球軌道衛(wèi)星)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，SES公司負(fù)責(zé)Electra整個(gè)項(xiàng)目，瑞典OHB公司負(fù)責(zé)提供電推進(jìn)系統(tǒng)。該平臺(tái)可以滿(mǎn)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(tái)電推力器，其中兩臺(tái)用于變軌，另四臺(tái)主要用于在軌位保等任務(wù)。目前計(jì)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(cè)器的研制和應(yīng)用，產(chǎn)品成熟度更高。

圖1 Electra平臺(tái)衛(wèi)星構(gòu)型和推力器工作指向圖

　　另外，美國(guó)洛馬公司、Astrium公司、美國(guó)勞拉公司等相繼提出全電推進(jìn)通信衛(wèi)星平臺(tái)的研制計(jì)劃。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)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(tái)對(duì)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(shí)，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。