卫星实践二十号卫星“考”出了好成绩
采访人员从中国航天科技(000901,股吧)集团五院了解到 ， 基于我国新一代大型公用平台——东方红五号卫星平台研制的实践二十号卫星 ， 近日成功完成全部核心试验 ， 充分验证了东方红五号卫星平台性能及其搭载的多项核心技术 。
实践二十号卫星由五院通信卫星事业部抓总研制 ， 于2019年12月27日从海南文昌航天发射场发射升空 ， 2020年1月5日成功定点于地球同步轨道 ， 开始进行在轨测试 。
据五院实践二十号卫星总设计师李峰介绍 ， 该卫星共策划在轨测试项目84项 ， 目前重要的核心试验已经完成 ， 表现优秀 ， 符合设计预期 。
激光通信技术创最高传输速率
超高速激光通信技术是实践二十号卫星验证的一项重要“科目” 。
空间激光通信具有数据传输速率高、抗电磁干扰能力强和安全保密性能好的显著优点 ， 且由于激光通信的波长远小于传统微波通信的波长 ， 有助于满足空间高速通信终端设备小型化、轻量化、低功耗的应用要求 。
据实践二十号卫星设计师王缅介绍 ， 2017年我国对5Gbps激光通信技术进行了在轨验证 ， 达到了当时全球最高速率 。 而实践二十号卫星则将这一速率提升了一倍 ， 达到10Gbps ， 刷新了全球在轨验证得到的最高传输速率 。
这为我国未来空间高速信息通信网络等空间基础设施建设奠定了坚实基础 。
电推进技术攻克世界级难题
作为新技术试验卫星 ， 实践二十号卫星还验证了我国最先进的电推进技术 。
对于高轨通信卫星来说 ， 为保持固定的服务区域 ， 卫星定点的轨道位置通常是不变的 。 而要保持固定轨位 ， 卫星需要定期用推力器进行定点轨道位置保持 。
以往国内通信卫星配置的推力器 ， 都采用化学燃料作为推进剂 。 高轨长寿命卫星发射时所需携带的化学推进剂 ， 几乎达到了发射重量的一半 。 在卫星发射重量一定的情况下 ， 推进剂重量越大 ， 意味着卫星能够承载的有效载荷就越少 ， 能提供的服务也随之减少 。
电推进技术可以有效解决这个问题 。 该技术将巨量化学燃料用特殊气体——“氙气”替换 ， 通过将氙气电离 ， 并在电场作用下产生高速离子流形成推力 ， 其效率达到传统化学推进技术的十倍左右 。 这意味着只需要传统化学推进剂的十分之一重量 ， 就可以实现卫星的轨道位置保持 ， 从而大幅提升卫星有效载荷的携带量 。
实践二十号卫星电推进负责人耿海介绍 ， 该卫星首次采用了LIPS-300电推进系统 ， 其具有三挡工作模式 ， 如同汽车变速箱 ， 每挡输出的动力不同 ， 这样就可以更好的满足卫星变轨、轨道位置保持和动量轮卸载等多任务需求 。
据介绍 ， 电推进系统对于材料的选择 ， 以及在真空环境中解决高压加电等问题 ， 都是世界级难题 。 此次该技术实现全面验证 ， 不仅未来有望广泛应用于通信、遥感卫星 ， 对于深空探测等领域发展也将起到重要作用 。
开辟高通量卫星应用新领域
随着卫星互联网业务的增加 ， 用户对于大容量通信卫星的需求越来越迫切 。 五院研制的甚高通量通信载荷 ， 涵盖了Q/V频段载荷、宽带柔性转发器、跳波束转发器等技术 ， 此次也在实践二十号卫星上成功验证 。
“提高卫星通信容量主要手段之一在于提高可用频段带宽 。 ”李峰说 ， 如果把静止轨道比作太空中的一条公路 ， 那么这条路是目前太空里所有公路中最为拥挤的 。 使用Q/V频段 ， 相当于把这条公路拓宽了4至5倍 ， 将大大缓解目前各国对静止轨道频率激烈竞争的局面 。
与2017年发射的高通量卫星中星16号相比 ， 实践二十号卫星的Q/V频率带宽达到了5G赫兹 ， 提高了近3G赫兹 ， 能够为用户提供更多频率资源 。
李峰介绍 ， 作为未来高通量通信卫星使用的主要频段 ， Q/V频段是将来研制1Tbps及以上超大容量通信卫星主要使用的频段 。 该技术验证成功 ， 不仅积累了更多工程经验和在轨应用经验 ， 也开辟了Q/V频段在高通量卫星应用上的新领域 。
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