東方紅三號衛星

東方紅三號衛星

東方紅三號衛星是中國新一代通信衛星,主要用於電視傳輸、電話、電報、傳真、廣播和數據傳輸等業務。

衛星上有24路C頻段轉發器,其中6路為中功率轉發器;其它18路為低功率轉發器。服務區域包括:中國大陸、海南、台灣及近海島嶼。在地影期間,全部轉發器工作。衛星壽命末期輸出功率≥1700W:衛星允許的有效載荷質量達170kg。

  • 中文名稱
    東方紅3號衛星平台[1]
  • 設計壽命
    8年
  • 尺寸
    2200mm×1720mm×2000mm
  • 質量
    2320kg
  • 天線指向誤差
    俯仰、滾轉≤0.15° 偏航≤0.5°
  • 有效載荷能力
    230kg
  • 太陽電池輸出
    1700w (eol)
  • 軌道類型
    地球靜止軌道和其他軌道
  • 套用
    通信與導航衛星及深空探測器
  • 位置保持精度
    ±0.1°(3σ)

簡介

東方紅三號衛星於1997年5月12日由中國運載火箭技術研究院研製的長征三號甲運載火箭發射升空,並準確進入傾角28.4°,周期10小時39分,近地點為207km,遠地點為36194km的大橢圓轉移軌道。按預定飛行程式,在地面測控系統的測控管理下,衛星先後完成進入OBC太陽搜尋模式;南北太陽電池陣展開;通信天線的展開;遠地點變軌發動機經過第三次點火變軌,衛星進入準靜止軌道,並完成定點捕獲;5月20日16時衛星成功的定點於東經125°赤道上空。

東方紅三號衛星東方紅三號衛星

衛星定點後由中國通信廣播衛星公司、中國空間技術研究院、西安衛星測控中心共同對衛星有效載荷和衛星平台進行了在軌測試,整星狀態良好,工作正常;並對衛星進行了在軌管理,進行了南北位置保持、東西位置保持等監測;先後有5路轉發器開通工作進行試運行,進行了全國甲級足球聯賽和八運會賽場的電視實況轉播以及報紙版面的數字傳輸業務。運轉情況表明其話音清楚、圖像清晰、傳輸質量良好。

東方紅三號衛星由中國通信廣播衛星公司經營,已於1998年初正式開始商業服務,主要用於電話、傳真、數據傳輸、VSAT網、電視等業務,服務對象遍布全國各地。為中國人民的生活、經濟活動、文化教育、外交活動、政治活動等各方面提供重要的服務,有著顯著的社會效益,對推進中國的信息化進程具有重要的作用。

技術特點

先進的衛星公用平台設計概念和模組化、艙段化總體構型設計技術,衛星分為推進艙、服務艙、通信艙,使平台能適應不同有效載荷的需要;

東方紅三號衛星東方紅三號衛星

中心承力筒加壁板的結構形式,以及碳纖維複合材料輕型結構;

大質量液體晃動和柔性部件影響的全三軸姿態軌道控制方案;

先進的雙組元統一推進系統;

一次展開式太陽電池陣與鎘鎳蓄電池聯合供電及雙獨立調節母線方案;

有效載荷的頻率復用、波束成形技術;

高熱耗散和熱流密度的熱控設計;

國際C頻段統一載波測控體制;

總控加專檢設備的先進自動化測試系統;

整星級EMC試驗和不帶工質的環境試驗技術。

衛星結構

東方紅三號衛星載有24個C波段通信轉發器,其中6個16W中功率轉發器,18個8W低功率轉發器,用於電視傳輸、電話、電報、傳真和數據傳輸等通信業務。

衛星在轉移軌道(包括中間軌道)和地球靜止軌道,皆採用三軸穩定控制和雙組元統一推進系統。太陽電池翼在轉移軌道一次展開,通信天線也在轉移軌道展開。

衛星工作壽命8年。在工作壽命末期,保證中功率轉發器有6個成活,15個低功率轉發器(未計入3個國產固態放大器組成的轉發器)中有12個成活的單星可靠度不低於0.66。

衛星由通信、結構、電源、姿態和軌道控制、推進、熱控和測控等7個分系統組成。其中通信分系統包括通信轉發器和定向通信天線兩部分;測控分系統包括遙測、遙控、跟蹤三個子系統和測控天線等部分;電源分系統包括一次電源、配電器、直流/直流變換器、火工品管理器和電纜網等部分。

衛星本體構形為六面體。結構按分艙段設計,分為通信艙、推進艙和服務艙。分艙段設計有利於各艙段並行總裝測試。

轉移軌道

轉移軌道參數

近地點高度hp=209km

遠地點高度ha=36194km

軌道傾角i=28.3°

第一中間軌道

衛星在轉移軌道的第二個遠地點附近,用490N發動機變軌。變軌後衛星進入第一中間軌道。

第二中間軌道

衛星在第一中間軌道的第二個遠地點附近再一次變軌,進入第二中間軌道。

地球準同步軌道

衛星在第二中間軌道的第三個遠地點附近用490N發動機做第三次變軌,進入地球準同步軌道。

在完成3次490N發動機遠地點變軌後,衛星就長期處在地球站監控之下,用星上10N推力器進行位置捕獲,使衛星定點於預定軌道位置。

研製過程

東方紅三號衛星是在1986年開始設計的,共經歷了可行性論證、方案設計、初樣研製和正樣研製四個階段。在初樣階段共生產製造了三顆衛星(電性星、結構星和熱控星),進行了星上各系統的電性能檢測和接口匹配檢查;完成了靜力載入、振動、衝擊、噪聲等力學環境的考核試驗和空間模擬環境下的熱平衡試驗;完成了推進系統的熱試車考核,以及在西昌衛星發射中心與運載火箭的合練。在正樣研製階段,根據地面試驗的結果分析,進行了設計修改,生產製造了兩顆發射星。

第一顆衛星在完成各項檢測和地面試驗後於1994年9月出廠,11月30日由長征三號甲運載火箭成功地發射升空。由於出現燃料泄漏故障,衛星雖經挽救,實施三次變軌而進入了地球同步軌道,但由於燃料耗盡而未能定點。

衛星專家和設計師們用了整整兩年時間對故障進行了認真的分析和模擬仿真試驗,確定了故障發生的原因和部位,採取了各項措施,進行了徹底的改進,更換了不可靠的部件和器件,進行了全星熱試車考核。為進一步提高衛星的可靠性,還根據其他型號所反饋的質量信息,舉一反三開展全面的質量複查,杜絕一切隱患,確保衛星質量。第二顆星於1996年11月出廠,在西昌衛星發射中心完成了多次技術區、發射區的各種檢測,於1997年5月12日發射升空,並於5月20日定點成功。

中國自1984年以來發射的5顆東方紅二號和東方紅二號甲通信衛星,均已先後退役,目前沒有國內製造的衛星通信轉發器可用了。東方紅三號衛星的研製、發射和定點成功,對於緩解中國目前衛星通信的緊張狀況,促進我國衛星通信事業的發展,提高中國在國際航天領域的威望,鞏固中國在國際航天發射市場的地位都有十分重要的意義。

有效載荷    

通信有效載荷包括通信轉發器和通信天線。

通信轉發器

通信轉發器由微波接收機、接收機預選器、輸入多工器、步進衰減器、固態放大器(行波管放大器)、輸出多工器及切換開關等組成。

東方紅三號衛星採用極化隔離技術使頻率復用。每個轉發器頻寬為36MHz,保護頻寬4MHz。垂直極化配置12個轉發器,水平極化配置12個轉發器。

通信天線

通信天線為收發共用、正交線極化、偏饋拋物面、國內賦形波束天線。它由雙柵極化敏感器、饋源組件、展開機構和支撐結構組成。前反射器為水平極化,後反射器為垂直極化。每種極化的饋源陣由7個喇叭組成。

測控系統

測控分系統包括跟蹤、遙測、遙控及測控天線等部分。東方紅三號衛星採用國際C波段微波統一載波測控系統。非相干上行調頻,下行調相,解調轉髮型測距。遙控與跟蹤合用接收機,遙測與跟蹤合用發射機。轉移軌道測控分系統使用通信轉發器的8W固態放大器。在靜止軌道採用30mW測控放大器合用通信天線發射下行測距信號和遙測信號。

跟蹤應答機

它是一個二次變頻的調頻接收機和一個調相倍頻式發射機組成的解調轉髮型應答機。採用雙頻雙機熱備份工作方式。

遙控終端

遙控終端由靜噪控制器、副載頻解調器、解碼器和繼電器組合箱等組成。 指令輸出形式有三種:離散脈衝指令、繼電器觸點指令和比例式指令。

遙測

遙測選用可變格式的編碼遙測。在通常情況下,以一種常規格式進行測量和傳輸。有特殊要求時,可由地面指令控制,切換到所需要的遙測格式上,只對選定的某些參數進行巡迴檢測,其他參數不予傳輸。

推進系統

衛星液體雙組元統一推進分系統主要任務是為轉移(中間)軌道遠地點變軌機動、靜止軌道位置捕獲、位置保持及姿態控制提供力和力矩。它以一甲基肼(MMH)和綠色四氧化二氮(MON-1)為推進劑。遠地點變軌機動用的推進劑與姿態和軌道控制用的推進劑貯存在統一的貯箱內,可以調節使用,故稱統一推進系統。

該分系統由一台490N推力的雙組元遠地點發動機、14個10N推力器、兩個內徑為1050mm的球形推進劑貯箱、兩個容積為50L的球形高壓(額定壓力為21.5MPa)氦氣瓶、一個推進電子線路盒及42個其他功能的閥門、管路組成。

14個10N推力器分為A、B兩分支,分別組成A和B兩個互為備份的“半系統”。

490N發動機在裝星前做過模擬高空熱試車,提高了可靠性。

遠地點變軌後,推進分系統變為落壓式工作模式。在長達8年的工作期間,落壓比僅為1.2~1.3。

軌道控制  

衛星在轉移軌道和靜止軌道皆為三軸穩定控制。以地面注入數據,星上自主控制為主,星地大迴路控制作為故障時備份方式。

星箭分離後,衛星自動完成各向速率阻尼及太陽捕獲,建立星體-Z軸指向太陽,星體繞-Z軸以0.5°/s的角速率慢鏇的所謂巡航姿態。在遠地點機動前,姿態和軌道控制分系統要建立起遠地點點火姿態。遠地點發動機點火期間,按照最佳化控制規律,依變軌策略完成變軌任務。遠地點點火後,衛星轉換成巡航姿態。

在地球靜止軌道,衛星要啟動動量輪,建立正常工作姿態,完成軌道位置的定點捕獲。按照要求,要調整衛星姿態以完成天線方向圖測試和其他在軌測試任務。在8年在軌工作期間,要由地面站發出指令,約每15天完成一次東/西位置保持機動,約每2個月完成一次南/北位置保持機動,並不定期自主完成動量輪卸載任務。正常工作期間,控制分系統要保證通信天線指向精度(考慮天線熱變形及機械安裝誤差後)俯仰為±0.15°,滾動為±0.15°,偏航為±0.48°。

分系統由敏感器控制器、執行機構三類硬體及軟體組成。敏感器包括太陽敏感器、地球敏感器和速率積分陀螺。控制器包括中心線路和星上計算機。在轉移和中間軌道期間,以數字式星上計算機為主,它靈活、機動性好。在靜止軌道期間,以模擬電路控制器——中心線路為主。執行機構包括遠地點發動機、10N推力器、偏置動量輪及太陽翼驅動裝置等。

分系統有9種工作模式,即太陽捕獲、地球搜尋、地球指向、遠地點點火、正常運行、位置保持、過渡、故障安全和星地大迴路控制等模式。根據衛星運行情況,可由地面指令啟動相應的工作模式。

電源介紹

東方紅三號利用太陽電池作為主電源,鎘鎳蓄電池組作為貯能裝置,由電源控制設備對供電母線和功率實行調節和控制。在日照區由太陽電池陣給整星供電,並給蓄電池充電。在星食期由蓄電池給整星供電。為提高可靠性,採用雙獨立母線供電。

星上母線電壓為直流26.5~42.5V。兩個太陽電池翼總面積為22.7m2,貼有21776片規格為20cm×40cm,平均轉換效率為12%(AMO,25°C)的淺結、密榨、背反射體太陽電池片。

星上有2組45Ah的28節Cd-Ni蓄電池。最大放電深度為57%~59%。

火工品管理器對整星火工品集中管理控制,有利於整星安全。

結構系統

東方紅三號衛星東方紅三號衛星

結構分系統的功能是將衛星各分系統組成一個整體,承受並傳遞運載火箭主動段等各種環境條件下的力學載荷。衛星結構要滿足剛度和強度要求。

熱控的任務是通過對星內、外熱交換進行控制,保證星上所有儀器、設備的環境都處在正常工作的溫度範圍內。熱控採用被動熱控方式為主,輔以部分主動熱控措施。所採用的熱控措施有:包敷多層隔熱材料(MLI),貼上光學太陽反射器(OSR),鋪設熱管、電加熱器、塗層塗料等。

歷史意義

1997年5月12日,東方紅三號通信衛星在西昌衛星發射中心用長征三號甲運載火箭發射成功,並於5月20日定點於東經125度赤道上空。由中國通信廣播衛星公司組織的在軌測試初步數據表明:衛星各個系統均工作正常,通信系統的各項主要技術性能達到或優於設計指標。

東方紅三號衛星是中國自行研製的新一代通信衛星。衛星設計瞄準了當時80年代的國際先進水平,但在歷時十年的研製中,世界航天技術又有了迅猛的發展,這顆原來稱為“大容量”的通信衛星已變成了“中容量”衛星。儘管在通信頻段和轉發器數量上與先進國家的衛星存在著一定的差距,但就衛星的分系統方案、單項性能和單項技術方面,如通信信道的EIRP、G/T值指標,全三軸姿態穩定技術,雙組元統一推進系統,碳纖維複合材料結構,頻率復用雙柵賦形波束天線等技術方面,仍然是當前世界先進國家所採用的方案和技術。尤其在帶有寬翼展太陽翼的衛星柔性動力學理論研究和大容積推進劑貯箱的液體晃動理論研究及工程實踐方面均已步入世界先進行列。因此,東方紅三號通信衛星的研製和發射成功,標誌著中國通信衛星技術跨上了一個新台階。衛星上所採用的許多先進技術和主要成果為今後研製更先進、更大容量的通信廣播衛星奠定了技術基礎。

相關詞條

其它詞條