我國最重衞星“實踐二十號”有哪些“黑科技”

2019年12月27日，在長征五號遙三運載火箭的託舉下，由航天科技集團五院研製的實踐二十號衞星在中國文昌航天發射場順利升空。該衞星以實現“國家使命、超越領先、技術引領”為設計原則，全面驗證東方紅五號衞星平台關鍵技術。

作為基於東方紅五號衞星平台研製的一顆試驗衞星，實踐二十號不僅是目前我國研製的地球同步軌道發射重量最重的衞星，研製過程中採用的眾多“黑科技”也賦予它一身可滿足未來20年的大容量衞星應用需求的真功夫。

黑科技一

國內展開面積最大、翼展最長的太陽翼

很多人都把太陽翼比作衞星的“翅膀”，不過它的作用可不是用來飛行，而是為衞星提供能源。實踐二十號衞星身軀龐大，它的“翅膀”是我國迄今為止面積最大、翼展最長、展開方式最複雜的太陽翼，雙翼展開比波音737飛機的翼展還要寬上10米。儘管這雙“翅膀”十分巨大，但是卻“身輕如燕”。

作為國內首個“繃弦式”太陽翼，機電部分的重量比由以往型號的1:1下降至1:2，機電重量比為歷史最低。“身輕如燕”為太陽翼首次採用二維二次展開方式提供了條件。 當火箭將衞星發射入軌後，太陽翼進行第一次展開；當衞星在太空飛行約一週後，太陽翼在3萬6千公里的地球同步軌道進行二次展開。太陽翼面積的大大增加，就能帶來源源不斷的超強電流供給，讓實踐二十號衞星始終擁有充沛體力，為更多的小夥伴提供廣播電視服務、移動通信服務等等。

黑科技二

“小關節”力氣大和“大心臟”品質高

實踐二十號衞星巨大的太陽翼雖然不能像翅膀一樣上下揮舞，但是能夠低速轉動，保證始終朝向太陽，從而最大限度地獲取太陽能。而帶動太陽翼轉動的則是一個“小關節”——太陽翼驅動機構（SADA） 。SADA個頭嬌小，但卻是一個耐冷耐熱耐衝擊的“大力士”，它能輕輕鬆鬆承受巨型太陽翼展開帶來的衝擊載荷，驅動百來斤的質量轉動也不在話下。通過機構內部的導電環，它還能將星外的電能源、電信號轉化為固定電通路，傳輸到星內，並且在傳輸電流時做到“熱”不改色，絕對稱得上是國產SADA中的王者，國際上也處於先進水平。

實踐二十號衞星巨大的太陽翼能夠提供超強電流。如何讓這些電流既不過大也不過小，而且能聽話地流到衞星每一個角落，維持衞星的健康運轉呢？為此，研製人員為衞星配備了一顆“大心臟”——國內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%，實現了國產電源控制器從跟跑、並跑到領跑的跨越。

黑科技三

在天地間架起信息傳輸高速公路

隨着衞星互聯網業務的增加，用户對於大容量通信衞星的需求越來越迫切。實踐二十號衞星搭載的由五院研製的甚高通量通信載荷，涵蓋了Q/V頻段載荷、寬帶柔性轉發器等 。

“提高衞星通信容量主要手段在於提高可用頻段帶寬。如果把靜止軌道比作太空中的一條高速公路，那麼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頻段相當於把這條高速公路拓寬了4-5倍，將大大緩解目前國際對靜止軌道頻率的日趨激烈的競爭局面。”航天科技集團五院實踐二十號衞星總設計師李峯説。

與之前發射的高通量衞星實踐十三（中星16）號衞星相比，實踐二十號衞星的Q/V頻率帶寬提高了近3G赫茲，達到了5G赫茲，能夠為用户提供更多頻率資源。

作為未來高通量通信衞星使用的主要頻段，Q/V頻段是將來研製1Tbps及以上超大容量通信衞星主要使用的頻段。經過實踐二十號衞星的搭載驗證，不僅能積累更多工程經驗和在軌研製經驗，也將打開Q/V頻段在高通量衞星應用上的新天地。

黑科技四

激光高速通信從夢想照進現實

激光通信是天基信息網上的骨幹節點及導航衞星組網運行的重要手段，近年來一直是航天領域研究的一個熱點問題。實踐二十號衞星搭載的五院研製的激光終端，將實現在軌的星地通信，通過雙通道信號傳輸，可以實現10G左右的通信容量，相比於傳統的微波通信，實現了指數級的增長，而且具備傳輸速率大、保密性好、抗截獲能力強等優勢。

相比於目前在軌應用的單一體制的激光終端，實踐二十號衞星搭載了三種調製方式的激光終端 ，將進行長期的星地通信驗證，為後續不同體制的激光終端的研製積累大量的在軌數據，為這項“黑科技”在空間站等未來航天器上的應用奠定基礎。

黑科技五

“混合推進”讓衞星飛行更穩定、更精準

隨着科技進步和對環保的重視，很多人在買汽車時都喜歡選購油電混合動力汽車，兼具汽油發動機和電池發動機的雙重優勢。實踐二十號衞星採用的正是這樣一套混合推進系統，由化學推進和電推進提供混合動力，相當於衞星裏的 “油電混動汽車”。

化學推進力量大，效率低，適合快速變軌和調整衞星姿態，儘快將衞星送入既定工作軌道；電推進力量小，但推力精度高、效率高，適合在軌長期精確軌道調整。實踐二十號衞星的化學推進系統使用了最新的板式貯箱、超聲波流量計、高精度壓力傳感器和熱容法等產品和技術，實現了對燃料的精確測量和管理，確保一滴推進劑都不浪費。

電推進方面則是首次採用了LIPS-300電推進系統。較上一代LIPS-200產品，除推力、比衝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，任務能力由南北位保單項任務拓展到變軌、位置保持和動量輪卸載多項任務。而且LIPS-300具有兩檔工作模式，就跟汽車的不同檔位一樣，每檔輸出的動力不同，這樣就可以更好的滿足衞星變軌、位置保持和動量輪卸載等各類多任務的動力需求。此外，LIPS-300流量的控制精度相當於以3小時流完一滴水的速度，為電推進系統的多模式轉換提供了最“精確”的保障，讓衞星的“靜”更穩如泰山，讓衞星的“動”更絲毫不差。這些“黑科技”向世界宣示了中國電推進研製水平成功躋身國際領先行列。

黑科技六

“降温神器”——可展開式熱輻射器

實踐二十號衞星尺寸大、體積大、重量大、功耗大，產生的熱量多，如果不及時散熱，就可能“上火”“發燒”甚至“暈倒”，造成各種設備失效從而無法正常工作。怎麼辦？五院的研製人員為它準備了一個“降温神器”——基於單相流體迴路的可展開式熱輻射器。

據五院的設計師介紹，這個“神器”在“胖五”發射時，緊緊收攏在衞星內壁上，一旦衞星準確入軌，它就會自動解鎖並向外展開。“形象地説，就像小狗熱了吐出個舌頭一樣，這扇特殊的窗户就相當於衞星的舌頭。”設計師笑着解釋説。

此次隨實踐二十號衞星搭載飛行成功，證明了這個“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，為我國未來萬瓦級衞星平台的研製提供了最給力的支撐。