日本工程试验卫星-8及其平台

王存恩　戴舒颖　（北京控制工程研究所）　１　前言　３次微调之后最终定点在１４６。Ｅ的地球静止　口口２００６年１２月１８日，日本宇宙航空研　轨道。ＪＡＸＡ将与参加开发的日本信息通信　究开发机构（ＪＡＸＡ）从种子岛航天中心用　研究机构（ＮＩＣＴ）和日本电信电话　第１１枚Ｈ～２Ａ火箭发射了可进行固定、　（ＮＴＴ）公司共同努力，尽快完成星载有效　移动和多媒体通信及卫星定位等多种试验的　载荷初始性能的确认试验工作，使卫星能在　大型工程试验卫星一８（ＥＴＳ一８）。　２００７年４月下旬正式开始执行包括通信、　卫星进入转移轨道后，星载控制电子设　广播在内的全部飞行任务。　备开始工作，遥测固放接通；之后捕获到初　众所周知，从２Ｏ世纪８０年代末开始，　始信号，进行了太阳捕获；接着按要求展开　日本宇宙开发事业团（ＮＡＳＤＡ）就一直致　了大型太阳电池帆板，几经周折后大型镜面　力于大型通信广播卫星的国产化工作，曾设　天线也终于展开。经３次远地点发动机点火　计、开发并于１９９４年和１９９８年先后发射了　（第３次是从２００７年１月８日１９：５９开始，　质量为２吨级、技术也颇为先进的ＥＴＳ一６　持续了４１Ｓ）之后，卫星进入远地点为　和“通信广播工程试验卫星”（ＣＯＭＥＴＳ）。　３５７９６ｋｍ、近地点为３５７７６ｋｍ、轨道倾角为　遗憾的是，这２颗卫星分别由于远地点发动　０．１２。的轨道。目前卫星的轨道周期为　机和二级火箭发动机故障，最终未能进入预　２３ｈ５６ｍｉｎ，在卫星控制管理中心进行了２～　定的地球静止轨道。为尽快结束日本没有在　七七七七七七七　七七　七七七七七七七　七七　七七七七七七七　七七　七七七七七七七　七　更加迫切。美国只有解决ＧＰＳ均衡发展的问　导航卫星系统的发展过程中，ＧＰＳ很有可　题，才能保证ＧＰＳ现代化计划的顺利进行。　能被边缘化，它在民用领域的地位也会被　２．４　ＧＰＳ的未来发展与“伽利略”系统的　“伽利略”系统所取代。因此，美国必须处　关系　理好ＧＰＳ与“伽利略”系统的关系。美国　２００４年６月２６日，美国与欧盟签署了　与欧洲的协议已经解决或基本解决了两个系　《关于促进、提供和使用“伽利略”与ＧＰＳ　统的互操作性与兼容性问题，为它们的共同　天基导航系统及其相关应用的协议》，这为　发展打下了基础。相信美国与欧洲都将非常　两个系统之间的合作奠定了基础。然而，除　珍惜ＧＰＳ与“伽利略”系统共同发展的机　了合作外，两个系统之间也必然存在竞争关　会，使两大系统成为“合作伙伴”，而非纯　系。如果美国不彻底取消ＧＰＳ的选择可用　粹的竞争关系。一　性限制，提高民用信号的性能，那么在全球　收稿日期：２００７—０３～３０　１６　《国际太空》２００７年５月号　维普资讯 http://www.cqvip.com

轨国产大型地球静止轨道通信广播卫星的　试验，用Ｓ和Ｌ频段转发器进行信号传输、　测量和时间比较试验，以及进行铯原子钟、　历史，ＮＡＳＤＡ决定自１９９９年开始研制　在轨初始质量为２８００ｋｇ的大型技术试验　新型电源（镍氢电池和锂蓄电池）、馈电电　路、展开式散热器、柔性结构控制和系统结　构辨识等多种试验。　（２）供电能力强，星上配备了Ｓｉ－ＮＲｓ／　ＢＳＦ太阳电池，可提供７．５ｋＷ的电能。　卫星ＥＴＳ～８。迄今为止，日本在地球静　止轨道上正常工作的国产通信广播系列卫　星只有２００２年９月发射的“数据中继试　验卫星”（ＤＲＴＳ），其余都是从美国订购　的。　（３）以在ＥＴＳ～６、ＣｏＭＥＴＳ上采用　的２５ｍＮ氙离子发动机作为南北轨道控制　ＥＴＳ～８是由ＮＡＳＤＡ主持设计的，　三菱电机公司作为其主承包商，全面参与　了卫星的设计、制造和试验工作。双方全　面继承了在ＥＴＳ一６、ＣＯＭＥＴＳ和ＤＲＴＳ　发动机，轨道控制精度优于０．１ｏ。　（４）星上配备了４个斜装的５０Ｎ・ｍ　反作用飞轮，采用零动量三轴姿态控制方　式，通过与相位增益控制并用的方式来减　小挠性结构体的振动，在惯性基准装置出　故障时还可改为三自由度偏置动量控制方　式。　（５）它是世界上首颗把６４ｂｉｔ快速微　上获得的成功经验，同时吸取了之前失败　的教训。ＥＴＳ一８上配备了翼展长达４０ｍ　的蜂窝式刚性帆板和箱形、模块化可展开　式大型双翼镜面天线，采用零动量三轴控　制方式。日本为这颗卫星投入了４７１亿日　元的研制经费和１６９亿日元的试验经费，　再加上约１Ｉ９亿日元的火箭研制和发射经　处理器（ＭＰＵ）作为星栽控制器（ＳＣ）　核心部件的卫星。ＳＣ上还装有日本电气　公司（ＮＥＣ）研制的１Ｍ　ＣＭ０Ｓ门阵列等　新部件，能完成以姿态和轨道控制为核心　费，卫星总耗资高达７５９亿日元。ＥＴＳ一　８原计划于２００４年发射，后因Ｈ一２Ａ火　箭故障，以及给发射“信息搜集卫星”　（ＩＧＳ）和“多用途运输卫星”（ＭＴＳＡＴ）　的所有运行管理控制。采用ＭＰＵ和新部　件，既大幅度地降低了ＳＣ的质量、功耗　和成本，又提高了其抗辐射能力。此外，　星上还配备了飞行管理软件、数据处理飞　行软件和姿态控制软件，从而做到了仅用　ｌ台ＳＣ就可自动且自主地完成卫星飞行　让路，定于２００７年年初发射，又因火箭　组装调试顺利提前到了２００６年年底发　射。　２　ＦＴ￥一８　管理、数据处理、姿态控制和运行管理等　任务，真正实现了以姿态和轨道控制系统　为核心的一体化控制。　２．１　主要设计特点　ＥＴＳ一８采用ＤＳ一２０００平台（详见本　刊２００６年４月号《日本成功发射多用途运　输卫星一２》一文的２—４页），在设计方面　（６）卫星平台的设计充分考虑了既满足　国内，又满足国际市场的要求。卫星的系　统、结构、部件、数据总线及其接口、制造　主要有以下７个特点。　（１）ＥＴＳ一８的有效载荷质量为ｌｌ００ｋｇ，　有效载荷比高达３５．７２　９／６。除可进行固定、　移动、数字多媒体通信试验，利用改进型　ＧＰＳ进行精确的卫星定位外，该卫星还可　和试验全部都与国际标准接轨。　（７）卫星平台的设计寿命为１０年，星　载有效载荷系统寿命均在３年以上。　表１给出了ＥＴＳ一８的主要性能和参　数　进行大型模块化天线展开与高精度定向控制　《国际太空》２００７年５月号　１７　维普资讯 http://www.cqvip.com

表１　ＥＴＳ一８的ｉ要性能和参数　项　目　主要性能和参数　质量／ｋｇ　结构　＿　５８００（发射质量）；２８００（在轨初始质量，其中有效载荷质量为１１００）　箱形结构，上部配置馈电部分的天线塔　形状　轨道　地球静止轨道，１４６。Ｅ；双元液体，４９０Ｎ远地点发动机　设试黄督　稳态　姿态　控刺　控制　轨道　１０（公用平台）；３（有效载荷系统）　采用反作用飞轮的三轴姿态控制；姿态控制精度：滚动／俯仰优于０．０５　，偏　航优于０．１５。　东西控制：双元液体２２Ｎ推力器；　南北控制：２５ｍＮ氙离子发动机　约７．５ｋＷ；１００Ｖ稳定化的总线　控制　发电能力　太阳电池帆板　蜂窝式刚性帆板；Ｓｉ－ＮＲＳ／ＢＳＦ电池；发射时纵向折叠收藏，在轨双翼翼展为　４０ｍ　构　体　蜂窝夹层结构板；３级模块式结构（有效载荷、公用平台、推进系统）；中央　圆筒式（推进剂、氧化剂贮箱，分上下２层）　热　控　化学推进系统　在有效载荷模块部分搭栽南北方向连接用的热管　全部是双元液体（ＭＭＨ／ＭＯＮ。）；远地点发动机１台，２２Ｎ推力器１２台　遥测、指令　天线定向　大型展　开式天线　有　效　ｓ频段存储传送［采用空间数据系统咨询委员会（ＣＣｓＤｓ）的数据包］　综合精度优于１。　Ｓ频段补偿式抛物面天线（１９ｍ×１７ｍ，共２副）：１４个带条式的展开桁架，　可偏置度数为５１．２。；天线支承臂粱，镀金的镜面（材料为钼），镜面表面光洁　度为２．４ｍｍ　高精度时　进行Ｓ、Ｉ　２频段的测定和时间比较试验；铯原子钟；１．１ｍ抛物面天线；Ｓ频　栽　荷　仪　器　间基准装置　段作为移动通信试验的备份　数字摄像机：监控装置　确认帆扳和天线的展开状况；加速度计：监控发射环境和辨识　挠性结构参数　配备移动通信、广播等用的Ｋａ频段馈电链路；直径为０．８ｍ的补偿式抛物面　天线　馈电链路装置　展开式散热器　在埋入热管的散热板（ｏ．４ｒｅｘ３ｍ）上进行展开后的散热试验　２．２　婆态轨道控制　基准装置出现故障时还可改用三自由度偏置　ＥＴＳ～８采用零动量的姿态控制，当惯性　１８　动量控制。为满足姿态轨道控制高精度的要　（《国际太空》２００７年５月号　维普资讯 http://www.cqvip.com

求，卫星系统选择了以下几种主要组成部件：　道控制发动机和太阳电池帆板驱动机构，其　・姿态控制电子线路　以姿态控制为核　中姿态轨道控制发动机包括双元液体推力器　心的一体化的ＳＣ（主系统和冗余系统可切　［２２Ｎ，共８台，４台用于姿态控制（其中２　换）；　台为备份），４台用于东西轨道控制］和氙　・姿态测量敏感器　包括反射振动式地　离子发动机（２５ｍＮ，４台，用于南北轨道　球敏感器、编码式精太阳敏感器和惯性基准　控制，其中２台为备份）。　装置［３台干式调谐陀螺（ＴＤＧ）］；　表２给出了ＥＴＳ一８姿态轨道控制系统　・执行机构　包括反作用飞轮、姿态轨　的主要性能和参数。　表２　妻态轨遵控制系统曲ｉ要性能和参文　项　目　主要性能和参数　转移轨道姿态控制　绕一Ｘ轴自旋０．１５。／ｓ，轨道机动时三轴控制　稳态控制时的　零动量三轴姿态控制方式，在惯性基准装置出现故障时采用三自由度偏置动量　三轴姿态控制　控制方式　姿态确定方式　利用惯性基准装置的捷联式姿态确定方式；姿态测量敏感器　飞轮配置　４个反作用飞轮，斜装　姿态控制推力器　２２Ｎ×８　东西轨道控制　双元液体推力雾进行脉冲式喷射；姿态测量敏感器　南北轨道控制　氙离子发动机（在升交点和降交点各有１台喷射）　控制系统稳定方式　稳态：增益稳定／相位稳定；轨道控制：增益稳定／相位稳定；远地点发动机点　火时：增益稳定／相位稳定（帆板全部展开）　姿态控制精度／（。）　０．０５（滚动／俯仰），０．１５（偏航）　３　ＤＳ－２０００平台的发展背舞及其应用前舞　２０世纪七八十年代，包括卫星和运载　３．１　发展背舞　火箭技术在内的日本绝大多数航天技术都是　作为ＥＴＳ一８的主承包商，日本三菱电　从美国引进的。这些技术在没有实现国产化　机公司以三菱集团作后盾，在航天开发方面　之前要受限于美国，即便是在２０世纪９０年　投入了相当大的力量，取得了一定的成果，　代中期日本已完成航天产品国产化之后，美　特别是在通信卫星及其关键设备和部件的　国为扭转美日贸易逆差，仍想方设法地阻止　开发方面占有一定的优势。该公司在研发　日本通信广播卫星国产化，迫使日本政府对　ＥＴＳ～８时，就计划将卫星平台作为独自占　相关用户施压以使其购买美国的通信广播卫　有产权的平台推向市场，也获得了当时的主　星，从而阻止日本的通信广播卫星和运载器　管部门——科学技术厅的批准。此举不但可　进入或尽量推迟其进入国际航天市场，与美　以推进通信广播卫星的发展，而且还能带动　国进行竞争。另外，委托美国公司研制和发　相关领域的技术发展；既可展示出三菱集团　射卫星的成本确实比日本本国的成本低，因　的实力，又能提高综合国力。　此日本国家的通信广播机构［如日本广播公　《国际太空》２００７年５月号　１９　维普资讯 http://www.cqvip.com

司（ＮＨＫ）、ＮＴＴ、国际电信电话公司　Ｈ一２Ａ火箭发射卫星。　（ＫＤＤ）］和民间通信广播卫星服务机构基本　（４）日本ＪＣＳＡＴ公司和ＮＴＴ也就用　上都是采购美国的通信广播卫星。ＥＴＳ一８　ＤＳ一２０００平台开发ＪＣＳＡＴ的Ｎ星和Ｄ星　的发射成功将在航天市场上激起一场不小的　基本达成一致意见。　波澜，可能会彻底打破美国垄断日本通信广　（５）日本广播协会（ＮＨＫ）和ＮＴＴ等　播卫星市场的局面。　也就委托三菱电机公司采用这一平台开发通　其实，在ＥＴＳ一８发射之前，其卫星平　信广播卫星进行了研究。　台就以ＤＳ一２０００公用平台的名义推向了日　本国内市场。该平台采用先进的一体化设　４　结束语　计，主要部件全部国产化，有效地利用了经　日本航天开发大纲中明确规定，自主开　过飞行验证的高可靠、低成本的民用器件；　发是日本航天开发的基本政策，但靠引进美　采用国际标准，具有功能软件化、有效载荷　国技术发展起来的日本航天要真正走向自主　比高等特点，可满足多种飞行任务（通信、　开发决非是一蹴而就的事情。美国企图在所　广播、技术试验、气象／航空通信、导航和　有方面，无论是政治、军事、贸易，还是航　测位等）需求，颇受用户青睐。平台在被推　天领域里都控制日本（乃至全世界）。政治　荐给日本运输省、邮政省、防卫省、通信广　方面完全依附于美国的日本，想在发展通信　播卫星机构、通信卫星（ＪＣＳＡＴ）公司和宇　广播卫星方面摆脱美国的控制并敢于向前迈　宙通信公司（ＳＣＣ）时，获得了肯定，从而　出一大步，实属不易。　得到了一些用户，另外还被推荐给了国际市　另外，日本新成立的安倍内阁较小泉内　场上的用户，前景看好。　阁更加明确支持航天自主开发。它不仅对利　３．２　应用前兹分析　用日本国产卫星平台的日本国家机关、国内　（１）日本三菱电机公司利用ＤＳ一２０００　私营团体，甚至国外用户，均予以低息或零　平台研制的首发星是运输省的ＭＴＳＡＴ一２，　利息贷款等优惠政策，还对成功推进航天技　它于２００６年２月１８日发射，现已投入使　术国产化的部门和团体的奖励做了具体的规　用。该卫星作为ＭＴＳＡＴ一１Ｒ（由美国劳拉　定，旨在全力推进通信广播卫星的国产化，　空间系统公司研制）的轨道备份星，将于　支持卫星和火箭尽快打入国际市场，促进日　２０１０年年底前接替ＭＴｓＡＴ一１Ｒ，执行气　本航天技术的发展和产业化。这些举措也会　象、航空通信和导航任务。运输省已决定其　使ＤＳ一２０００平台的市场销售前景更加乐　后续星也采用这一平台。　观。■　收稿日期：２００７－０３—１９　（２）ＳＣＣ公司已与三菱电机公司签订合　同，利用ＤＳ一２０００平台开发“超鸟”（Ｓｕ—　・空间扫描・　ｐｅｒｂｉｒｄ）卫星，并于２００９年年底前用Ｈ一　印度空间研究组织为英国建造通信卫星　２Ａ火箭发射。另外，ＳＣＣ公司已基本确定　印度空间研究组织在２００７年４月１８日表　其后续星仍采用这一平台，从而结束一直由　示，它正在为英国Ａｖａｎｔｉ　ＳｃｒｅｅｎＭｅｄｉａ公司　美国研制、发射的历史。　建造１颗通信卫星。该卫星计划于２００９年　（３）澳大利亚的一家公司已与三菱电机　发射，卫星转发器可能来自欧洲，卫星平台　公司草签了研制和发射大型通信广播卫星的　将在印度空间研究组织的班加罗尔设备厂建　合同。双方都希望能在２０１０年年底前用　造。　（小光摘）　２０　《国际太空》２００７年５月号　＼