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A2100系列卫星平台体现了模块化、系列化、通用化的设计理念，适应军民两用大型地球同步轨道有效载荷

军工资源网 2022年02月09日

导 读



20世纪90年代，美国洛克希德•马丁公司(Lockheed Martin，洛马公司)推出了A2100卫星平台，早期大部分用于美军或美政府部门的有效载荷，如美国空军的天基红外预警系统卫星(SBIRS)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地球静止气象卫星(GOES-R)等。近十年来经过不断改进、引入大量商业化元素，并结合国际市场需求与技术发展趋势，开发了新型A2100地球同步轨道卫星平台。目前，洛马公司在A2100卫星平台的基础上推出了LM2100卫星平台，目的是逐渐替代原A2100卫星平台。


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采用LM2100卫星平台的SBIRS GEO-5卫星

一、发展历程

随着霍尔推进器、多结砷化镓太阳能电池、锂离子电池组等新技术的不断应用，A2100系列卫星平台的性能逐步提高，并针对不同的应用类型形成了型谱，包括A2100A、A2100AX、A2100AXS和A2100M等。

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A2100卫星平台

在改进过程中，洛马公司在A2100系列卫星平台上引入大量商业化元素[5]：

  • 增强各类型商业载荷适应性，如光学载荷、雷达载荷等;

  • 增强与标准化整流罩的匹配性，适用于不同型号运载火箭的发射;

  • 有效载荷与平台相互独立，有效载荷的设计与组装按照统一接口标准，不受平台结构与电路等方面影响;

  • 实现“肩并肩”形式的“一箭双星”发射;

  • 霍尔全电推进、混合推进或全化学推进的可选择性;

  • 太阳帆板减重增效;

  • 增加增材制造组件数量，较少制造时间和成本;

  • 在轨实现不同频段与任务的灵活切换。

2017年，美国洛马公司公开了LM2100卫星平台，采用了集成通用化、先进制造技术、并行制造策略等的设计理念，比之前的A2100有26项性能提升。其中最重要的创新就是采用柔性太阳翼，开发石墨桅杆和展开系统，提供更多功率、更轻重量以及更小包络。平台推进系统提供全电、全化学、混合推进三种方式，对于电推进，使用霍尔电推力器，变轨时间为其他电推进系统的一半。平台能力可扩展到16kW以上载荷功率，星上处理器实现在轨重构。LM2100平台还具有可扩展制造特性，使用了包括增材制造、基于虚拟现实的数字设计等多项先进制造技术，使短周期、低成本产品在卫星研制各阶段可精准装配等[6]。

A2100系列卫星平台性能参数

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资料来源：市场调研

二、设计特点

最新的A2100系列卫星平台采用了开放式圆柱形结构设计，其核心结构是蜂窝铝型石墨环氧树脂弧形板和夹芯板，燃料箱和大部分推进设备都与卫星平台直接相连;卫星采用模块化设计，主要分为卫星平台舱和有效载荷舱两部分。太阳电池翼以模块化形式安装在平台基座上。

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A2100系列卫星平台开放式圆柱形支撑结构

虽然A2100系列卫星平台可以适配不同重量和功率的有效载荷，但也可以分为中功率版(MP)和高功率版(HP)，所对应的卫星平台体积不同，所能承载的有效载荷质量也不同。在以“肩并肩”(Side-By-Side，SBS)形式“一箭双星”发射时，受目前运载火箭整流罩内空间限制，单个卫星平台有效载荷质量会进一步受到限制。

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A2100系列卫星平台不同功率版本

(一)主电源调节组件

主电源调节组件被称为“可扩展功率调节单元”(Scalable Power Regulation Unit，SPRU)，可以为整星提供高达20kW的电力供给。SPRU包含洛马公司首创的独特电池充电/放电模块以及太阳能电池阵列分流模块，使用脉宽调制技术为所有卫星电子设备提供高精度调节的直流电流。柔性毯式太阳能电池阵列具有轻质、高效的特点，可有效支持中高功率有效载荷工作。

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可扩展功率调节单元(SPRU)

(二)推进系统

推进系统可以根据有效载荷任务方案进行多种搭配，可以选择全化学推进、混合推进或全电推进，具体实施哪种配置是在卫星发射成本与获取轨道所花费的时间之间权衡确定。使用全电推进是成本最低的一种方案，但是由于电推力器推力很小，所以轨道捕获时间通常会比全化学推进长6个月左右。
A2100系列卫星平台推进方式

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资料来源：市场调研

以上提到的推进装置包括：

  • 日本石川岛播磨重工业(IHI)的BT-4一甲基肼/四氧化二氮液体远地点发动机(LAE)，推力为490N;

  • 美国航空喷气•洛克达因公司(Aerojet Rocketdyne)的MR-106单组元火箭发动机，推力约26.7N，比冲为229～235s，重约0.52kg，工作寿命超过4670s;

  • 美国航空喷气·洛克达因公司的MR-510电弧推力器(Arcjets)，所用推进剂为肼，推力为222～258mN，比冲>585～615s，功率约为2kW，推力器重1.6kg;

  • 美国航空喷气•洛克达因公司的BPT-4000氙离子霍尔推力器，推力为168～294mN，比冲为1769～2076s，功率为3～4.5kW，总重7.5kg，可重复起动超过6000次。


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万向推力组件


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BPT-4000霍尔推力器

(三)有效载荷适配

A2100系列卫星平台的天线有效载荷适配有三种方式，分别可以布置在卫星平台的西侧、底部以及东侧外伸平台。底部适配区底部适配区最靠近天线馈源且传输线路最短，适合配置对传输线路长度敏感的有效载荷，如噪声放大器、输出过滤器组件等。

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A2100系列卫星平台有效载荷适配位置

(四)热防护

卫星平台的东西侧热辐射器使用了洛马公司研制的一种灵活、高容量、恒定传导热管，可以显着提高以有效载荷为中心的热密度容量以及卫星的整体热容量。还采用了一种“高级自洁光学太阳反射器”(Advanced Self-cleaning Optical Solar Reflectors)以提高散热能力，安装在南/北侧热管辐射器上，特殊的光催化涂层能够迅速分解有机污染物以实现“自洁”的效果。

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传导热管安装示意图

三、应用情况

洛马公司A2100系列卫星平台应用十分广泛，1996年首次承载现欧洲卫星公司(SES S.A.)的GE-1商业有效载荷进入太空，至今仍旧正常工作。自此已成功搭载超过60个有效载荷进入太空，客户包括美国空天军、海军，还有美国、日本、阿联酋、欧洲的通讯卫星运营商。短期内还将搭载美国空天军的第三代全球定位系统卫星(GPS BlockⅢ)、“下一代过顶持续红外”(OPIR)极地轨道卫星以及“天基红外系统”地球同步轨道卫星进入太空。
A2100系列卫星平台重要有效载荷

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资料来源：市场调研

总结：

美国洛克希德·马丁公司的A2100系列卫星平台体现了模块化、系列化、通用化的设计理念，可以适应各种军用、民用大型地球同步轨道有效载荷。在设计过程中同样重视卫星平台的可拓展性和满足不同任务需求的多样性，采用使用了包括增材制造、基于虚拟现实的数字设计等多项先进制造技术，扩展有效载荷重量、功率和散热能力范围;面向需求和任务设计，满足各类用户对高轨卫星平台的综合性能、效费比、研制周期、可靠性、兼容性的技术要求。这些集成化、通用化、模块化、可拓展的设计理念和快速增材制造、高效电推进等新型技术的使用值得我们借鉴。

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