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欧洲空中客车公司Eurostar-E3000系列卫星平台发展特点

军工资源网 2022年04月13日

导读：2021年，基于全新Eurostar Neo卫星平台设计的欧洲通信卫星公司(Eutelsat)HotBird 13F完成总装，有效载荷总功率超过25kW。Eurostar Neo卫星平台是欧洲空中客车航天与防务公司(Airbus Defence and Space)Eurostar-E3000系列卫星平台推出的最新产品。Eurostar-E3000是欧洲通讯卫星应用最多的卫星平台，具有全电推进、全化学推进和混合推进的可选类型，具有全面性、体系性、系统性和先进性的创新特点。

一、发展背景

20世纪80年代，美国卫星制造商在全球通信卫星市场中占据了大部分份额，为了改变这一局面，当时的英国航空航天公司(British Aerospace)和法国马特拉·马可尼航天公司(Matra Marconi Space)合作设计了一款全新的通信卫星平台，被命名为Eurostar-E1000，后来合资成立了阿斯特留姆公司(Astrium)。1988～2008年，基于Eurostar-E1000改进的Eurostar-E2000卫星平台逐渐进入市场取代了Eurosta-E1000，并获得巨大商业成功。21世纪初，吸取Eurostar-E1000/2000两代卫星平台特点的Eurostar-E3000展现了Eurostar系列卫星平台可靠和创新的特点。

2013年，欧洲空中客车公司收购了阿斯特留姆公司，并将Eurostar系列卫星平台并入航天与防务公司，进一步根据有效载荷需求发展了多系列卫星平台产品，形成了现在的Eurostar-E3000/E3000S/E3000GM/E3000EOR/Neo等。

二、设计特点

Eurostar-E3000系列卫星平台采用模块化通用设计理念，保证了有效载荷灵活适应性。卫星平台主体为中心复合材料结构支撑的铝蜂窝材料面板，有效载荷安装在南、北面板和对地最低板内侧，天线安装在东、西面板上。卫星平台南、北面板外侧各装有由3～5块砷化镓电池板组成的太阳电池翼。从结构上划分，Eurostar-E3000系列卫星平台主要由一个通用的服务舱模块和一个根据不同任务定制的通讯模块(Communications Module)组成。

Eurostar-E3000卫星平台结构

Eurostar-E3000系列卫星平台性能参数

资料来源：市场调研

(一)通讯模块

为了保证卫星平台结构紧凑，通讯模块的布置可以有“单层”、“双层”和“三层”的不同版本，不同的设备安装区域满足不同任务需要。这种多模块布置能够支持卫星在横飞姿态时侧面板始终面向地球，使有效载荷天线有更多安装方式。

从左至右依次为“单层”、“双层”和“三层”的通讯模块

(二)服务舱模块

采用双组元化学推进或混合推进方式的Eurostar-E3000卫星平台服务舱主要是四个推进剂贮箱，可以容纳2400～3300kg的推进剂，这些化学推进剂能满足卫星平台15年工作寿命的所有推进需求。全电推进的卫星平台型号中取消了服务舱模块设计，这样节省了约2000kg多余的发射质量。推进剂贮箱材料为Ti-6Al-4V，分为四段铸造而成，最后再用电子束焊接方式组装而成。

Eurostar-E3000卫星平台服务舱模块

Eurostar-E3000卫星平台推进剂贮箱

(三)热管理

Eurostar-E3000卫星平台的南、北侧面板担负热防护功能，面板嵌入二维热管网络，所有热量耗散单元都安装在热管网络上，必要时南、北侧面板的热管网络可以耦合工作。但在日常工作时首选无液体回流被动热防护方案以及加热器。

(四)电源

Eurostar-E3000是最早使用锂离子或镍氢电池的卫星平台(现在主要使用锂离子电池)，可以根据电源需要和有效载荷的供电需求使用1～2个锂离子电池-电源稳压器架构，通过并联数个该架构可以解决扩展的需求。在某些条件下，单个电池-电源稳压器架构可以与超过20kW功率的有效载荷兼容。出于质量平衡的原因，一般2个电池架构安装在对称侧板下方。

锂离子电池-电源稳压器架构

(五)推进系统

Eurostar-E3000卫星平台可以提供全化学推进、混合推进以及全电推进多种可选模式。其中只有Eurostar-E3000EOR和Eurostar-Neo的部分型号支持全电推进。

全化学推进模式下，动力系统由14台10N级S10-21双组元推力器和1台445N级RD-4-15远地点火箭发动机组成，推进剂均为甲基肼+四氧化二氮。10N级S10-21推力器主要用于在轨位置保持、姿态控制以及紧急机动。

Eurostar-E3000系列卫星平台化学推力器性能参数

资料来源：市场调研

混合推进模式下，卫星平台还保留了全化学推进模式下的推力器布局，不同的是在南、北侧面板底部处各安装了一对1.35kW级SPT-100氙离子霍尔电推力器，整星共两对4个SPT-100电推进器，推力方向受指向机构(TPM)控制，由两个能量处理单元(PPU)控制放电电流，氙气流量受流量控制器(XFC)控制。SPT-100霍尔电推进器仅用于卫星在轨南、北位置保持。

SPT-100氙离子霍尔电推力器及其推力指向结构(TPM)

全电推进模式下取消了所有化学推进器，包括10N化学推力器、远地点发动机及推进剂贮箱。2017年，空客公司在Eurostar-E3000EOR卫星平台上使用了最新的4.5kW功率SPT-140氙离子霍尔电推力器，依旧安装在南、北侧面板底部处。由于没有大推力的化学推进装置，卫星入轨时间增加到约4个月。

Eurostar-E3000系列卫星平台霍尔电推力器性能参数

资料来源：市场调研

(六)太阳能阵列电池

2017年，空客公司为Eurostar-E3000系列卫星平台研制了“下一代太阳能阵列”(Next Generation Solar Array，NGSA)电池技术，以原来直线排列的电池板构型为基础，改为刚性和半刚性太阳能电池板组合的方式，如下图所示，浅绿色(A、B)是刚性太阳能电池板，深绿色(A1/2、B1/2)是半刚性太阳能电池板。这样设计相当于每个电池板面积为9m²。

“下一代太阳能阵列”(NGSA)排布方式

电池类型可以选择为三结砷化镓太阳能电池或四结砷化镓太阳能电池，对比寿命终期(EOL)夏至点电池性能如下。可以看出若采用NGSA四结砷化镓太阳能电池，最终功率质量比、功率体积比超出原设计方案一倍。

“下一代太阳能阵列”电池性能对比

资料来源：市场调研

在未来即将发射的Eurostar-Neo卫星平台上，空客公司还将试验一种新的NGSA排布方式，搭配的是一种新型太阳能电池板——4G32，在10^15 1MeV e/cm^2的电子通量下效率约为28.5%，预计功率质量比(W/kg)将达79～88、功率体积比(kW/平米)将达6.4～7。

即将在Eurostar-Neo卫星平台试验的NGSA排布

三、应用情况

从2004年至今，已经有94颗高轨道卫星采用Eurostar-E3000系列卫星平台，并且累计在轨运行超过1000年，客户包括西班牙、土耳其、英国、阿联酋、法国等国家的卫星通信公司，还包括欧洲各国政府以及欧洲通信卫星公司(Eutelsat)等。从2017年开始，全电推进的Eurostar-E3000EOR进入市场，已经有6颗卫星采用该平台进入任务轨道，同时还有12颗全电推进卫星处于生产中。2017年，空客公司宣布推出了Eurostar-Neo卫星平台，支持全化学、混合和全电推进模式，不仅增大了有效载荷功率，改进了太阳能板阵列形式，还采用了激光熔融增材制造技术生产了铝合金遥测天线支架。

总结：

在美国卫星制造商施加的巨大压力下，Eurostar-E3000卫星平台以创新能力争取到了卫星制造市场的一隅之地。首先提出使用锂离子电池、实现卫星平台数字化，还提出轻量化高功率密度太阳电池阵列，此外还具有高度模块化和极为灵活的有效载荷适应特性。但目前平均每路转发器价格还比较高，还需要通过更多通用化设计和市场成熟组件采购进一步降低成本。

参考资料

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2. Stephan J M , Drube M , Gray H , et al. Plasma Propulsion System Functionnal Chain Validation on Eurostar 3000[C]// 21st International Communications Satellite Systems Conference and Exhibit. 2003.

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4. Zimmermann C G , Bals A , übner, A, et al. Development of a New, High-Power Solar Array for Telecommunication Satellites[J]. E3s Web of Conferences, 2017, 16:01006.

5. Snyder J S , Lenguito G , Frieman J D , et al. Effects of Background Pressure on SPT-140 Hall Thruster Performance[J]. Journal of Propulsion and Power, 2020, 36(18):1-9.

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