五院“通信卫星创新团队”正在讨论通信卫星相关技术问题。明升官网航天科技集团五院供图
22星连续成功发射、7星出口四大洲,在国际通信卫星领域叫响“东方红”品牌;平均年龄只有33岁的年轻团队,拿奖拿到“手软”:首届“国防科技创新团队奖”“全国五一劳动奖状”和“全国质量奖卓越项目奖”等,团队成员更是先后荣获了“全国杰出工程师”“明升官网青年科技奖”“何梁何利奖”“航天功勋奖”等重大荣誉……
这支队伍就是明升官网航天科技集团五院“通信卫星创新团队”(以下简称团队),他们在我国商业通信、数据中继、移动通信、广播电视传输等多个领域实现了重大技术跨越,正逐步成长为我国通信卫星设计、研制及应用领域的核心力量。
塑造明升官网卫星“东方红”品牌,实现通信卫星领域的全面赶超
通信卫星技术具有“全天时、全天候、全球化”信息通联的独特优势,被誉为高新技术王冠上的“闪耀明珠”。
在钱学森、孙家栋、戚发轫、范本尧等老一辈航天专家的带领下,1970年4月24日,我国首颗人造地球卫星东方红一号发射成功,使明升官网成为世界上第五个能够独立研制和发射人造地球卫星的国家。此后,东方红二号通信卫星、东方红三号中容量通信卫星的发射成功,拉开了我国通信卫星明升化发展的序幕。
从2000年开始,为使我国通信卫星明升迅速赶上国际先进水平,以周志成研究员为领军人物的五院“通信卫星创新团队”,担负起新一代大型通信卫星公用平台——东方红四号的攻关重任。他们自主创新、超常工作,突破国外技术封锁,历经6年艰苦攻关,一举攻克大型通信卫星总体设计、高电压大功率复杂电源、卫星长寿命高可靠等关键技术。最终,这个平台实现了整星功率达到万瓦、寿命突破15年、整星质量超过5吨等里程碑式的指标,核心能力相比东方红三号提升近20倍,达到国际先进水平。2007年5月以来,19颗基于该平台的通信卫星成功发射,彻底扭转了我国广播电视领域“长期依赖进口卫星、使用受制于人”的被动局面。
此后,团队提出“平台型谱化”概念,催生全新升级的东方红四号E平台、小巧灵活的东方红四号S平台、基于全电推进技术的东方红四号SP平台,使我国拥有了一系列适用范围广、技术性能高、具有自主知识产权的通信卫星平台产品。
为了让“东方红”品牌在国际前沿领域占据一席之地,从2010年开始,团队又着眼满足未来20年大功率通信卫星需求,决定开发性能更为先进的东方红五号大型卫星公用平台。
6年艰苦攻关,团队全面掌握了桁架式主承力结构、二维二次展开半刚性太阳翼、大功率电源控制器等国际顶尖技术,并用18个月就完成了“东五”试验星研制,我国高轨通信卫星的能力与水平自此进入崭新时代。
基于东方红五号卫星公用平台的卫星最大发射重量可达9吨,整星功率提高到3万瓦,载荷承载能力可达1800公斤。这些指标可与当前国际一流平台比肩,将带动我国大型卫星公用平台升级换代和能力跨越提升,全面满足2030年前民、商用卫星的需求,填补东方红系列大型卫星平台型谱的空白。
在今年6月底前后,历经18个月研制的东方红五号平台试验星——实践十八号将在海南文昌发射场搭载长征五号火箭发射升空,推动我国通信卫星领域的全面赶超。
瞄准国际前沿,抢占通信卫星领域创新制高点
截至记者发稿时,团队已创下连续22颗通信卫星发射任务“零失误”的纪录,在轨卫星达到25颗。而在研制过程中,团队需要解决一个又一个创新路上的“拦路虎”。
空间电推进技术在通信卫星领域是世界性难题,美国曾付出4颗卫星在轨失效的惨痛代价。2009年东方红四号S平台研制伊始,就该平台是否上电推进技术,专家们意见不一。周志成认为,电推进技术可大幅度减少航天器的燃料携带量,提高航天器承载能力,是通信卫星能力提升的有效途径,要打造先进的通信卫星,就必须上电推进系统。之后,在青年科技人员王敏的带领下,研制队伍先后攻克了多个难题,确保电推进产品经受住了长达12000小时的寿命考核试验,并在实践十三号卫星上实现了工程应用。
低PIM控制技术是国外航天企业高度保密的尖端技术。PIM问题一旦发生,就会导致转发器通道阻塞,卫星无法正常通信。为了攻克该项世界难题,确保我国首颗移动通信卫星天通一号的顺利研制,团队成员从相关文献的蛛丝马迹中寻找突破口,对卫星的零部件、单机、分系统、整星系统进行了上百项测试验证,积累了关于PIM的大量数据和经验。最终,团队不仅为后续卫星工程项目建立了一套技术体系和卫星测试规范,也打破了国外对我国长达20年的技术封锁。
在技术突破的过程中,一大批中青年骨干也脱颖而出。“航天功勋奖”获得者魏强主持建立了我国通信卫星数字化研制体系,实现了卫星的全三维设计和平台的组批生产,使卫星研制周期缩短7个月,效率提高30%以上;44岁的李峰,已主持研制了5颗通信卫星研制发射任务;陈粤博士向无工质电磁推进技术发起挑战,与美国国家航空航天局、德国德累斯顿大学等国际顶尖科研团队同台竞争;青年骨干邓恒带领的国际市场开拓队伍,5年间足迹遍布全球20多个国家,完成60多个卫星项目投标工作,为我国赢得8个国际商业卫星合同,金额近10亿美元。
打造“明升官网高端智造”产品,已覆盖全球60%陆地和80%人口
多年来,团队研制发射的系列通信卫星,称得上是明升官网高端装备的一张闪亮名片。由他们打造的系列“明升官网高端智造”产品,已覆盖全球60%的陆地和80%的人口。
团队研制的“中星”“亚太”系列通信卫星,建立起覆盖明升官网全境的广播电视网络,可实现300多套高清卫星电视节目的实时传播,在远程医疗、远程教育、“村村通工程”、应急通信保障等方面发挥了重要作用。
团队建立的“天链”中继卫星系统,使我国成为世界上第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。依托“天链”,从神舟七号以来的载人航天任务有了可靠的数据中继保障,助力飞船交会对接、“太空授课”、“天地对话”顺利进行。
2016年8月成功发射的天通一号01星,是由团队研制的我国首颗移动通信卫星,推动我国迈入卫星移动通信的“手机时代”。它实现了对海洋、沙漠、山区、高原各类地形的无缝覆盖,能为车辆、飞机、船舶和个人等移动用户提供稳定可靠的通信保障,将在野外勘探、地震抢险、南极科考等活动中发挥重大作用。
团队研制的我国首颗高通量通信卫星“实践十三号”,在2017年4月发射升空,推动我国卫星通信进入高通量时代。这颗卫星高通量试验载荷的通信容量已达到20G的国际先进水平,超过我国目前在轨全部通信卫星的容量总和,具备同时传输数十套高清节目甚至4K超高清节目的能力。未来,依托高通量通信卫星,人们可以在飞机、高铁、远洋船舶上随时享受到高速宽带互联网服务。
在国际市场上,团队先后为尼日利亚、委内瑞拉、巴基斯坦、玻利维亚、老挝、白俄罗斯等国家成功交付7颗国际商业通信卫星。委内瑞拉通信卫星在轨不到两年,就已链接1700多个教育中心、89个能源点、214个农产品基础设施,10年内有望带动建立16000个卫星接收站,惠及该国800万人口。玻利维亚通信卫星的转发器出租率已超过80%,年度收入超过2500万美元,卫星寿命周期内的总收入预计超过5亿美元。
目前,这个通信卫星创新团队正承担着以“天地一体化信息网络”和“空间飞行器在轨服务与维护”等国家重大专项为代表的25星研制、50星发射任务。未来,以移动多媒体广播卫星、大容量宽带通信卫星、超大容量宽带通信卫星、高承载比宽带通信卫星、全球移动通信星座科研星等为代表的通信卫星的发射成功,将服务全球数十亿人,使之享受到航天科技带来的巨大福利。
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