美国劳拉系统公司SSL-1300卫星平台发展特点

导读：

美国劳拉系统公司(Space Systems/Loral)SSL-1300卫星平台的研制始于20世纪80年代，从1989年开始成为各种民用通讯有效载荷最普遍使用的卫星平台，分布在近地轨道、地球同步轨道和各种高轨道。为适配各种有效载荷，SSL-1300卫星平台形成系列化产品，有效载荷功率从5～30kW不等，质量从500～1000kg不等;为满足各类用户对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，提供了不同的卫星平台尺寸和推进方案。

一、总体设计及性能

SSL-1300卫星平台采用模块化设计，由框架主结构体、热防护组件、电源系统、遥测控制天线、太阳能阵列板、推进系统以及有效载荷等模块组成，发射质量最大可达6500kg。

SSL-1300卫星平台组成

SSL-1300卫星平台特点如下：

• 框架主结构体由碳纤维复合材料和铝蜂窝夹芯板、承重轴承、中心圆柱结构制成，不同结构可以满足不同体积和重量的有效载荷需求;

• 2AH锂离子电池;

• 采用“100V+31V”低电压单电源总线电量传输;

• 两翼3面板三结砷化镓太阳能电池;

• 四轮控制三轴双冗余动量偏置;

• 环形激光陀螺仪(RLGs 2x)惯性制导;

• 先进的姿态控制星体跟踪器及冗余太阳传感器;

• 支持UHF、L、X、Ka、Ku、S、C等波段传输;

• 双冗余RAD-750分布式中央处理器;

• MIL-STD-1553B串行数据总线，RS-485串行数据次级总线;

• RS-485路由串行接口模块;

• AES加密指挥、遥测;

• 通信面板采用双孔矩阵热管被动热防护和光学太阳反射器;

• 氦气挤压式双组元(甲基肼/四氧化二氮)自点火远地点发动机;

• 12台姿态控制、位置保持电推力器。

不同尺寸和功率的SSL-1300卫星平台

SSL-1300系列卫星平台性能参数(最大尺寸)

资料来源：市场调研

二、关键技术

(一)氙离子霍尔电推进

2004年，美国劳拉系统公司首次在SSL-1300系列卫星平台上安装了SPT-100(Stationary Plasma Thruster-100)氙离子霍尔电推力器，由俄罗斯FAKEL试验设计局(Experimental Design Bureau FAKEL)研制。在3颗卫星上进行了两年在轨试验，试验中12个SPT-100推力器稳定运行了超过2000h，工作时间最长的一个推力器达到了600h，在4.5A放电电流下推力约为81.7mN。

SPT-100氙离子霍尔电推力器

2017年，美国劳拉系统公司选择了SPT-140氙离子霍尔电推力器(由俄罗斯FAKEL试验设计局研制)作为SSL-1300系列卫星平台在轨保位和姿态控制的动力装置，安装在SSL-1300系列卫星平台南、北侧的面板上(每侧各一对，共4台)，与展开的太阳板呈30～45°夹角。每台SPT-140推力器都拥有独立的阴极和氙离子流量控制器(XFC)，每对推力器由同一个能量处理单元(PPU)控制。因此卫星平台上的霍尔电推力子系统包括4台SPT-140推力器、4个XFC、2个PPU、4个推力器辅助支持组件以及2个氙气贮箱，气路控制如下图所示。

SSL-1300系列卫星平台霍尔电推力子系统气路控制

SPT-140霍尔电推力器相关参数

资料来源：Space Systems Loral

(二)卷曲太阳能阵列板

卷曲太阳能阵列板(Roll-Out Solar Array，ROSA)是美国劳拉系统公司为SSL-1300系列卫星平台特别设计的太阳能电池，具有柔性可伸缩的特点。ROSA采用了美国空军实验室(AFRL)和NASA早期开发的张紧柔性薄膜技术，并且带有一种可展开的管状吊杆，在卷曲状态时能够依靠自身弹性应变展开。因此，张紧柔性太阳能薄膜可以随着管状吊杆一同展开。

展开后的卷曲太阳能阵列板(ROSA)

从上图可以看出，ROSA由3面板三结砷化镓太阳能电池组成，两翼合计寿命初期功率可达28kW。在SSL-1300系列卫星平台上安装的太阳能阵列结构可以分为ROSA和可展开的偏移结构组件(Deployable Offset Structural Assembly，DOSA)，如下图所示。

SSL-1300太阳能阵列结构

DOSA主要包括太阳能电池阵列驱动组件的连接器、线束接口以及扼板(Yoke Panel)。在太阳能电池阵列翼的根部，电气线束通过扼板结构收拢至卫星平台结构体上。为了能够承受单个电池阵列14kW的传输功率(电流14A，电压100V直流)，超过100个冗余设计电路级线束用增材制造的线束连接器收拢到卫星平台。扼板及铰链经过热循环前后的强度、刚度测试，完全可以满足太阳能电池阵列驱动组件的机械性能要求，如下图所示。

扼板(Yoke Panel)通过轭状连接器(Yoke)与卫星平台结构体连接

三、应用情况

自从1989年SSL-1300系列卫星平台开始承接政府、商业载荷以来，已经成为世界上应用最广泛的卫星平台。目前，约有80个以SSL-1300作为卫星平台的卫星在轨工作，累计有超过285个采用SSL-1300作为卫星平台的卫星进入太空，合计在轨时长超过2750年，分布在近地轨道、地球同步轨道以及各种高轨道。

采用SSL-1300作为卫星平台的卫星

SSL-1300卫星平台不仅用于高通量卫星，还参与了航天器在轨组装、补给试验——美国NASA利用SSL-1300卫星平台设计了OSAM-1以进行航天器在轨服务的试验。2022年，NASA将发射重达2600kg基于SSL-1300卫星平台设计的小行星探测卫星——Psyche，前往位于火星与木星之间的小行星带中的一颗金属小行星轨道上进行科学探测任务，改进的SPT-140霍尔电推力器专为本次任务而设计，在逐渐远离太阳的过程中依旧能够提供足够的总冲量。

总结：

SSL-1300系列卫星平台创造了世界卫星发展史上的多次“第一”，第一个总线电压达100V、第一个高通量、第一个功率超过20kW、第一个提供双向地基波束形成、第一个采用束形天线反射器、第一个采用电推进、第一个采用锂离子电池的卫星平台。虽然SSL-1300的成本不低，但依靠长时期积累的稳定性和可靠性口碑，依旧占据超过25%的卫星平台市场份额，也曾是我国长期采购的卫星平台之一。

参考资料

1. Delgado J J , Lord P , Rotlisberger L C . Adaptability of the SSL SPT-140 Subsystem for use on a NASA Discovery Class Missions: Psyche[C]// 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. 2016.

2. Bao H , White S , Spence B , et al. Commercialization of Deployable Space Systems' roll-out solar array (ROSA) technology for Space Systems Loral (SSL) solar arrays[C]// 2016 IEEE Aerospace Conference. IEEE, 2016.

3. D Pidgeon, Corey R , Sauer B , et al. Two Years of On-Orbit Performance of SPT-100 Electric Propulsion[C]// Aiaa International Communications Satellite Systems Conference. 2006.

4. SSL 1300 Spacecraft Bus for RSDO Applications5. SSL Information Session——Systems Engineering

本文授权转载自“高端装备产业研究中心”，原标题《美国劳拉系统公司SSL-1300卫星平台发展特点》，文 | 太阳谷

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