Космическая платформа

Модуль служебных систем и модуль полезной нагрузки

Космическая Платформа (или Спутниковая Платформа) — это общая унифицированная модель для построения космических аппаратов (КА), которая включает в себя все служебные системы спутника (т. н. Модуль Служебных Систем), а также конструкцию модуля полезной нагрузки, но без целевой ретрансляционной аппаратуры.

С другой стороны, в зависимости от типа КА, понятие платформа часто употребляется для обозначения Модуля Служебных Систем, содержащего только лишь служебные системы спутника (без конструкции модуля полезной нагрузки).

Преимущества использования космических платформ

Использование космических платформ имеет ряд преимуществ по сравнению с индивидуальным изготовлением космический аппаратов^[1]:

• уменьшение расходов на проектирование в связи с серийностью производства и возможностью распределения стоимости проектирования платформы между всеми спутниками серии;
• увеличение надежности спутников из-за многократной проверки и отработки их систем;
• уменьшение времени производства спутников до 18-36 месяцев. Кроме того производители могут гарантировать сроки изготовления.

Космическая платформа обычно применяется для изготовления геостационарных спутников связи, но может служить и для других проектов.

Компоненты космической платформы

Отношение массы полезного груза коммерческих телекоммуникационных спутников к общей массе КА

Обычно, в космическую платформу входят все служебные системы спутника кроме модуля полезной нагрузки. В этом случае, платформа также называется Модулем служебных систем и содержит^[2][3][4]:

• систему энергоснабжения (включая солнечные батареи и аккумуляторы);
• систему управления движением, ориентации и стабилизации, состоящую из оптических датчиков, измерителей угловых скоростей и маховиков;
• апогейный двигатель для довывода с геопереходной на геостационарную орбиты;
• двигатели коррекции по широте и долготе (обычно с помощью ЭРД);
• систему терморегулирования, предназначенную для отвода тепла от служебных систем и систем модуля полезной нагрузки;
• бортовой комплекс управления с системой передачи служебной телеметрической информации;

Также, на космической платформе предусматривается место для установки отсека полезной нагрузки и антенн. Тем не менее, на платформах для построения спутников связи, например Спейсбас, Экспресс или SS/L 1300, конструкция модуля полезной нагрузки (без ретрансляционной аппаратуры установленной на ней) обычно тоже считается частью платформы.

Обычно платформы оптимизируются под массу выводимой полезной нагрузки, что в свою очередь определяет массу всего спутника и мощность системы энергоснабжения^[4].

Отношение ПН к общей массе КА

Одним из важнейших параметров является отношение массы ПН к общей массе КА. Очевидно, что чем лучше это соотношение, тем эффективнее могут быть выполнены задачи миссии. Обычно грузоподъемность ракеты-носителя определяет максимальную массу КА на орбите. Таким образом, чем меньше весит платформа, тем больше полезного груза может быть доставлено на заданную орбиту^[4][5].

В настоящее время это отношение составляет примерно 18-19 % для современных тяжелых телекоммуникационных платформ, таких как Спейсбас или Экспресс 2000. Основной технологической проблемой является энергетическая стоимость повышения орбиты с геопереходной до геостационарной. КА должны нести большое количество горючего для повышения орбиты (до 3 тонн и больше). Кроме того, ещё 400—600 кг используется для удержания спутника на заданной орбите за все время активной эксплуатации^[6][7].

Экономия, которая может быть достигнута при использовании ионных электрических двигателей^[6][7]

В недалеком будущем, широкое использование электрических ионных двигателей, а также уменьшение массы солнечных батарей и аккумуляторов должно привести к улучшению отношения массы ПН к общей массе КА до 25 % и более^[6][7].

Одним из самых перспективных направлений является развитие электрических ионных и плазменных двигателей. Эти двигатели обладают гораздо более высоким удельным импульсом по сравнению с традиционными двух-компонентными гидразиновыми системами (1500-4000 сек. против 300 сек) и поэтому их использование может привести серьёзному уменьшению массы спутников и соответствующему уменьшению стоимости их запуска. Например, электрический ионный двигатель фирмы Boeing XIPS25, использует всего лишь 75 кг горючего для удержания спутника на орбите в течение 15 лет. При возможном использовании этого двигателя для повышения и последующего удержания орбиты, можно сэкономить до 50 млн Евро (хотя в данный момент эта функция полностью не используется)^[5][6][7][8].

С другой стороны, использование новых технологий применительно к солнечным батареям (переход с кремниевых на многослойные GaInP/GaAs/Ge) и аккумуляторам (внедрение литий-ионных технологий) также приведет к снижению веса КА^[9].

Типы космических платформ

По массе (вместе с горючим), в настоящее время спутниковые платформы можно разделить на три категории^[2][4]:

• Легкие, массой до 2000 кг, с мощностью полезной нагрузки до 6 кВт;
• Средние, массой до 5000 кг, с мощностью до 14 кВт;
• Тяжелые, массой более пяти тонн мощностью более 15-20 кВт и более.

Также при разработке платформы учитываются тип вывода на опорную орбиту: прямой вывод или с довыводом с геопереходной на геостационарную орбиты с помощью апогейной ДУ спутника. В общем случае, КА построенные на легких платформах могут быть напрямую выведены на геостационарную орбиту, что позволяет избавиться от апогейного двигателя и сопровождающего его топлива.

Список космических платформ

В настоящее время основные производители геостационарных спутников используют следующие спутниковые платформы:

Название	Масса КА, кг	Мощн. ПН, кВт	К-во изготовл. (в производстве) КА	Производитель	Страна
Средние и тяжелые платформы
Spacebus 4000[4]	3000-5900	до 11,6	65 (7)	Thales Alenia Space	/
Eurostar 3000[10]	до 6400	6 — 14	более 60	EADS Astrium	/
Alphabus[11]	6000 — 8800	12 — 18	0 (1)	EADS Astrium / Thales Alenia Space	/ /
Boeing 702	до 6000	до 18	25 (15)	Boeing
Boeing 601			73 (3)	Boeing
SS/L 1300	до 8000	до 20	83 (25)[12]	Space Systems/Loral
A2100AX	2800 — 6600	до 15	36	Lockheed Martin Space Systems
КАУР-4	2300 — 2600	1,7 — 6,8	31	ОАО ИСС
Экспресс 2000[13]	до 6000	до 14	0 (4)	ОАО ИСС
Дунфан Хун-4 (DFH-4)	до 5200	до 8	12	China Aerospace Science and Technology Corporation
Легкие платформы
STAR bus[14]	1450 (сухая)	1,5 — 7,5	21 (10)	Orbital Sciences Corporation
Экспресс 1000[13]	до 2200	до 6	6 (18)	ОАО ИСС
A2100A		1-4		Lockheed Martin Space Systems
LUXOR (SmallGEO)	1600 — 3000	до 4	0 (1)	OHB
Навигатор[15]	650 — 850*	до 2,4	2 (6)	НПО им. Лавочкина
Яхта[16]	350 — 500*	до 3,9	4	ГКНПЦ им. М.В.Хруничева
Универсальная космическая платформа[17]	950 — 1200	до 3000 Вт	4 (1)[18]	РКК «Энергия»
* Cухая масса платформы

См. также

• Спутник (КА)
• Экспресс (КА)
• КАУР (спутниковая платформа)
• Экспресс (спутниковая платформа)

Примечания

1. ↑ Спутниковые телекоммуникации, стр. 8-10. ОАО Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва. Архивировано из первоисточника 1 июля 2012. Проверено 7 декабря 2011.
2. ↑ ^{1 2} Новые технологии и перспективы развития космических платформ и полезных нагрузок отечественных спутников связи и вещания, стр. 15-17. ОАО Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва. Архивировано из первоисточника 1 июля 2012. Проверено 7 декабря 2011.
3. ↑ Maral G, Bousquet M SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS, Fifth Edition — : John Wiley & Sons Ltd, 2009 — С. 527—661 — ISBN 978-0-470-71458-4
4. ↑ ^{1 2 3 4 5} Evolution des satellites de télécommunication géostationnaires  (фр.). Alcatel Space, Revue des Télécommunications d'Alcatel - 4e trimestre 2001.(недоступная ссылка — история) Проверено 27 ноября 2011.
5. ↑ ^{1 2} Maral G, Bousquet M SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS, Fifth Edition — : John Wiley & Sons Ltd, 2009 — С. 561—562 — ISBN 978-0-470-71458-4
6. ↑ ^{1 2 3 4} John R. Beattie XIPS Keeps Satellites on Track  (англ.). The Industrial Physicist. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 7 декабря 2011.
7. ↑ ^{1 2 3 4} Giorgio Saccoccia Electric Propulsion  (англ.). ESA.(недоступная ссылка — история) Проверено 7 декабря 2011.
8. ↑ Boeing 702HP fleet. Boeing. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 19 декабря 2010.
9. ↑ Maral G, Bousquet M SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS, Fifth Edition — : John Wiley & Sons Ltd, 2009 — С. 568—569 — ISBN 978-0-470-71458-4
10. ↑ Eurostar 3000 Structure Enhancement. European Space Agency. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 1 октября 2010.
11. ↑ Alphabus. CNES. Проверено 1 октября 2010.
12. ↑ Ford → Space Systems Loral (SSL): LS-1300. Gunter Dirk Krebs. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 27 ноября 2011.
13. ↑ ^{1 2} ВЗАИМОВЫГОДНАЯ ПЛАТФОРМА. КОММЕРСАНТЪ BUSINESS GUIDE. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 1 октября 2010.
14. ↑ Star Bus factsheet. Orbital Sciences Corporation. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 30 сентября 2010.
15. ↑ БАЗОВЫЙ МОДУЛЬ НАВИГАТОР. НПО им. С.А.Лавочкина. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 6 декабря 2011.
16. ↑ Унифицированная космическая платформа «Яхта». ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева». Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 6 декабря 2011.
17. ↑ Универсальная космическая платформа. РКК «Энергия». Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 27 ноября 2011.
18. ↑ RKK Energiya: USP (Victoria). Gunter Dirk Krebs. Архивировано из первоисточника 21 июня 2012. Проверено 27 ноября 2011.

Литература

• G. Maral, M. Bousquet. SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS, Systems, Techniques and Technology, Fifth Edition. — United Kingdom: John Wiley & Sons Ltd., 2009. — 713 с. — ISBN 978-0-470-71458-4
• D. Roddy SATELLITE COMMUNICATIONS, Fourth Edition. — United States of America: The McGraw-Hill Companies, Inc., 2006. — 636 с. — ISBN 0-07-146298-8

Ссылки

• Communications Satellites
• ОАО Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва
• SPACEBUS 4000 PLATFORM