打造中國版的小型“隼鳥”？這項技術正在實現(xiàn)！

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導語：一聲啪響，2023年首月，長征二號丙遙六十一運載火箭頂著重4.3噸的亞太6E通信衛(wèi)星發(fā)射升空，在進入遠地點1萬公里的橢圓軌道時將進行推進艙分離，用北斗導航信號實現(xiàn)成功離軌。繼續(xù)切換至電推力器進行持續(xù)升軌，今年11月泊入預定的地球靜止軌道軌位。

亞太6E衛(wèi)星緊縮場測試

一、都是衛(wèi)星，這次有啥新“花樣”？

亞太6E衛(wèi)星基于東方紅三號E（DFH-3E）平臺建造，衛(wèi)星本體配置2臺LIPS-300離子推力器和2臺SPT-140D霍爾推力器。由于二者原理有一定差異，SPT-140D霍爾推力器的推力更大，但比沖相比LIPS-300離子推力器來說更低，因此用于衛(wèi)星從初始的亞同步轉移軌道升軌至地球靜止軌道。而LIPS-300離子推力器用于靜止軌道保位。

SMART-1電推進月球減速軌跡

DFH-3E的推進艙完全使用了DFH-4衛(wèi)星的推進分系統(tǒng)，只是改為了外置構型，因此需要修改熱控。推進系統(tǒng)使用1臺490N FY-25雙組元推力器（真空比沖315s）和4組總計8臺10N雙組元推力器（真空比沖285s），以及一系列的1N ACS雙組元推力器。增壓氣瓶使用兩個包裹了熱控材料的T1000碳纖維纏繞氦氣儲罐。亞太6E的推進艙總重2210公斤。

二、降本增效，新嘗試+1

亞太6E衛(wèi)星項目的合同報價為1.37億美元，衛(wèi)星采用Ka頻段通信，通信容量30Gbps。相比2020年7月由長三乙改二Y64發(fā)射的亞太6D高通量通信衛(wèi)星整個合同報價為2.2億美元，這個價格確實相對低廉。

SMART-1電推進奔月軌跡

考慮到亞太6E是DFH-3E平臺的首星，而亞太6D之前已經(jīng)有兩顆同類平臺，即DFH-4E平臺的衛(wèi)星，雖然均發(fā)射失敗，但亞太6D的研發(fā)成本確實也被分攤了一些。

DFH-3E衛(wèi)星平臺性能對標OHB的Small-GEO衛(wèi)星，雖然亞太6E需要連續(xù)在地球的內外輻射帶中浸淫十個月，該階段衛(wèi)星吞掉的輻射量達到了靜止軌道上8年的量，但為了省下一個長征三號甲火箭的第三級，我國還是下定決心搞了化學推進艙+全電升軌的布局。

長征三號甲運載火箭系列第三級自1994年首飛以來成為我國運載火箭中沿用最廣的模塊。應用于長征三號甲、長征三號乙、長征三號丙這一系列運載火箭，并且還使用于長征七號甲和長征八號運載火箭。該模塊使用2臺YF-75型燃氣發(fā)生器循環(huán)氫氧發(fā)動機，共底儲箱。用于長三甲火箭的模塊的質量最輕，干質比7.6，而用于長征三號乙改三和長征八號的模塊干質比僅為6.5。該模塊在當年首飛時代表了我國航天工業(yè)的最高水平。

早期該模塊的良品率較低，每次發(fā)射都需要生產2個模塊，且同時進行檢測后最終會使用性能較好的其中之一。50%的良品率帶來了較為嚴重的生產資料浪費和高成本。隨著該系列運載火箭發(fā)射頻率逐步增加，工藝改進工作也在持續(xù)開展。

2020年后，三級的良品率已經(jīng)超過80%，但該模塊的報價的占比仍然是最大的，在長三乙增強型火箭上該比例可能仍然超過了40%（質量上只有火箭的1/17），而該模塊較為古老的一些設計導致其測發(fā)復雜、周期長，YF-75發(fā)動機則在近幾年內出現(xiàn)了重大事故，如何在低成本小型通信衛(wèi)星上避免使用該高價值模塊以降低發(fā)射成本成了重要之事。需要DFH-3E這種小平臺的國家大多不富裕，盡管長三乙火箭已經(jīng)相當物美價廉，但它對于這些國家來說還是太大了。

因此，DFH-3E衛(wèi)星的構架是繞開氫氧級、降低發(fā)射成本的一個重要嘗試。

三、深空！深空！未來探索繼續(xù)中

我國目前唯一沒有氫氧發(fā)動機參與的深空任務就是2018年5月由上海航天運載研究院長征四號丙Y27運載火箭發(fā)射的“鵲橋”中繼衛(wèi)星。

長四丙運載火箭三子級使用2臺YF-40C型常溫火箭發(fā)動機，真空比沖為303s。三子級的性能只能算平平無奇，導致長四丙火箭的高軌運載能力高速衰減，1.5噸的靜止轉移軌道運載能力到月球轉移軌道已經(jīng)衰減到了600kg左右，更高軌道則會更低。但長四丙的三級也為共底儲箱，價格并不便宜。

目前中國的深空任務均為旗艦級任務，航天器質量大，組成復雜，任務成本高，采樣返回任務也有較高的樣本質量返回要求。基于精細分析技術的進步，實際上微克級樣本足以實施一系列分析。因此，小型高回報的深空任務在未來仍是必要的。

比如，小行星和火星任務。實際上，電推進自20世紀90年代在深空1號任務上使用以來，已廣泛應用于各類深空任務中，包括但不限于MUSES-C，SMART-1，Dawn，Psyche等探測器。MUSES-C（隼鳥號）則是使用一發(fā)M-V火箭射入大橢圓繞地軌道，隨后自行電推升軌前往小行星itokawa。

使用電推進技術的隼鳥2號

CONTOUR探測器

如果中國未來開展低成本小行星采樣返回任務或小行星多目標飛行任務等，則完全可以使用運載能力較低的長征二號丙或者一系列近地軌道運載能力3-4噸級的運載火箭。探測器采用電推+推進艙設計（當然，類似CONTOUR一樣整個固推也行，但要對此做好適配，否則會吃CONTOUR一樣因為沒有考慮固推羽流加熱效應而導致解體的“大虧”）。推進艙將探測器本體射入大橢圓繞地軌道，探測器自行升入逃逸軌道。

OHB的Small GEO衛(wèi)星

這種構架可以大大減少發(fā)射的成本，但適當?shù)卦黾恿撕教炱鞯膹碗s度和抗輻照能力，但增加得有限。以類似DFH-3E衛(wèi)星之類的低成本小型深空任務可以極大地降低任務對運載火箭的依賴，達到以小博大的效果。

結語：

鑒于現(xiàn)在先進低樣本量分析技術的普及，小行星采樣返回任務不再追求樣本的量而更要求覆蓋多點，因此小型的深空探測任務在未來會更為重要而普及。結合電推進已經(jīng)在深空任務中得到了足夠的應用，如果基于DFH-3E類似的構架研發(fā)小型深空任務，則可以使得我們以更低的成本更快更好的建造探測器并且前往預定位置，對我國深空探測技術作為有益補充。

參考文獻：

DFH-3E, A New Generation of Commercial HTS Geostationary Platform