GEO卫星全电推进技术研究及启示

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1、GEO卫星全电推进技术研究及启示段传辉陈荔莹中国空间技术研究院，北京100094介绍了国外地球静止轨道(GEO)通信卫星典型平台波音卫星系统-702SP(BSS-702SP)的全电推进技术；分析了全电推进平台的优势，包括有效载荷承载率高、整星质量小和发射成本低；从电推进系统、变轨策略和有效载荷运输能力方面介绍了当前的技术水平；给出了发展全电推进通信卫星的几点启示，即加速发展电推进技术和全电推进姿态轨道控制技术，以及辐射防护和长期变轨期间的运行管理技术。地球静止轨道卫星；卫星平台；全电推进；轨道转移V474.2A10.3969/j.issn.167

2、3-8748.2013.03.017ResearchandInspirationofAll-electricPropulsionTechnologyforGEOSatelliteDUANChuanhuiCHENLiyingChinaAcademyofSpaceTechnology,Beijing100094,ChinaAbstract:Atypicalall-electricpropulsionGEOtelecommunicationsatelliteplatformBSS-702SPanditsadvantagesareintroduced,s

3、uchashigherpayloadcapabilitywhiledecreaseoftotalmassandlaunchcost.Currenttechnologylevelofelectricpropulsion,orbittransferstrategyandpayloadcapabilityisanalyzed.Someinspirationsareputforward,suchasthedevelopmentofelectricpropulsiontechnology,attitudeandorbitcontroltechnology,

4、radiationpreventionandmanagementtechnologyinlongorbittransferperiod.GEOsatellite;satelliteplatform;all-electricpropulsion;orbittransfer2012-12-032013-02-22段传辉（1986-），男，硕士，助理工程师，从事通信卫星综合测试工作。Email：chuanhuibh@163.com。2015年以‘毖千浦喜1=第3期段传辉等：GE0卫星全电推进技术研究及启示101过几十年的发展，出现了各种类型的电推进系统

5、。与其他类型的推力器相比，氙离子推进系统(XIPS，静电式、电子轰击式离子推力器)和霍尔推进系统(SPT，电磁式、稳态等离子体推力器)，具有比冲高、寿命长、效率高、综合性能好等优点，是目前在航天器上应用最广泛的两类电推力器16]。为获得更多的有效载荷容量和更长的在轨寿命，目前国外先进的大型通信卫星平台普遍采用了电推进系统，例如欧洲的空间客车4000(Spacebus一4000)、欧洲星一3000(Eurostar一3000)和劳拉公司的劳拉一1300(I．S一1300)卫星平台，都装备了基于SPT一100的电推进系统，欧洲的“阿尔法”(Alpha

6、)卫星平台上装备了PPS一1350电推进系统，波音公司的波音卫星系统一702卫星平台装备了基于XIPS一25的电推进系统[7]。表1是几种定型电推进产品SPT一100、PPS一1350和XIPS一25的基本参数[68I，推力为几十毫牛到100多毫牛，比冲可达几千秒。表1几种定型电推进产品的参数Table1Parametersofseveralelectricpropulsionproducts推力器推力／mN比冲／s功率／w效率／％SPT一100831560135046．8PP孓1350891730】50050．3XIPSr25165380045

7、0068．O3．2变轨策略由于电推进系统的推力一般在几十毫牛到几百毫牛之间，远远小于化学推进的几百牛，因此使用电推进从GTO变轨至GEO的时间将长达数月，且变轨策略与采用大推力化学推进系统相比，有很大区别。随着电推进技术的发展，针对GEO置入的连续小推力变轨优化问题已经有很多的研究。文献[9]给出了阿里安一5火箭运载至赤道面内GTO，再由电推进系统变轨至GEO的转移策略。文献[101使用进化算法研究了零倾角GTO到GEO的电推进变轨优化问题。文献[11]针对休斯一702(现为波音公司波音卫星系统一702)卫星平台，提出了GE()置人策略。综合以上

8、文献中的介绍，零倾角GT()到GEO的转移可分为2个阶段，如图3和图4[10]所示。首先是轨道圆化阶段，卫星在远地点附近的弧段或者整个轨