中星十一号卫星发射成功
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作者: 胡逢超 谢奇勇
“10，9，8……3，2，1，点火！”随着“点火”口令的发出，5月2日凌晨0点06分，在我国西昌卫星发射中心，托举着中星十一号卫星的长征三号乙运载火箭发射升空，约1557秒后，星箭分离，中星十一号卫星精确入轨并顺利进入预定转移轨道。
中星十一号卫星采用我国自主研发的东方红四号卫星平台，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院抓总研制，是中国航天科技集团公司所属中国卫星通信集团有限公司运营管理的第14颗商业通信卫星。作为一颗用于广播和通信的地球静止轨道通信卫星，它主要用于为亚太地区等区域用户提供商业通信服务。
该卫星设计服务寿命为14年，装载了C频段和Ku频段共45路转发器，5副天线，有效载荷功率8477瓦，发射重量为5234千克。是我国目前自行研制民商通用卫星中转发器数量最多、载荷功率最高、重量最大的通信卫星。
承担此次发射任务的长征三号乙运载火箭，由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院研制，其一子级捆绑了4枚液体推进器。这是长征系列运载火箭的第176次发射。
东四平台炼成最强星
“中星十一创奇迹，携带许多转发器；测控数管新技术，供电热控没问题。控制推进来位保，东四平台跑不了；点动天线更奇妙，哪里需要哪里照。”中国空间技术研究院试验队员索洪海创作的这首《中星十一·新星》，形象地说明了该卫星在性能上的确算得上是东四平台的最强星。
全方位给卫星减重
为了能够带动国内研制水平的提升，中国航天科技集团公司毅然决定卫星的有效载荷由中国空间技术研究院自行研制。然而，容量如此之大，功率如此之高的卫星，在此之前，在国产通信卫星的研制上史无前例。
单从转发器数量来看，在此之前，国内自行研制的通信卫星中，基本部是30多路。随之而来的，就是如何布局，如何给这个功率大、热耗高的大家伙供电、散热。如果继续沿用以往的设计思路，不仅在布局上“够呛”，而且还会让卫星“超重”。
面对如此困难，研制团队对照国外同类型的卫星寻不足、找差距，最终，减重的任务压在载荷设备和平台设备上。
“经过多次思想碰撞、仔细论证，我们决定采用矩阵式指令和遥测、CSB总线技术，来减轻通信舱电缆网重量。”测控系统设计师熊晓将介绍说，
“实践也证明，具有矩阵式指令和遥测接口、CSB总线接口、模块化组合的载荷综合业务单元，不仅提高了卫星综合电子系统能力和卫星性能，整个平台设备为卫星减重近30千克。”
在转发器的设计、布局上，该团队充分借鉴中星十号卫星有效载荷技术和研制经验，研制了体积更小、重量更轻的Ku频段介质输入多工器，国内带宽最大的C频段馈源等，提高了有效载荷性能，也成功实现给卫星减重。
为了减重，该研制团队可谓是绞尽脑汁。他们充分利用信息化手段，开展卫星全三维布局设计，有效指导了卫星总装、电缆网设计、加工与安装。
试验队机械主任设计师王益红说：“在三维图上，我们严格计算每一根电缆线的长度，实现了大容量、大功率、大热耗通信舱的优化设计，有效控制了高、低频电缆重量，为卫星减重作出了贡献。”
同时，为满足任务要求，中星十一号卫星平台充分继承东四平台成熟设计，平台各分系统状态与中星十号卫星基本相同，选用了三结砷化镓太阳电池片、110安蓄电池组、大功率太阳帆板驱动机构等同类产品，平台产品具有良好的继承性，并围绕提高卫星性能和寿命开展了新技术、新产品的设计与应用，使用高比冲的490牛（改）发动机和10牛（改）推力器减少推进剂消耗。
质量是航天魂
为了保证卫星的质量和可靠性，中星十一号卫星项目研制团队制定了产品保证计划，确定了24项关键项目以及107个强制检验点，严格进行过程控制。
“我们共开展了24项可靠性试验或仿真分析验证工作，特别针对Ku输入介质多工器、载荷综合业务单元等新产品进行了设计与可靠性的试验验证。”中国空间技术研究院试验队队长、该卫星总设计师魏强介绍说，“同时，还增加大开口防护措施，提高卫星抗空间辐照的能力，确保了卫星产品的质量与可靠性。”
针对其他型号的在轨故障以及研制过程发现的质量问题，该卫星研制团队开展了举一反三，采取了有效的处理措施，严格进行各项试验验证和测试。
与此同时，中国航天科技集团公司多次组织开展了针对载荷综合业务单元等鉴定产品、有效载荷分系统与跟踪子系统等重要单机的质量审查和出厂专项复查。
“质量，就是航天的魂。”该卫星研制团队负责人说，在整个研制过程中，该卫星项目研制团队以“全面满足用户需求”为宗旨，以严谨务实的工作态度和“严慎细实”的工作作风，攻坚克难，奋力拼搏，坚持“标准不降、程序不减”，创造性地开展工作，确保了卫星研制任务圆满完成。
中星十一号卫星的成功发射及在轨稳定运行，将进一步推动我国“大容量、长寿命、高可靠”卫星的发展，为实现东方红四号卫星平台“上水平、树品牌、抢市场、创一流”的目标，为推动国民经济与社会发展、抢占国际商业卫星市场作出更大的贡献。
老火箭蕴含的新变化
执行此次中星十一号卫星发射任务的长征三号乙火箭，作为长征三号甲系列火箭家族中的一员，历年来已经执行过多次发射任务，是一枚名副其实的“老火箭”了，相对来说，它的参数、状态、性能等各方面都相对成熟、稳定。
然而，就是这样一枚“老火箭”，却在控制系统、发控系统、测量系统等几个分系统中出现了新的变化，中间还蕴含着火箭未来发展的新趋势。
惯组系统登台唱上“主角”
2004年，从长征三号甲系列火箭首次采用主从冗余的控制系统后，“激光惯性测量组合”系统便一直作为平台系统的辅助，配合承担着火箭飞行过程中的控制、制导工作。
而此次用来托举中星十一号卫星升空的长征三号乙火箭，将火箭的控制系统来了个180度的大转变——一候组系统为主，平台为辅。就这样，惯组系统从此登台“唱主角”了。 对于庞大、复杂的整个火箭系统来说，任何一点细小的更改都要经过反复、仔细的验证，此次对控制系统的更改也不例外。
“其实从2004年首次采用‘平台加惯组’的复合控制系统后，两套控制系统在火箭飞行过程中部要运行，只是惯组系统并不真正控制火箭而已。”中国运载火箭技术研究院试验队控制系统副总师汪玲介绍说，“经过多年的监测、对比，我们认为惯组系统的可靠性、稳定性和精确性都已基本满足控制要求，也就是说，惯组系统已经具备了登台‘唱主角’的前提条件。”
记者了解到，相对于使用了几十年的平台系统来说，惯组系统本身没有机械结构，它在可靠性方面也相对高一些。同时，在发射前的测试中，惯组系统也相对比较简单。
正是由于惯组系统在上述这些方面的优势，使得惯组系统成为了未来运载火箭控制系统的一个发展趋势。汪玲还透露，长征三号甲系列火箭从现在开始，进入控制系统转变的过渡阶段，“算上这枚火箭，未来我们还有4枚火箭使用的是‘惯组为主、平台为辅’的控制系统。预计到2015年以后，长征三号甲系列所有的运载火箭都将使用双惯组制导控制系统。”
新材料气瓶为火箭减重
除了控制系统的变化外，该枚火箭在气瓶的选择上也有新的变化。为了让火箭发动机的高压氦气供应更加可靠，让火箭发动机工作更加稳定，如何让气瓶装得更多成为火箭发控系统人员思考的问题。
“经过反复论证，我们发现以碳纤维为主要承力件的复合材料气瓶能够满足要求。”中国运载火箭技术研究院试验队队员刘文川说，复合材料气瓶除了承压能力、疲劳寿命等性能指标满足使用要求外，还需要经受火箭振动环境和热环境的“考验”。
试验中，复合材料气瓶顺利通过了震动试验，但在进行热辐射试验时，却出现了问题，由于复合材料属于非金属材料，在耐热方面达不到试验要求。
但这并没有难倒设计人员，他们将隔热性能好、重量轻的镀铝薄膜包覆在气瓶上，成功地通过了热环境试验。由此，复合材料气瓶的方案得以通过。
据了解，此前长征三号甲系列火箭使用的是3个20升的钛合金气瓶，此次执行任务的长征三号乙火箭使用的是2个40升的复合材料气瓶，能多装20升的高压氦气，因此给火箭发动机供气的可靠性更强。
而在气瓶自身的重量方面，由于该复合材料大部分采用的是质量轻、强度高的碳纤维，相比钛合金材料，它的重量更轻。也就是说，在重量一样的情况下，复合材料的气瓶能够装得更多。
“换成复合材料气瓶后，气瓶自身的总重量比原来钛合金气瓶减少了10千克，在为火箭减重方面也有一定的贡献。”刘文川说，“正是由于复合材料气瓶的优势，因此在未来运载火箭上，复合材料气瓶的应用将会是一个必然的趋势。”
实时图像监测确保成功
在测量系统方面，主要是根据其他分系统的变化，采取了一些适应性改变。实时图像监测的采用，算是此次火箭测量系统中比较新的变化了。
“在火箭飞行期间的实时监测上，我们在火箭上加装了许多摄像头，采用实时图像监测的办法。”试验队相关人员告诉记者，通过实时图像，能够很直观地看到火箭飞行过程中的助推分离、一二级分离、二三级分离、抛整流罩、星箭分离等火箭飞行中的几个关键分离动作。
同时，该火箭的设计人员针对出现过故障的薄弱环节和关系到成败的关键部位，安装了摄像头，实时监测它们在火箭飞行中的工作状况。“一旦出现问题，我们就能很直观地看见问题所在，这对于后续归零有相当大的帮助。”一位试验队员告诉记者。
据介绍，这是长征三号甲系列火箭中，第二次正式采用实时图像监测。而此前对火箭飞行中的监测，主要通过一些具体的参数进行分析和判断。
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