前沿 | 美国波音公司BSS-702卫星平台发展特点

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导读：

2019年，经过5年的研制，美国波音公司推出了最新款BSS-702X地球静止轨道卫星平台，技术基础为美国卫星运营商SES公司的中轨道“O3b增强”(O3b mPower)卫星。波音公司通过增材制造和采用固态功放器件等方式降低了BSS-702X卫星平台的干重，计划用于7颗“下一代O3b增强”中圆轨道卫星——虽然不属于地球静止轨道卫星，但卫星平台的技术标准和功能特点类似。

2002年，美国休斯公司(Hughes)将整体卫星业务转入波音公司后，波音公司经历了十余年的改进，形成了现有的BSS-702(Boeing Space System-702)系列卫星平台型谱——BSS-702HP、BSS-702MP、BSS-702GEM、BSS-702SP以及BSS-702X等。以上的BSS-702卫星平台产品大致可以分为两类：(1)中高功率卫星平台产品，包括BSS-702HP(13～18kW)、BSS-702MP(6～12kW)和BSS-702GEM(12～18kW);(2)小功率卫星平台产品，包括BSS-702SP和BSS-702X，功率均约为8kW。

一、产品性能

BSS-702HP(High Power)于1998年10月亮相，属于高功率卫星平台，专门针对1000～1300kg的有效载荷设计，平台干重3600kg，星上有效载荷功率可达13～18kW，采用双组元化学主推进变轨+XIPS-25氙离子电推进辅助变轨的方式，轨道转移时间约3个月，其中XIPS-25推进器主要用于南、北位保，但还具有东、西位保和动量轮卸载的功能。其它配置包括太阳和地球敏感器、星上处理器、4个球形贮箱(推进剂1700kg)、2个61N·m·s两轴万向动量轮和114路Ka频段转发器等。

BSS-702GEM平台在BSS-702HP的基础上，针对带有12.25m大型可展开天线卫星而设计，没有配置电推进系统，而是采用全化学推进入轨与在轨位置保持，具有星上数字信号处理和波束形成的功能，主要用于布置在地球静止轨道的移动通信支持卫星。

BSS-702HP卫星平台

2009年，波音公司推出了BSS-702MP卫星平台，主要针对600～800kg有效载荷设计，功率约为6～12kW，平台干重2800kg。与BSS-702HP卫星平台相比，BSS-702MP除了具备高通信能力的优点之外，对平台结构进行了大幅度的改进，推进系统有所简化。为提高可靠性，卫星电源系统采用超三结砷化镓太阳电池。BSS-702MP同样采用双组元化学推进系统，同时采用电推进方式辅助。此外，BSS-702MP卫星平台的高度模块化可以实现高效的总装与测试，天线也是“即插即用”式的模块化设计，具有较高的灵活性[4]。

BSS-702MP卫星平台

2012年，美国波音公司推出了首个全电推进卫星平台——BBS-702SP，专为中小质量有效载荷设计，取消了双组元化学推进，采用双模式XIPS-25离子电推进系统的全电推进技术，可以实现卫星变轨与位置保持等所有推进任务，极大减小了卫星平台的发射质量。此外，BBS-702SP还采用了新一代航天电子体系结构，优化了航天器健康评估的方式，并具有更大的任务灵活性。

BBS-702SP卫星平台展开

BBS-702SP可承载约565kg有效载荷，有效载荷最大功率为8kW，卫星平台用碳纤维/环氧树脂复合材料和铝蜂窝材料面板制成，干重约1000kg，氙气加注量可达400kg。BBS-702SP平台上配置了四台XIPS-25离子推力器，变轨阶段2台推力器同时工作，另外两台作为备份冗余，旋转速率约为6°/min，姿态指向精度约为36arcsec。由于发射质量变小，BBS-702SP平台可以进行“一箭双星”发射，更进一步降低了有效载荷单位成本。

BBS-702SP卫星平台

2019年，美国波音公司基于BBS-702SP推出了BBS-702X卫星平台。相比于BBS-702SP，BBS-702X卫星平台具备如下特点：

利用增材制造技术制造了推进系统和热管理系统的部分部件，进一步降低了卫星平台干重，减小至约900～950kg;
进一步减少了卫星平台组件数量，原本需要用约4500个部件和近1300条射频电缆的卫星现在只需要348个部件和64条电缆;
采用固态功放部件替代了原来的行波管放大器;
搭载可再编程、软件升级的卫星设备，使设备体积更小;
采用相控阵天线，可以数字化形成5000个光波束，根据需要随时调整卫星功率、位置、灵敏度;
上传、下载数据链更加稳定高效;
不仅可用于中地球轨道卫星，还可用于地球静止轨道卫星。

BBS-702X卫星平台

BSS-702系列卫星平台性能参数[4]

资料来源：北京空间科技信息研究所、市场调研

二、设计特点

为实现低成本、轻质量，美国波音公司在BSS-702卫星平台上采用了全电推进、分舱模块化设计和电推进在轨位置保持和动量轮角动量卸载等新技术，适配S、X、C、Ku和Ka频段的有效载荷，具有灵活、长寿命、高可靠度等特点。

(一)氙离子全电推进

XIPS-25氙离子电推进系统是美国波音公司在1999年为BSS-702卫星平台研制的双模式高性能离子电推进系统，系统最高输入功率4.5kW，具有高功率大推力和低功率高比冲两种工作模式，分别应用于卫星轨道提升或轨道转移和卫星位置保持。

XIPS-25氙离子电推进系统推力器

XIPS-25氙离子电推进系统主要技术指标与工作参数

资料来源：兰州空间技术物理研究所

(二)分舱模块化设计

BSS-702系列卫星平台采用彻底的分舱模块化设计思路，即将载荷舱(通信舱)与推进服务舱进行相对彻底的分离。包括化学推力器、太阳翼在内的所有服务设备，均布置在推进服务舱，而将包括天线在内的所有有效载荷设备布置在载荷舱。卫星的总装也非常简单，仅用4组螺栓和6个电连接器就可以完成三舱对接。这一设计思路有效提升了卫星的并行设计、生产与测试的能力，缩短了卫星的研制周期。推进服务舱又进一步分为推进模块和服务舱模块，以减少各功能模块间的接口耦合，提高卫星生产、部装与总装的开放性。在总装过程中，推进模块单独总装、焊接、检漏，而服务舱模块也可以单独进行联试，有效缩短了总装与测试时间[5]。

(三)电推进在轨保持

BSS-702系列卫星平台主要依靠冗余氙离子电推进系统进行南、北和东、西位置保持。在BSS-702HP/GEM/MP平台上，化学推进系统用于转移轨道姿态控制及东、西位置保持备份。更小体积、质量的BSS-702SP/X平台则完全舍弃了化学推进系统，完全依靠氙离子电推进进行轨道转移和位置保持。

BSS-702HP/GEM/MP卫星平台化学推力器布局

BSS-702HP/GEM/MP卫星平台仅配置了10台化学推力器，其中4台22N推力器布置在卫星背地板，4台10N推力器布置在卫星东板，2台10N推力器布置在卫星西板。并且在地球静止轨道段不使用化学推进，可以有效简化推进剂贮箱的管理装置;变轨段采用4台22N推力器实现大的控制裕度，减少了对4个并联贮箱不平衡排放的需求，简化了热控设计与推进剂测量需求[5]。

除了上述设计特点外，BSS-702系列平台还采用增材制造、柔性热管、低成本轻质材料等新技术，创新式的采用推进管路星体外置、30V和50V低压半调节母线、简单零件铆接等制造工艺。

三、应用情况

波音公司自1998年底推出BSS-702系列卫星平台以来，获得了多家卫星运营商的制造合同，如下所示。

BSS-702系列卫星平台应用情况

资料来源：市场调研

总结：

BSS-702系列卫星平台完全满足了500～1200kg中地球轨道、地球静止轨道有效载荷的需求，具有低成本、长寿命、高稳定的特点。在设计中结合了电推进系统的优势，保证了卫星平台在长寿命期间的在轨位置保持能力和一定的机动性。另外通过简化的装配工艺和开放性的结构设计，缩短了生产和测试的周期，也降低了卫星结构的检测难度。通过采用低成本原材料和增材制造技术，保证了卫星平台的较低的平均成本，在日益追求经济性的通讯卫星市场中受到大量客户的肯定。

参考资料

1. Boeing unveils small GEO product as part of new 702X satellite lineup

2. 702SP Satellite——The newest，highly capable satellite design in the Boeing product portfolio

3. Tighe W , Chien K R , Solis E , et al. Performance Evaluation of the XIPS 25-cm Thruster for Application to NASA Discovery Missions[C]// 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. 2006.

4. 刘悦.波音公司打造全新的BSS-702卫星平台型谱[J].国际太空,2012(11):38-40.

5. 杨军,周志成,李峰,裴胜伟.BSS-702系列平台低成本设计分析及启示[J].航天器工程,2016,25(01):141-146.