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[专题] 日本新一代全电通信卫星计划——技术试验卫星9号(ETS-IX):完成SDR

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农民宇航员 发表于 2016-10-21 13:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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日本在2015年的宇宙基本计划中宣称为了保持通信卫星的国际竞争力,将于2021年发射新一代的技术试验卫星:
通信放送衛星に関する技術革新を進め、最先端の技術を獲得保有していくことは、我が国の安全保障及び宇宙産業の国際競争力の強化の双方の観点から重要である。このため、今後の情報通信技術の動向やニーズを把握した上で我が国として開発すべきミッション技術や衛星バス技術等を明確化し、技術試験衛星の打ち上げから国際展開に至るロードマップ、国際競争力に関する目標設定や今後の技術開発の在り方について検討を行い、平成27年度中に結論を得る。これを踏まえた新たな技術試験衛星を平成33年度めどに打ち上げることを目指す

在2015年的宇宙基本计划工程表中,这个卫星被称为技术试验卫星9号,由总务省,文部科学省出资,2016年开始基本设计,2021年由H3火箭2号机发射
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ETS-IX是新一代HTS(High Throughput Satellite, 高吞吐量卫星 ),具有多波束覆盖、分频复用的特征,用于大容量移动通信领域,在Ka波段上实现100Mbps的传输速度。

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ETS-IX卫星发射重量4.5吨,电池板功率18-17KW以上,载荷功率11-10KW以上,设计寿命16年,计划使用推力较大的霍尔效应电推作为轨道转移发动机,1500m/s的轨道转移时间为4个月。

http://www8.cao.go.jp/space/comi ... dai10/siryou4-1.pdf
https://eeepitnl.tksc.jaxa.jp/ME ... ls/29th/DAY2-01.pdf

 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-5-24 17:25 | 显示全部楼层
日本文部科学省最新公开的ETS9详细指标性能:
1.发射重量4.5kg(卫星结构最大可容纳到发射质量6.5吨),载荷比40%以上
2.电池板功率25kw,载荷功率20kw
3.使用了4个霍尔效应推进器,2个是国产新型号(主力),2个是成熟的货架产品(备份) 工作模式:
轨道转移(OR)モード:投入電力6kW、静止化時点で比推力1573s、推力330mN轨道保持(NSSK)モード:投入電力1.8kW、EOL時点で比推力1544s、推力75mN
4.搭载两块1kw的散热器
5.搭载一个对地激光通信设备
ETS9.jpg

ETS92.jpg http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu2/059/shiryo/__icsFiles/afieldfile/2017/05/22/1385842_3.pdf



 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-10-29 10:28 | 显示全部楼层
日本航空航天协会刊物关于ETS-9的技术介绍,ETS-9为代表的新一代三菱电机大型通信卫星平台采用模块化设计,平台可以依据功率和重量灵活选择全电和混电,平台本身大小也模块组合的,最小构型是2.5吨(全电13KW),最大构型可以达到5吨/全电或者6.5吨/混电(25KW,最大120个转发器)
http://www.sjac.or.jp/common/pdf/kaihou/201707/20170703.pdf

无标题1.png
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-10-21 13:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 农民宇航员 于 2016-10-21 13:50 编辑

部分相关资料,来自总务省,JAXA

siryou4-1.pdf

455.25 KB, 下载次数: 21

siryou4-2.pdf

441.06 KB, 下载次数: 16

siryou4-3.pdf

349.52 KB, 下载次数: 21

纸飞机 发表于 2016-10-21 14:34 | 显示全部楼层
卫星平台是DS2000改还是全新的?
日本也改走霍尔路线了,这事有意思……
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-10-21 16:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 农民宇航员 于 2016-10-21 17:01 编辑
纸飞机 发表于 2016-10-21 14:34
卫星平台是DS2000改还是全新的?
日本也改走霍尔路线了,这事有意思……

是全新平台,这个平台比DS2000大不少,全长接近5.8米,载荷是1600KG,可以带100个行波管功率放大器。
日本人认为,在总重5吨的卫星上,使用霍尔效应推进器只比离子推进器多带500KG推进剂,但是离子推进器推力难以大型化,致使轨道转移需要半年以上,对于通信卫星的商业使用不利,综合考虑还是霍尔推进器较好。
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纸飞机 发表于 2016-10-21 19:14 | 显示全部楼层
农民宇航员 发表于 2016-10-21 16:38
是全新平台,这个平台比DS2000大不少,全长接近5.8米,载荷是1600KG,可以带100个行波管功率放大器。
日 ...

1600kg应该只是个算例,不是设计参数吧
日本算是离子派的死忠之一,现在也变到霍尔派,在通信卫星上用离子推进的就只剩下波音和五院了
cmj9808 发表于 2016-10-21 19:47 | 显示全部楼层
纸飞机 发表于 2016-10-21 19:14
1600kg应该只是个算例,不是设计参数吧
日本算是离子派的死忠之一,现在也变到霍尔派,在通信卫星上用离 ...

平台体积比DS2000要大,可能是新平台,重量超过702SP的一倍,这种个头的卫星搞全电也只能用霍尔推进器了 图片1.png
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-10-22 20:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 农民宇航员 于 2016-10-22 20:52 编辑
纸飞机 发表于 2016-10-21 14:34
卫星平台是DS2000改还是全新的?
日本也改走霍尔路线了,这事有意思……

也不算改路线,不同领域用的不同推力的电推而已,在JAXA官网的宇宙科学研究所电气推进工学研究室上没写霍尔效应推进器,但是微波离子推进,直流电弧推进,脉冲等离子推进和磁等离子体推进都在研究,感觉目前的重点领域应该是推力和比冲都厉害的磁等离子体推进器。
http://www.ep.isas.jaxa.jp/eplab/research/
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至于霍尔效应推进器,我找到的资料看JAXA宇宙科学研究所在2011年开始进行5KW级别的研究(还有其他大学的小组有不同的项目),JAXA牵头的这个已经完成了耐久性试验,有两个推力模式。一个是放电电压300V推力360mN轨道转移时使用高推力模式,另一个是放电电压800V比冲3000秒行星探索高比冲模式。
PS:日本的这个霍尔效应推进器和其他国家已经实用的类型又是不一样的,美俄欧的多是SPT型(稳态等离子体型),日本这个研究是比较独特的TAL型(阳极层型),JAXA认为TAL型在大功率高推力下寿命和性能更好。

这是试验场景:
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性能表:

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https://repository.exst.jaxa.jp/ ... /1/SA6000036091.pdf
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纸飞机 发表于 2016-10-24 09:01 | 显示全部楼层
农民宇航员 发表于 2016-10-22 20:44
也不算改路线,不同领域用的不同推力的电推而已,在JAXA官网的宇宙科学研究所电气推进工学研究室上没写霍 ...

MPD推进器早就有人用过了,后来被霍尔和离子取代
TAL型毛子的中央机械设计局玩了很多年了,还和美帝合作过,但这个构型的卫星推进器在俄国国内还是竞争不过火炬的SPT,现在主攻方向改成飞船和探测器用的超大功率推进器了
实际上TAL性能指标和离子看起来是差不多的
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-10-24 10:08 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
本帖最后由 农民宇航员 于 2016-10-24 10:19 编辑
纸飞机 发表于 2016-10-24 09:01
MPD推进器早就有人用过了,后来被霍尔和离子取代
TAL型毛子的中央机械设计局玩了很多年了,还和美帝合作 ...


感觉目前TAL型的霍尔效应推进器各国都没有实际运用?上天的卫星上好像都是SPT型,国内研究的也是SAT型,总觉得TAL还是剑走偏锋的感觉。
这个MPD效率确实不高,但是如果能解决电源问题那么功率大推力大的优势还是很明显的,估计以后载人飞船还得用这个,JAXA介绍用于月球和火星物资运送应该是考虑到这点。
纸飞机 发表于 2016-10-24 14:57 | 显示全部楼层
农民宇航员 发表于 2016-10-24 10:08
感觉目前TAL型的霍尔效应推进器各国都没有实际运用?上天的卫星上好像都是SPT型,国内研究的也是SAT型 ...

我记得中央机械设计局有产品飞过的
不过中央机械设计局已经停止了所有小功率的产品开发,我的理解是他们已经认识到TAL在卫星上已经不可能和火炬的SPT竞争了,他们现在只搞高功率高比冲的型号
反过来,火炬已经放弃了高功率高比冲的研发,这也说明了SPT不适合搞高比冲
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-11-16 21:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 农民宇航员 于 2016-11-16 21:15 编辑

ETS9的基本信息,采用日本国产霍尔电推作为轨道转移和姿势控制手段,有展开式散热板,有2个2.5m直径固定式ka波段天线,2个2.5m直径DBF(数字波束形成)ka波段天线,一个光通信传输设备(最大10Gbps),预计定点在E143°(WIND高速互联网卫星定点的位置)
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diyue 发表于 2016-11-17 08:39 | 显示全部楼层
"次世代"是日语原文,请翻译成中文“新一代”
 楼主| 农民宇航员 发表于 2016-11-17 08:50 | 显示全部楼层
diyue 发表于 2016-11-17 08:39
"次世代"是日语原文,请翻译成中文“新一代”

已修改
cmj9808 发表于 2017-4-11 12:45 | 显示全部楼层
JAXA选定三菱电机为ETS-9的总承包商。

ETS-9总功率为25kWe,使用6KWe的Hall thruster进行轨道提升,借助GPS/QZSS信号进行自动轨位保持。
技術試験衛星9号機の特長

高速大容量の通信需要に対応できる世界最先端の衛星バス

発生電力25 kW級の大電力・大容量を実現し、通信衛星の高速大容量化の需要に対応

6kWの国産大出力ホールスラスタシステム※1を搭載することで、軽量化・全電化を実現

大出力ホールスラスタシステムにより、衛星打ち上げ後の軌道到達時間が諸外国の全電化衛星※2と比べて短くなり、顧客への軌道上納入が早期化

国産GPS受信機を初めて静止衛星に搭載することで、軌道遷移および軌道制御の自律化運用を実現し、軌道上での衛星運用を省力化
0407-a.jpg
http://www.mitsubishielectric.co.jp/news/2017/0407-a.html
 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-4-12 06:20 | 显示全部楼层
技术试验卫星9号上面的TAL霍尔效应推进器详细性能,5.7kw功率时推力383mN,比冲1780s,效率58%
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 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-5-24 18:03 | 显示全部楼层
这次卫星平台主要验证4个技术:
1.高效轻量化的电源系统(采用大容量电源、二次展开天线、锂电池和薄膜太阳能电池),质量/供电比达到40kg/kw
ETS91.jpg

2.大功率热量管理系统和可展开散热器
ETS92.jpg

3.6kw级霍尔效应推进器
ETS93.jpg

4.基于高精度GPS的自动轨道转移和保持
ETS94.jpg
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 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-6-6 20:50 | 显示全部楼层
JAXA官网更新的图片和卫星数据,总重4.5吨,25KW发电功率,载荷功率达到20KW
ets-9_mission.png

http://www.satnavi.jaxa.jp/project/ETS-9/#spec
胜世天骄 发表于 2017-6-6 21:17 | 显示全部楼层
农民宇航员 发表于 2017-6-6 20:50
JAXA官网更新的图片和卫星数据,总重4.5吨,25KW发电功率,载荷功率达到20KW

一比之下10吨的DFH5弱爆了
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 楼主| 农民宇航员 发表于 2017-6-6 22:07 | 显示全部楼层
胜世天骄 发表于 2017-6-6 21:17
一比之下10吨的DFH5弱爆了

10吨的那个是全化学的DFH-5卫星平台
目前基于DHF-5平台的SJ18只是混电卫星,和全电的ETS-9当然比不了,DFH-5混电平台比之前的还是进步不少的,不过SJ18的重量(7吨)也确实尴尬了点,需要CZ5或者阿丽亚娜5级别的火箭发射,而且国内无论从卫星结构还是星载控制系统和电源水平都和日本差一截,轻量化又一向是日本航天的优势项目,载荷比自然没法比,等全电的DFH-5出来再说吧
这个ETS-9不单载荷比高达40%以上(同样的全电的波音702SP只有26%),单位重量输出电力也高(4kw/吨以上),按照总重5000kg算,能携带2000kg载荷,这个平台结构水平确实很厉害,已经超过了欧洲最先进的Spacebus-NEO平台(总重6000kg,2000kg载荷,载荷功率20KW) 无标题.png

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