Модуль служебных систем и модуль полезной нагрузки
Космическая платформа (спутниковая платформа) — это общая унифицированная модель для построения космических аппаратов (КА), которая включает в себя все служебные системы спутника (т. н. модуль служебных систем), а также конструкцию модуля полезной нагрузки, но без целевой (ретрансляционной, научной или другой) аппаратуры.
С другой стороны, в зависимости от типа КА, понятие платформа часто употребляется для обозначения модуля служебных систем, содержащего только лишь служебные системы спутника (без конструкции модуля полезной нагрузки).
Использование космических платформ имеет ряд преимуществ по сравнению с индивидуальным изготовлением космических аппаратов[1]:
уменьшение расходов на проектирование в связи с серийностью производства и возможностью распределения стоимости проектирования платформы между всеми спутниками серии;
увеличение надёжности спутников из-за многократной проверки и отработки их систем;
уменьшение времени производства спутников до 18-36 месяцев. Кроме того производители могут гарантировать сроки изготовления.
Компоненты космической платформы
Отношение массы полезного груза коммерческих телекоммуникационных спутников к общей массе КА
Обычно, в космическую платформу входят все служебные системы спутника кроме модуля полезной нагрузки. В этом случае, платформа также называется Модулем служебных систем и содержит[2][3][4]:
систему энергоснабжения (включая солнечные батареи и аккумуляторы);
систему управления движением, ориентации и стабилизации, состоящую из оптических датчиков, измерителей угловых скоростей и маховиков;
Также, на космической платформе предусматривается место для установки отсека полезной нагрузки и антенн. Тем не менее, на платформах для построения спутников связи, например Спейсбас, Экспресс или SS/L 1300, конструкция модуля полезной нагрузки (без ретрансляционной аппаратуры установленной на ней) обычно тоже считается частью платформы.
Обычно платформы оптимизируются под массу выводимой полезной нагрузки, что в свою очередь определяет массу всего спутника и мощность системы энергоснабжения[4].
Отношение ПН к общей массе КА
Одним из важнейших параметров является отношение массы ПН к общей массе КА. Очевидно, что чем лучше это соотношение, тем эффективнее могут быть выполнены задачи миссии. Обычно грузоподъемность ракеты-носителя определяет максимальную массу КА на орбите. Таким образом, чем меньше весит платформа, тем больше полезного груза может быть доставлено на заданную орбиту[4][5].
В настоящее время это отношение составляет примерно 18-19 % для современных тяжелых телекоммуникационных платформ, таких как Спейсбас или Экспресс 2000. Основной технологической проблемой является энергетическая стоимость повышения орбиты с геопереходной до геостационарной. КА должны нести большое количество горючего для повышения орбиты (до 3 тонн и больше). Кроме того, ещё 400—600 кг используется для удержания спутника на заданной орбите за все время активной эксплуатации[6][7].
Экономия, которая может быть достигнута при использовании ионных электрических двигателей[6][7]
Одним из самых перспективных направлений является развитие электрических ионных и плазменных двигателей. Эти двигатели обладают гораздо более высоким удельным импульсом по сравнению с традиционными двухкомпонентными гидразиновыми системами (1500-4000 с против 300 с) и поэтому их использование может привести серьёзному уменьшению массы спутников и соответствующему уменьшению стоимости их запуска. Например, электрический ионный двигатель фирмы Boeing XIPS25, использует всего лишь 75 кг горючего для удержания спутника на орбите в течение 15 лет. При возможном использовании этого двигателя для повышения и последующего удержания орбиты, можно сэкономить до 50 млн Евро (хотя в данный момент эта функция полностью не используется)[5][6][7][8].
С другой стороны, использование новых технологий применительно к солнечным батареям (переход с кремниевых на многослойные GaInP/GaAs/Ge) и аккумуляторам (внедрение литий-ионных технологий) также приведёт к снижению веса КА[9].
Космические платформы СССР
В 1963 году в ОКБ-586 (впоследствии КБ «Южное») в городе Днепропетровск был впервые в мире разработан эскизный проект трёх унифицированных платформ космических аппаратов: ДС-У1 — неориентированная с химическими источниками энергии, ДС-У2 — неориентированная с солнечными батареями, ДС-У3 — ориентированная на Солнце с солнечными батареями.
АУОС (Автоматическая универсальная орбитальная станция) — космическая платформа, разработанная в ОКБ-586. Существовала в 2-х модификациях: 1) с ориентацией на Землю (АУОС-З) и 2) с ориентацией на Солнце (АУОС-СМ). В спутниках серии АУОС сохранились многие идеи и концепции, заложенные в космической платформы предыдущего поколения разработки ОКБ-586 — ДС-У.
КАУР (Космический аппарат унифицированного ряда) — семейство спутниковых платформ, создававшихся в ОКБ-10 (НПО ПМ, ныне АО ИСС им. Решетнёва) c 1960-х годов. На базе модификаций платформы КАУР строились спутники связи и навигации нескольких поколений, вплоть до начала 2000-х годов[10].
Типы космических платформ
По массе (вместе с горючим), в настоящее время спутниковые платформы можно разделить на три категории[2][4]:
Лёгкие, массой до 2000 кг, с мощностью полезной нагрузки до 6 кВт;
Средние, массой до 5000 кг, с мощностью до 14 кВт;
Тяжёлые, массой более пяти тонн мощностью более 15-20 кВт и более.
Также при разработке платформы учитываются тип вывода на опорную орбиту: прямой вывод или с довыводом с геопереходной на геостационарную орбиты с помощью апогейной ДУ спутника. В общем случае, КА построенные на лёгких платформах могут быть напрямую выведены на геостационарную орбиту, что позволяет избавиться от апогейного двигателя и сопровождающего его топлива.
Список космических платформ
В настоящее время основные производители геостационарных спутников используют следующие спутниковые платформы:
