基本概念
衛星設計壽命,是根據研製任務書及契約規定而設計的衛星在運行軌道上應該達到的正常工作時間。這是衛星的主要技術指標之一,對它的要求在衛星研製任務書和契約中均要作明確的規定。
延長設計壽命一般都會對衛星各分系統提出較高的或額外的要求,使分系統的複雜性和質量增加,最終導致衛星的總質量和總成本上升。所以,設計壽命的延長是以增加衛星質量和提高研製成本為代價的,並非越長越好,應綜合考慮壽命與成本的問題。衛星的設計壽命與衛星的有效載荷和平台都有密切關係,但主要取決於衛星平台及其諸分系統(保障系統)的設計。
設計要求
衛星的設計壽命必須大於衛星在軌工作壽命。
在衛星設計中,應充分採用經過飛行試驗考驗的成熟技術及其延伸技術,處理好採用成熟技術和採用新技術的關係。同時應開展可靠性設計,採用高可靠性的元器件,剔除早期失效的元器件;降額使用元器件,提高元器件的可靠性;採用冗餘技術,防止單點失效造成整星故障。
衛星的各類產品,必須按規定進行各種地面試驗,將問題暴露在地面,使衛星不帶問題上天。只有認真貫徹執行各種技術措施,方能保證衛星的設計壽命要求。
發展概況
據專家1989年底統計,在已發射成功的各類衛星中,除去軍用和科研實驗用以外,民用的通信、廣播、氣象、導航及地球資源衛星總計1093顆,占各國發射總數的27.6%。其中通信和廣播衛星共658顆、氣象衛星163顆、導航衛星239顆、地球資源衛星33顆。這些衛星的工作壽命都很有限,大部分為1~2年,最長的不超過10年。按設計壽命統計,目前仍在軌道上工作的套用衛星並不很多。實際上1983年以前發射的套用衛星已基本上停止工作。目前經常保持在軌道上正常工作的約為200顆左右,最多時不超過400顆。
目前,地球靜止通信衛星的設計壽命一般可達8-10年,近地軌道對地觀測衛星設計壽命一般為2-5年。
衛星在軌工作壽命是衛星的重要性能之一。用戶往往傾向於衛星工作壽命越長越好。其實衛星工作壽命受諸多因素的制約。衛星研製中, “設計壽命”是總體設計主要指標之一。延長設計壽命一般都會對衛星各分系統提出較高的或額外的要求,使分系統的複雜性和質量增加,最終導致衛星的總質量和總成本上升。所以,設計壽命的延長是以增加衛星質量和提高研製成本為代價的,並非越長越好,應綜合考慮壽命與成本的問題。例如一顆基準壽命為3 年的衛星,如果設計壽命延長到15 年,其初始質量要增加40%,成本也要相應上升。所以,對用戶,特別是商業用戶來說,設計壽命並非越長越好。過長的設計壽命除導致成本大幅度上升外,還要考慮到在軌服務期間衛星技術將更新換代,市場需求發生變化等影響在軌衛星運營效益的不利因素。
如今,越來越多的長壽技術、產品擺上了衛星生產的供貨架,確保了衛星壽命贏在起跑線。服務於我國通信衛星的東方紅四號衛星公用平台較前一代平台,使用壽命從8年提升到15年;性能更優的二浮陀螺和三浮陀螺代替了傳統的液浮陀螺,設計使用壽命從原來的3-5年,大幅提升至8-15年,經過對飛輪關鍵軸承部分進行改進最佳化,其壽命提升至8-15年;衛星的“眼睛”——載荷相機壽命從3年提升到5年;自主控制技術的廣泛運用,為衛星關鍵產品裝上了“智腦”,各分系統可以實現自我診斷,自主檢測錯誤,進行在軌故障隔離。