登陸信息孤島 “實踐十三號”帶你進入“高通量”時代

王麟

全球科技日新月異，信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進，給我們的生活帶來翻天覆地的變化。然而，在滾滾的信息洪流中，依舊存在很多未能觸及的孤島，比如快速移動的陸上交通工具、行駛深海的遠(yuǎn)洋輪船、人煙罕至的戈壁沙漠等，只要進入這些信息孤島，手機信號便時好時壞，移動互聯(lián)網(wǎng)幾近癱瘓，人們被現(xiàn)代世界隔斷。為何會出現(xiàn)信息孤島？這是因為鋪設(shè)光纖有地域限制，在偏遠(yuǎn)和人跡罕至的地區(qū)，鋪設(shè)和維護光纖的成本很高，在商業(yè)上得不償失，

那么，有沒有一勞永逸地解決問題的辦法，可以讓我們無論身處何方，都能享受便捷的寬帶和移動通訊服務(wù)呢？答案是：有！這就是高通量通信衛(wèi)星。2017年4月12 B，在國外公司壟斷高通量衛(wèi)星市場多年之后，我國的“實踐十三號”高通量衛(wèi)星成功發(fā)射升空，這不僅僅是通訊領(lǐng)域的巨大進步，更是造福億萬民眾的惠民技術(shù)。

飛速發(fā)展的高通量通信衛(wèi)星

“高通量通信衛(wèi)星”這個概念是2008年由美國北方天空研究公司提出的，它其實是一種采用多點波束、頻率復(fù)用和高波束增益等技術(shù)的高吞吐量的通信衛(wèi)星，屬于超高頻多波束寬帶通信系統(tǒng)。與傳統(tǒng)固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)相比，高通量衛(wèi)星具有容量大、成本低、適用范圍廣等優(yōu)點。按照軌道劃分，高通量衛(wèi)星分為地球同步靜止軌道和非靜止軌道兩種類型，當(dāng)前應(yīng)用中的高通量衛(wèi)星以地球同步靜止軌道類型居多。

高通量通信衛(wèi)星最早出現(xiàn)于2004年，剛開始應(yīng)用范圍不廣，2010年才進入了快速發(fā)展時期，至今已經(jīng)發(fā)展到了第三代。第一代高通量衛(wèi)星容量有限，只有10～45Gbit/s（每秒10～45Gbit）；第二代高通量衛(wèi)星則全部采用超高頻段，容量提高到了1 00Gbit/s；第三代高通量衛(wèi)星的容量預(yù)計高達(dá)1Tbit/s（1Tbit/s=1024Gbit/s），短短十余年，衛(wèi)星的容量已經(jīng)提高了100倍。我國在2017年4月12日發(fā)射成功的“實踐十三號”高通量通信衛(wèi)星的總?cè)萘繛?0 Gbit/s，與國外的第一代高通量通信衛(wèi)星容量相當(dāng)。

高通量通信衛(wèi)星的獨特技能

高通量衛(wèi)星利用多個點波束來開展通訊作業(yè)，每個點波束的覆蓋范圍為300～700千米。雖然衛(wèi)星的每單個點波束覆蓋范圍不廣，但是信號強，傳輸速度快，通訊服務(wù)質(zhì)量更高。一個高通量衛(wèi)星的多點波束可以多達(dá)200多個，可以覆蓋很廣的區(qū)域。由此可以提供超過100Gbit/s的傳輸容量，可以使衛(wèi)星頻率資源的利用率提高20信以上，系統(tǒng)造價卻變化不大，從而極大提高系統(tǒng)的通信容量和性價比。

高通量衛(wèi)星的用戶終端體積小，攜帶使用更方便，并且針對寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等應(yīng)用進行設(shè)計，可以廣泛應(yīng)用于電視直播、移動中繼、視頻分發(fā)、新聞采集、企業(yè)聯(lián)網(wǎng)以及機載“動中通”等通訊領(lǐng)域。這里所說的“動中通”是“移動中的衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)”的簡稱。通過“動中通”系統(tǒng)，車輛、輪船、飛機等移動的載體在運動過程中就可以實時跟蹤衛(wèi)星等平臺，不間斷地傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體信息。

高通量衛(wèi)星優(yōu)點有很多，但也有一個很明顯的缺點，那就是雨衰較大。所謂“雨衰”，指的是無線電波在通過雨層的時候，因為雨滴作用而使信號衰減的現(xiàn)象。雨衰的大小與雨滴直徑、波長的比值直接相關(guān)。高通量衛(wèi)星因為工作頻段較高，雨衰對信號的影響更大，這會嚴(yán)重影響通訊質(zhì)量，當(dāng)然，這可以通過采取一些措施加以解決。

把握時代脈搏的高新技術(shù)

我國的高通量衛(wèi)星雖然發(fā)射的時間較晚，但是技術(shù)并不落后。衛(wèi)星采用的也是超高頻段多波束寬帶通信系統(tǒng)，有26個點波束，覆蓋我國東南部地區(qū)，通信總?cè)萘繛?0Gbit/s，可支持多用戶、大容量雙向載荷，在各地區(qū)通過衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)高速下載的同時，還能支持大量用戶高速上傳數(shù)據(jù)，讓信息高速公路更加名副其實。而“實踐十三號”衛(wèi)星升空，也滿足了乘坐高鐵的旅客將來暢通無阻網(wǎng)上沖浪的需求。

“實踐十三號”衛(wèi)星研發(fā)團隊先后突破了多波束寬帶系統(tǒng)設(shè)計、天線反射器型面精度控制和天線指向精度標(biāo)校等一系列技術(shù)難題，整體達(dá)到了國際先進技術(shù)水平。同時，還首次在這顆衛(wèi)星上搭載激光通信系統(tǒng)。

衛(wèi)星在服役期間，由于受到微薄的空氣阻力和地球引力等影響，軌道會發(fā)生變化，此時安裝的衛(wèi)星推進系統(tǒng)就開始發(fā)揮作用了，通過推進系統(tǒng)可以調(diào)整衛(wèi)星的位置，保證按照預(yù)定軌道運行。我國此前發(fā)射的衛(wèi)星，采用的都是化學(xué)燃料推進系統(tǒng)，這種推進系統(tǒng)最大的缺點就是衛(wèi)星負(fù)載太重，屬于自帶“干糧”。按照衛(wèi)星的使用壽命15年計算，消耗的化學(xué)燃料為675千克。而采用電力推進系統(tǒng)，就能解決衛(wèi)星負(fù)載大的難題，電力推進系統(tǒng)的功率是化學(xué)燃料推進系統(tǒng)的10倍，而自重才90千克。我國發(fā)射的“實踐十三號”高通量衛(wèi)星是采用離子電推進系統(tǒng)，屬于國內(nèi)首次應(yīng)用。根據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，應(yīng)用電推進系統(tǒng)已成為國際通信衛(wèi)星是否先進的標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)已形成普遍共識，沒有電推進系統(tǒng)的衛(wèi)星缺乏競爭力。

預(yù)計到2023年，全球?qū)Ω咄啃l(wèi)星的通信容量需求將超過1000Gbit/s，高通量衛(wèi)星容量租用銷售收入將超過20億美元，是一個飛速增長的朝陽市場。我國的科學(xué)家們能夠緊緊把握時代脈搏，在衛(wèi)星通訊領(lǐng)域一路高歌，并引領(lǐng)技術(shù)前沿，彰顯了力量和智慧。相信在不遠(yuǎn)的將來，高通量衛(wèi)星將會為國家進步和社會發(fā)展創(chuàng)造出更多的奇跡。

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對：曹偉）endprint