“實(shí)踐十三號(hào)”：通信衛(wèi)星的不平凡之路

冉浩

人跡罕至的地方雖然對(duì)某些探險(xiǎn)者而言十分有吸引力，但往往會(huì)有極大的不便，其中之一就是沒有網(wǎng)絡(luò)。不過，這種情況在不久的將來就會(huì)成為過去式了。2017年4月12口，我國第一顆高通量通信衛(wèi)星“實(shí)踐十三號(hào)”成功飛天，這顆衛(wèi)星創(chuàng)造了我國航天歷史卜的多個(gè)首次。你知道它們分別是什么嗎？作為通信衛(wèi)星，這個(gè)家族又是怎樣一步步發(fā)展過來的呢？

曲折的啟動(dòng)之路

說到“實(shí)踐十三號(hào)”的啟動(dòng)，不得不追溯到四十多年前。1970年，我國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射升空，這是繼原子彈和氫彈后，新中國又一個(gè)標(biāo)志性的重大科技成果。

1970年，我國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”發(fā)射升空，我國成為了世界上第五個(gè)能獨(dú)立研發(fā)衛(wèi)星的國家?？蒲腥藛T開始論證建造具有實(shí)用價(jià)值的衛(wèi)星。

通信衛(wèi)星被提上議事日程。通信衛(wèi)星傳播距離遠(yuǎn)、不受地形限制、成本低、信息容量大、通信質(zhì)量好，可以進(jìn)行大范圍廣播，也能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的通信問題，有重大實(shí)用需求。

與一般衛(wèi)星不同，通信衛(wèi)星是有軌道要求的。為了盡可能增大覆蓋面，同時(shí)保證通信質(zhì)量，通信衛(wèi)星通常會(huì)選擇與地球同步的靜止軌道。也就是說，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度正好等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。換句話說，這個(gè)時(shí)候衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止不動(dòng)的。能夠?qū)崿F(xiàn)這種狀態(tài)的軌道，只能在赤道上方，這就需要比普通衛(wèi)星發(fā)射更精準(zhǔn)的定位技術(shù)。

1984年1月，“長征三號(hào)”火箭將第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星送入了太空。但遺憾的是，衛(wèi)星沒能進(jìn)入預(yù)定的同步軌道。同年4月，發(fā)射的第二顆試驗(yàn)衛(wèi)星也遇到了麻煩，在衛(wèi)星向預(yù)定的同步軌道飄移時(shí)，衛(wèi)星出現(xiàn)了異常發(fā)熱的現(xiàn)象，一旦處理不好，衛(wèi)星就可能報(bào)廢。地面指揮中心進(jìn)行了緊張的“退燒”操作，最終，一系列新的指令調(diào)整了衛(wèi)星的姿態(tài)，“退燒”成功。終于，1984年4月16日，衛(wèi)星準(zhǔn)確定點(diǎn)于東經(jīng)125。赤道上空，我們擁有了自己的第一顆通信衛(wèi)星——“東方紅二號(hào)”。后來，我們又成功發(fā)射了兩顆“東方紅二號(hào)”衛(wèi)星。

到“東方紅三號(hào)”的時(shí)候，也很不容易，1994年首星發(fā)射同樣沒能進(jìn)入預(yù)定軌道。直到1997年，“東方紅三號(hào)”02星才成功入軌。后來，以“東方紅三號(hào)”為藍(lán)本，研發(fā)出一系列衛(wèi)星，形成了成熟的技術(shù)平臺(tái)。今天，盡管“東方紅四號(hào)”已經(jīng)在軌工作，但對(duì)“東方紅三號(hào)”平臺(tái)的研發(fā)并未停止，仍然散發(fā)著活力?！皩?shí)踐十三號(hào)”就是“東方紅三號(hào)”B平臺(tái)全配置首發(fā)星。

1975年，以通信衛(wèi)星研發(fā)為任務(wù)的“331工程”正式啟動(dòng)。

1981年，“買星”派和“造星”派發(fā)生爭(zhēng)論。

“買星”派：買衛(wèi)星或租衛(wèi)星更經(jīng)濟(jì)，見效更快。

“造星”派：通信衛(wèi)星關(guān)乎國家的經(jīng)濟(jì)命脈和空間安全，必須獨(dú)立自主。

“買星”派VS“造星”派：“造星”派大獲全勝。我國開啟依靠自己的力量研制通信衛(wèi)星的道路。

“實(shí)踐十三號(hào)”能將網(wǎng)速提多快？

“實(shí)踐十三號(hào)”

通信總?cè)萘窟_(dá)到20Gbps，超過了之前我國研制的所有通信衛(wèi)星容量的總和?！凹夹g(shù)衛(wèi)星直播廣播電視接收與服務(wù)系統(tǒng)”可部署在客機(jī)、船舶、高鐵上，民眾配備了用戶終端后，可以隨時(shí)與衛(wèi)星建立語音、數(shù)據(jù)和視頻的傳輸。

飛機(jī)

可支持高達(dá)400Mbps的下載速率。

列車

可提供數(shù)百M(fèi)bps的下載速率。

游輪

隨時(shí)可與好友曬圖分享，與家人視頻聊天。

高通量時(shí)代

隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，人們?cè)絹碓揭蕾囆畔⒌膫鬏?，日益增大的信息流給通信衛(wèi)星也帶來了越來越大的壓力。而傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸帶寬不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，且隨著通信衛(wèi)星的增多，軌道資源和頻率資源都日益飽和。在這種情況下，研發(fā)能夠傳輸更大數(shù)據(jù)量的通信衛(wèi)星就顯得很緊迫了。

這時(shí)候，一種新的通信波段一一Ka波段，進(jìn)入了人們的視野。這個(gè)波段能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)，可以在高清電視信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、高速衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域展開廣闊應(yīng)用。但是由于在這個(gè)波段內(nèi)傳輸無線電數(shù)據(jù)容易造成衰減，它對(duì)電子元器件的工藝要求很高。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，人類逐漸突破了這一技術(shù)瓶頸。目前，已經(jīng)有數(shù)十顆K0波段通信衛(wèi)星在軌，通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咄繒r(shí)代已經(jīng)到來。

為此，我國研發(fā)了“實(shí)踐十三號(hào)”衛(wèi)星。作為我國首顆Ka波段的高通量通信衛(wèi)星，“實(shí)踐十三號(hào)”的起點(diǎn)不低，它的通信總?cè)萘窟_(dá)到了20G，超過了我國此前所有通信衛(wèi)星通量的總和，將大大提高我國衛(wèi)星通信的能力。

知識(shí)小窗

高通量衛(wèi)星是在使用相同頻率資源的條件下，通信容量比常規(guī)通信衛(wèi)星高數(shù)倍甚至數(shù)十倍的通信衛(wèi)星。有了它，在飛機(jī)上使用網(wǎng)絡(luò)、在沒有Wi-Fi的情況下快速下載電影、在荒無人煙的地方也能有網(wǎng)絡(luò)都不是問題。

突破，不止于此

“實(shí)踐十三號(hào)”衛(wèi)星的首次，不止于此。除了首次在衛(wèi)星上應(yīng)用Ka頻段多波束寬帶通信系統(tǒng)，通信總?cè)萘窟_(dá)到20G，“實(shí)踐十三號(hào)”還有其他幾個(gè)首次。

它是我國首次使用電推進(jìn)技術(shù)（無需消耗化學(xué)推進(jìn)劑）的衛(wèi)星。要知道，雖然在軌飛行的衛(wèi)星在發(fā)射以后具備了動(dòng)能，但是，這些動(dòng)能會(huì)隨著時(shí)間慢慢消耗，衛(wèi)星的飛行軌道會(huì)越來越低，最后就會(huì)掉回地球。因此，衛(wèi)星必須要攜帶燃料保持飛行狀態(tài)，必要的時(shí)候還要調(diào)整姿態(tài)。我國早期的衛(wèi)星都是通過化學(xué)推進(jìn)，依靠噴出燃燒所釋放的氣體來推動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。而電推進(jìn)則是利用噴出帶電粒子或粒子來產(chǎn)生動(dòng)力，它所消耗的燃料更少。如果使用化學(xué)推進(jìn)，“實(shí)踐十三號(hào)”如果在軌工作15年，至少需要燃料600千克，而使用電推進(jìn)后，只需要攜帶60克的燃料。衛(wèi)星“大瘦身”，不僅節(jié)約了發(fā)射成本，還能攜帶更多設(shè)備。“實(shí)踐十三號(hào)”使我們?cè)谛l(wèi)星推進(jìn)技術(shù)上，終于趕上了國際第一梯隊(duì)。

“實(shí)踐十三號(hào)”首次在我國高軌衛(wèi)星上搭載激光通信系統(tǒng)。與微波通信系統(tǒng)相比，激光通信系統(tǒng)具有通信容量大、重量輕、功耗和體積小、保密性高、建造和維護(hù)經(jīng)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)。

更讓人振奮的是，“實(shí)踐十三號(hào)”已經(jīng)完美解決了生產(chǎn)航天專用芯片的問題，首次實(shí)現(xiàn)核心部件百分百的自主研發(fā)。這打破了歐美的技術(shù)壟斷，既保證了通信的安全，又為我國商業(yè)衛(wèi)星國產(chǎn)化打開了局面。endprint