打造天地空一體化網(wǎng)絡(luò)

○王若冰

文字閱讀、圖片查看、影音播放、下載傳輸、游戲、即時聊天……網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展給人們的生活帶來了極大的便捷和享受。然而，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天仍沒有實現(xiàn)隨意接入和時時暢通，死角和盲區(qū)無處不在，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力仍有待提高。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋死角的存在，從側(cè)面反映了地基通訊設(shè)施的局限，建設(shè)寬帶衛(wèi)星將有助于解決此類問題。然而，就算地面上的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能在衛(wèi)星的幫助下做到無縫連接，人類足跡所至的地方仍有網(wǎng)絡(luò)不及的地方，比如，飛機上呢？衛(wèi)星上呢？甚至在空間站能上網(wǎng)嗎？

“虹云工程”讓全球自由聯(lián)網(wǎng)

中國航天科工集團發(fā)布消息說，我國布局156顆小衛(wèi)星組成的天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)2018年將進行首顆衛(wèi)星發(fā)射。未來組網(wǎng)后將使人們能夠在世界任何角落自由接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

我國將建設(shè)的天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)被命名為“虹云工程”，計劃發(fā)射156顆小衛(wèi)星，它們在距離地面1000千米的軌道上組網(wǎng)運行，致力于構(gòu)建一個星載寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

航天科工集團二院院長張忠陽：我們的互聯(lián)網(wǎng)接入目前在很多地方都是不覆蓋的，“虹云工程”建成后將完全改變這一狀況。比如說我們建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)、高鐵、飛機這些行業(yè)將完全能夠提供跟在家里接入WIFI一樣的服務(wù)感受。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)是由通信、偵察、導(dǎo)航、氣象等多種功能的異構(gòu)衛(wèi)星/衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、深空網(wǎng)絡(luò)、空間飛行器以及地面有線和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成，其中，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將承擔(dān)大量信息的獲取、傳輸和分發(fā)任務(wù)。但是，“天星地網(wǎng)”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還遠不能達到天地一體化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求。

自1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星之后，人類已經(jīng)向太空發(fā)射了超過上千顆人造衛(wèi)星。這些人造衛(wèi)星個個“身懷絕技”，有的專為勘探地球資源，有的長于軍事偵察，有的幫助人們預(yù)報氣象，有的大大便捷了現(xiàn)代通訊。然而，這些衛(wèi)星雖同在太空，但彼此之間的“了解”卻甚少，幾乎所有的溝通都要依賴地面基地。

功能單一、結(jié)構(gòu)規(guī)則、運行依賴地面、相互之間孤立的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們實時、綜合的服務(wù)需求。具有多種功能，軌道互補，智能程度高，可自主運行，便于擴展的異構(gòu)衛(wèi)星組網(wǎng)成為新的發(fā)展方向。

目前，世界上主要的航天大國在調(diào)整并制定新的航天發(fā)展戰(zhàn)略時，都把下一步發(fā)展目標定位在完善衛(wèi)星系統(tǒng)種類和提高衛(wèi)星系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，發(fā)展并建立網(wǎng)絡(luò)化的新型綜合衛(wèi)星系統(tǒng)體系。美國國家航空航天局（NASA）的“天基通信導(dǎo)航網(wǎng)”計劃構(gòu)想就是建立并保持一個便于擴展、可縮放的綜合基礎(chǔ)設(shè)施，提供全面、有效、更高量級數(shù)據(jù)速率的天基服務(wù)，以實現(xiàn)NASA的各類任務(wù)。

天地一體化網(wǎng)絡(luò)也是如此。它通過星間、星地鏈路將地面、海上、空中和深空的用戶、飛行器以及各種通信平臺密集聯(lián)合。比如，地面和衛(wèi)星之間可以根據(jù)應(yīng)用需求建立鏈路，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。

從組網(wǎng)、傳輸和路由等角度來看，天地一體化網(wǎng)絡(luò)具有典型的大時空尺度屬性，具有網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，空天地海網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，智能控制和處理，快速反應(yīng)，高效應(yīng)對等鮮明特征。舉一個最簡單的例子，天地一體化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，無論何時何地，電話服務(wù)、信息傳輸將徹底告別“無法連通”的時代。

美好的前景

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來信息服務(wù)行業(yè)對多維綜合信息資源的需求日益提高，國家安全、航空航天、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、教育、醫(yī)療、衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)、反恐、抗災(zāi)救險等領(lǐng)域的戰(zhàn)略信息服務(wù)將在空、天、地多維空間展開，任何單一維度上的信息傳輸都無法滿足全方位的需求。由多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的天地一體化網(wǎng)絡(luò)一旦實現(xiàn)互聯(lián)互通和互操作，將會引發(fā)前所未有的信息革命。

這種高度綜合性的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)打破了各自獨立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的壁壘，空、天、地跨維度服務(wù)將成為未來全方位服務(wù)的主要形式，能夠有效地綜合利用各種資源（包括軌道資源、傳感器資源、通信資源等），不僅可以為作戰(zhàn)提供一體化的偵察、導(dǎo)航、作戰(zhàn)指揮等服務(wù)，也可以為海陸空通信、海洋氣象預(yù)報、導(dǎo)航、農(nóng)林牧漁、應(yīng)急救援等提供全方位的支持。這就需要一體化網(wǎng)絡(luò)具有充分的信息統(tǒng)籌獲取，快速的信息傳輸，高效的任務(wù)協(xié)同等能力。

此外，智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等概念的提出和具體項目的實施，將極大地促進我國一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施的高速發(fā)展。

目前，我國有近百顆在軌運行空間飛行器，覆蓋了導(dǎo)航、通信、遙感、深空探測、載人航天等領(lǐng)域。而隨著我國空間信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求不斷增加，建設(shè)天基衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等全面融合的天地一體化的信息網(wǎng)絡(luò)，將是提升我國信息服務(wù)能力的有效途徑。天地一體化網(wǎng)絡(luò)還將帶動信息電子、航空航天、數(shù)學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。