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地球同步轨道卫星上开展对地高速激光通信试验

    2017年4月12日,中国在西昌卫星发射中心采用长征三号乙运载火箭成功发射实践十三号卫星,卫星完成在轨试验后被命名为中星16号。这是我国首颗高通量通信卫星,通信总容量超过20G,真正意义上实现了自主通信卫星的宽带应用。
 
    航天科技集团五院高级工程师 张伟:高通量这个技术的发展,代表着我们现在地面,你可以用我们的卫星来实现视频。原来只能实现一个语音通信的功能,现在我们可以视频了,那么还有一个很大的应用方向就是我们的飞机。这是我国首次在通信卫星上,使用Ka频段宽带通信技术。
 
    卫星容量其实就像公路一样,原来通信卫星的C频段以及Ku频段容量最多只能容纳两辆车同时前进,所能运载的货物,也就是信息数据是有限的。但是Ka频段的卫星容量则要大很多,它可以同时在公路上行驶10辆或者更多的汽车,所能运载的信息数据量也远超其它频段。这项技术的突破,意味着未来通过通信卫星可以随时随地实现宽带上网,特别是在地面通信网络无法覆盖的地区,以及飞机、高铁、轮船等交通工具上,都可以实现宽带通信。
 
    静止轨道通信卫星代表着一个国家卫星通信的发展水平,它是构成信息高速公路基础的重要资源,是一个国家综合实力、技术水平的重要体现。
 
    经常在国内旅行的人都知道,在飞行的飞机上、在远洋航行的船舶上,手机、笔记本是上不了网络的,同样在高速运行的高铁上,手机信号也是时断时续,但是随着中国新一代通信卫星的发展,空中上网聊天、远洋视频娱乐、偏远山区信号全覆盖将成为现实。
 
    目前航天科技集团五院已经依托中星16号高通量卫星,研制了用于野外、高铁、船舶等方面的卫星移动通信终端产品。原来的卫星通信终端,受卫星设计的限制,尺寸都比较大,一般都安装在建筑物上面或者大型的车辆上。而现在依托高通量卫星,通信卫星的终端接收装置就可以小型化,普通的家用SUV就可以安装。航天科技集团五院高级工程师张阁为记者演示了一套便携式卫星宽带通信系统,这套系统具备一键对星的功能,在地震灾区,地面通信网络损坏中断的情况下,可以快速地连通网络。
 
    除了这种便携式卫星宽带通信系统,张阁带领的团队,还在研制用于高铁列车、远洋船舶上的卫星宽带通信系统。除了这种便携式卫星宽带通信系统,张阁带领的团队,还在研制用于高铁列车、远洋船舶上的卫星宽带通信系统。
 
    航天科技集团五院高级工程师 张阁:目前我们的这个设备,是支持500人以上的,就是你在一个豪华油轮上,装了这么一个设备,全船的人都可以通过WIFI,就是拿你的普通的手机,再连接船上的WIFI,就可以通过卫星直接访问互联网了。
 
    中星16将技术试验和示范应用相结合,首次在地球同步轨道卫星上开展对地高速激光通信试验,速率最高可达2.4个G。卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等优点,如果试验成功,标志着中国在该领域达到国际先进水平。
 
    2016年8月6日,中国在西昌卫星发射中心成功将天通一号01星发射升空,这是中国卫星移动通信系统的首发星,也被称为“中国版的海事卫星”, 其成功发射标志着我国迈入卫星移动通信的“手机时代”。张伟: 现在飞机上大家都知道没法实现通信,未来当中的HTS(高通量通信卫星)的技术推广以后,我们以后在飞机上面也能够基于卫星来实现我们的通信,包括高铁、船等等,HTS都是一个很热门的应用方向。
 
    张伟告诉记者,依托高通量通信卫星技术,未来将会构建卫星宽带通信网络,到时候无论身处万米高空的飞机、急速飞驰的高铁,还是茫茫大海的轮船上,以及没有人烟的荒漠、深山、海岛,都可以高速浏览网络,视频通话。
 
    2008年汶川地震发生后,震区地面通信网络全面瘫痪,当时我国没有自己的移动通信卫星系统,只能租用国外的卫星电话抗震救灾。而国际上的移动卫星系统已经形成了多个覆盖全球或区域性的移动通信系统,不仅广泛应用于个人通信、海洋运输、远洋渔业、航空客运等领域,而且在遭受地震、洪水、霜冻等自然灾害情况下能够实现无障碍通信并确定位置。汶川地震之后,天通一号立项了。
 
    记者了解到,天通一号卫星的技术指标与能力达到国际主流移动通信卫星水平,并且具有完全的自主知识产权。特别是天通一号卫星解决了可展开超大天线的技术难题,使得地面使用的卫星电话终端更小型化、手机化。
 
    几代科研人员无私奉献薪火相传
 
    使我国卫星事业从无到有 从落后到领先
 
    这些年我们的通信卫星接连发射成功并投入使用,涵盖了广播电视直播、高通量宽带卫星、移动通信卫星、数据中继卫星等目前通信卫星发展的前沿技术和应用。回想当初,我们开始研制卫星的时候,不仅是一穷二白。而且基础薄弱,在这样的条件下,我们的科研人员坚持自力更生、无私奉献,最终走出了一条中国通信卫星的研发之路,尽管这条路并非坦途,也经历过挫折和磨难。
 
    在中国航天科集团五院的展厅里,摆放着从东方红一号到东方红四号卫星的真实产品,它们见证了中国通信卫星的发展之路。在中国航天科集团五院的展厅里,摆放着从东方红一号到东方红四号卫星的真实产品,它们见证了中国通信卫星的发展之路。
 
    东方红一号是在当时一穷二白、经济技术基础薄弱的条件下,老一辈航天科技人员通过自力更生研制出来的我国第一颗人造地球卫星,由于当时技术水平的限制,它还不具备通信功能。
 
    航天科技集团五院高级工程师张伟:这颗卫星成功以后,实际上是开创了我们国家人造地球卫星的先河,但它的意义更多地只体现了从无到有,那我们卫星终归是要落实在用。
 
    东方红一号发射成功之后,为了让通信卫星真正落实到实用,以孙家栋、戚发轫等为代表的老一代航天科技人员,树立“要完全依靠自己的力量,研制出中国人自己的通信卫星”的信念,历经9年攻坚克难,最终研制成功东方红二号通信卫星。1984年4月8日,东方红二号试验通信卫星发射成功,使我国跻身世界上第五个能够独立研制、发射地球静止轨道卫星的国家。
 
    受制于当时电子元器件研制、材料科学研究的技术水平,东方红二号卫星的载荷小,寿命短,卫星的C波段转发器只有2路,而当时国际先进水平通信卫星的C坡段转发器已经达到24路,寿命也长达十年。
 
    张伟:当时能够提供的功率非常小,因为太阳能电池片就这么多,所以它能够提供的功率就那么大。所以当时我们国家的通信卫星在轨寿命比较短,就是五年,能够提供的有效功率很低,所以所谓的转发器路数,就是几路转发器。
 
    通信卫星的主要载荷就是转发器,一路转发器可以传送十多套标清电视节目,通信卫星的载荷越大,转发器的路数多,意味着能够传送更多的广播电视节目,提供更大的通信容量。张伟告诉记者,由于当时东方红二号无法满足客户需求,国内还出现了“买星”还是“造星”的争论。在当时的环境下,航天人别无选择,在技术基础薄弱、设施条件差的情况下,按照当时的国际水平研制东方红三号卫星。
 
    张伟:东方红二号是一颗自旋稳定式的卫星,到了东方红三号,我们搞的是一个三轴稳定式的卫星,采用了太阳翼的这种方式,那么技术上的跨代很大,只能继承东方红二号大概20%左右的技术基础,剩下的80%都是基于我们中国航天人的自主创新来实现。
 
    从1986年国家立项,到1997年东方红三号卫星成功发射,科研人员历经11年的时间,先后解决了上百个技术难点,啃下了十余项“硬骨头”课题,也经历了首颗卫星发射失败的阵痛。东方红三号卫星不仅实现了我国通信卫星研制技术的跨越,也为中国航天事业提供了一个高可靠的通信卫星平台。