文章(zhang)來源(yuan)：中國航天科技集團公(gong)司 發布時(shi)間：2018-04-21
乘(cheng)國內飛(fei)機也能上網(wang)刷(shua)朋友圈、查收E-mail，將不(bu)再是遙遠的夢想。
4月12日，隨著中(zhong)(zhong)國首顆高(gao)通(tong)量通(tong)信衛星實(shi)踐十三號（中(zhong)(zhong)星十六號）發射成功，我國開啟衛星“寬帶中(zhong)(zhong)國”的新時代。待衛星業務開通(tong)后，除飛機之外(wai)，用戶在輪船、高(gao)鐵及沙漠、山林(lin)等地(di)面基(ji)站(zhan)信號覆(fu)蓋(gai)不到(dao)的偏遠(yuan)地(di)區，也能享(xiang)受到(dao)寬帶多媒(mei)體互聯網服務。
衛星(xing)要實(shi)現(xian)上網功能，必須依(yi)靠具備相應功能的(de)有效載荷系(xi)統(tong)。中國(guo)(guo)航天科(ke)技集團公司五院西安分院作為國(guo)(guo)內最(zui)具實(shi)力的(de)衛星(xing)有效載荷研制單位(wei)，為實(shi)踐十三號衛星(xing)提供的(de)天線分系(xi)統(tong)和轉發器分系(xi)統(tong)使衛星(xing)的(de)互聯網應用變為現(xian)實(shi)。
通信總容量超20Gbps 幾千(qian)飛(fei)機可同時上網
由于飛機在快速移動過(guo)程中所處(chu)的空間特點，地面(mian)互(hu)聯網中轉站要(yao)么無法架(jia)設，要(yao)么無法足量建設，乘客通過(guo)地面(mian)方(fang)式上網并不(bu)可(ke)行。
據(ju)西安分院(yuan)負責實踐十三(san)號(hao)衛(wei)星(xing)有效載荷研(yan)制的(de)衛(wei)星(xing)副總設計師周穎介(jie)紹(shao)，為了破(po)解這(zhe)一難題(ti)，實踐十三(san)號(hao)衛(wei)星(xing)由空間段(duan)（衛(wei)星(xing)）、地面段(duan)（關(guan)口站）和用戶(hu)段(duan)（終端）構(gou)成(cheng)。
“高(gao)通(tong)量通(tong)信(xin)(xin)衛(wei)星可以作為一個信(xin)(xin)號中轉(zhuan)站(zhan)，通(tong)過(guo)(guo)無線電信(xin)(xin)號轉(zhuan)發使飛機(ji)上乘客(ke)的手機(ji)、電腦等與地面關口站(zhan)連(lian)(lian)接。而關口站(zhan)通(tong)過(guo)(guo)光(guang)纜(lan)與互聯網相(xiang)連(lian)(lian)，可以向用戶發送(song)上網信(xin)(xin)號。”周穎解(jie)釋道(dao)。
作為我國(guo)首顆高通(tong)(tong)量(liang)(liang)通(tong)(tong)信(xin)衛(wei)星，實踐(jian)十三號的(de)通(tong)(tong)信(xin)總(zong)容量(liang)(liang)達20Gbps，超過中國(guo)此前研制的(de)通(tong)(tong)信(xin)衛(wei)星容量(liang)(liang)總(zong)和。通(tong)(tong)信(xin)容量(liang)(liang)的(de)擴充(chong)意味著傳輸能力更(geng)強(qiang)。一(yi)般而言，一(yi)架(jia)飛機所需(xu)的(de)最大通(tong)(tong)信(xin)容量(liang)(liang)只有20Mbps，在(zai)全部(bu)飛機通(tong)(tong)信(xin)容量(liang)(liang)滿負(fu)荷(he)的(de)情況下(xia)，實踐(jian)十三號能滿足(zu)一(yi)千(qian)架(jia)左右的(de)飛機同時上(shang)網。
“通(tong)常(chang)情況下，所(suo)有飛機通(tong)信容量同時(shi)滿負荷占(zhan)用的情況極為少(shao)見，因此實(shi)踐(jian)十三號實(shi)際上可(ke)使幾千架飛機同時(shi)上網。”西安分院(yuan)副院(yuan)長馬(ma)伊民說。
多(duo)波束天線蜂窩式覆蓋 衛星應用功能自定(ding)義
實踐十(shi)三(san)號衛(wei)星(xing)(xing)的成功發(fa)射，帶(dai)動了(le)我(wo)國通(tong)(tong)信衛(wei)星(xing)(xing)的技(ji)術變革，拉(la)開(kai)了(le)我(wo)國高通(tong)(tong)量衛(wei)星(xing)(xing)發(fa)展的大幕。
傳統的(de)廣播電視通信衛(wei)星(xing)的(de)工作頻段低(di)、帶(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)(kuan)窄，屬于廣域覆蓋。為了大幅(fu)提高(gao)衛(wei)星(xing)性能，滿足寬(kuan)(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)互聯網所(suo)需要的(de)“高(gao)能量”集中傳輸，實踐十(shi)(shi)三號(hao)衛(wei)星(xing)裝載了我國首副Ka頻段多波(bo)束天線，工作頻段提高(gao)、帶(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)(kuan)加大，對地面進行小范圍覆蓋。通過(guo)多波(bo)束及頻率(lv)復(fu)用，實踐十(shi)(shi)三號(hao)衛(wei)星(xing)能得到同等軌道頻譜的(de)常(chang)規衛(wei)星(xing)數倍(bei)或(huo)數十(shi)(shi)倍(bei)的(de)可用頻率(lv)資(zi)源，極大降低(di)了寬(kuan)(kuan)(kuan)帶(dai)(dai)成(cheng)本(ben)。
“我(wo)們(men)將傳統(tong)的(de)廣播(bo)電視衛星廣域波(bo)束天(tian)線分解(jie)為26個(ge)波(bo)束，形成蜂窩式(shi)覆蓋，技(ji)術(shu)的(de)復雜度和難度急劇提升(sheng)。每一個(ge)波(bo)束都(dou)需要精確(que)指向，星上的(de)‘毫(hao)厘之(zhi)差’都(dou)會導致地面的(de)‘謬之(zhi)千里’。”周穎說。
高通(tong)量通(tong)信衛星不僅可以(yi)滿(man)足用戶的個性(xing)(xing)化上網需求，同時還能實現(xian)功能自定(ding)義，融合打電話、廣播(bo)電視節(jie)目轉播(bo)及(ji)上網功能于一體，大(da)大(da)提高了衛星的利用率和(he)靈(ling)活性(xing)(xing)。
構建空天地一體化設(she)計(ji) 通信(xin)總容量將(jiang)至1Tbps
2013年，西安分(fen)院承擔研(yan)制的我國(guo)首(shou)顆高通量衛星(xing)實踐十三號項目正式立(li)項。攻(gong)關團隊瞄準用戶需(xu)求和(he)高通量衛星(xing)的工作特點(dian)，著手進(jin)行設計開發。
在有效(xiao)載荷系統(tong)(tong)設計(ji)方案制定之前，考慮(lv)到衛(wei)星覆蓋區域(yu)內的(de)用戶(hu)互聯網通信需求、用戶(hu)終端的(de)類型(xing)、地面關口(kou)站的(de)選址及(ji)信號在雨雪環境(jing)中的(de)衰減情況(kuang)，西(xi)安分院(yuan)與(yu)衛(wei)星運營商中國衛(wei)通公司用半年(nian)時間(jian)完成了空天(tian)地一(yi)體化系統(tong)(tong)設計(ji)，全面掌握(wo)了終極用戶(hu)（個(ge)人用戶(hu)及(ji)企業用戶(hu)）人口(kou)數(shu)量(liang)、密(mi)度(du)及(ji)潛(qian)在需求。
可以想象，未來(lai)不(bu)論是身在萬米高空的(de)(de)飛機(ji)還是茫(mang)茫(mang)大海的(de)(de)船(chuan)舶(bo)上(shang)，或是乘著列車(che)的(de)(de)漫(man)漫(man)旅途中，只要有“無限WIFI”實(shi)踐十三號(hao)的(de)(de)陪伴，用戶就可以隨時隨地接收衛(wei)星(xing)通(tong)信信號(hao)，方便便捷地進行網(wang)上(shang)沖浪。
此外，實踐十三號衛星還將應(ying)(ying)(ying)用(yong)于旅游、遠程醫療(liao)、教育、科學(xue)考察(cha)、災害應(ying)(ying)(ying)對指揮、應(ying)(ying)(ying)急通信等，進一(yi)步拓展(zhan)(zhan)我國衛星技術(shu)新的應(ying)(ying)(ying)用(yong)領域，對我國未來(lai)經濟社會發展(zhan)(zhan)和(he)增加民眾福祉(zhi)產生深遠影(ying)響(xiang)。
“十三五”期間(jian)，我(wo)國(guo)研制(zhi)的多顆基于高通量載荷與常規通信載荷混(hun)搭的通信衛星將陸(lu)續發(fa)(fa)(fa)射。西安分院作為我(wo)國(guo)通信衛星有效載荷研制(zhi)的主力(li)軍，正(zheng)結(jie)合國(guo)家(jia)天地一體化信息(xi)網絡工程(cheng)、“一帶(dai)一路(lu)”空間(jian)信息(xi)走廊(lang)工程(cheng)等(deng)，研發(fa)(fa)(fa)出Q/V通信、激光(guang)通信、柔性轉發(fa)(fa)(fa)等(deng)技術，不斷提高有效載荷的成熟度。
“這(zhe)次實(shi)(shi)踐十三(san)號衛(wei)星采用的是東三(san)B平臺，20Gbps的通信(xin)總容量(liang)(liang)實(shi)(shi)現了‘質’的突破。未來，高通量(liang)(liang)衛(wei)星搭(da)配東四(si)、東五平臺，單星容量(liang)(liang)可達150Gbps-1Tbps，更將(jiang)逐漸實(shi)(shi)現‘量(liang)(liang)’的變化(hua)。”西安分(fen)院(yuan)院(yuan)長李軍說。