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专家揭秘中国首颗高通量卫星实践十三号

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中国计划发射6颗通信卫星 高铁有望网络全覆盖

12日晚,实践十三号卫星在西昌卫星发射中心升空,这标志着我国通信卫星事业迈向高通量时代。

  4月12日19时04分,我国实践十三号卫星在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射。新华社发(叶乐峰摄)

央广网北京2月16日消息据中国之声《新闻纵横》报道,2017年,我国计划发射实践十三号、中星9A、实践十八号等6颗通信卫星。其中,实践十三号将于今年4月发射。目前,全球范围内由我国制造的在轨运行的通信卫星多达24颗。

作为国内迄今通信容量最大的卫星,实践十三号卫星有哪些新技术、新本领?它如何满足人们对宽带通信无时不在的需求?本报记者日前赴西昌卫星发射中心采访,获得有关专家权威解答。

  昨天19时04分,我国首颗高通量通信卫星——实践十三号卫星由长征三号B运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空,这也是我国首次基于Ka频段多波束宽带通信系统的全新通信卫星。

随着我国新一代通信卫星技术的提升,在完成广播电视信号传输任务的同时,未来利用通信卫星覆盖,在飞机机舱内、高速运行的高铁上,甚至偏远山区,便捷上网将成为现实。

通信“宽带”星:传送能力增十倍 助力“动中通”

  实践十三号卫星最高通信总容量超过了之前我国所有研制的通信卫星容量的总和,将带动我国卫星通讯技术的飞升。未来三年,我国将利用高通量通信卫星组成高宽带移动通信系统覆盖大部分地区和近海海域,在飞机机舱内、高速运行的高铁上,甚至偏远的山区,便捷高速上网将成为现实。

去年的巴西里约奥运会中,当观众足不出户看到位于地球另一端的中国女排夺冠时,通信卫星正在宇宙中默默地工作。中国航天科技集团五院通信卫星事业部部长周志成说:“老百姓体会不到卫星做了什么,一旦出了问题就会体会到,比如国家广播电视传输,假如有故障中断,立刻电视信号就没有了。”

实践十三号卫星,是我国第一颗高通量通信卫星,它的通信容量比之前我国研制的所有通信卫星加起来还要多。

  总容量超过已有通信卫星总和

必发365登录 ,广播电视信号的传输,是通信卫星的重要任务之一。今年我国计划发射实践十三号、中星9A、实践十八号等6颗通信卫星。其中,今年4月,实践十三号卫星将首先由长征三B运载火箭在西昌卫星发射中心发射。实践十三号卫星副总师王敏介绍,实践十三号是我国首颗高通量通信卫星,首次应用Ka频段多波束宽带通信系统。在完成试验验证以后,卫星将纳入“中星”系列,命名为“中星16号”。高通量卫星的‘通’,是通信的‘通’,同时也叫高通吐量卫星,意思是通信容量比以往卫星有一个、两个数量级的跃升。最高通信总容量超过20Gbps,超过了之前我国所有研制的通信卫星容量的总和。

通信容量,是衡量信息传送能力的概念。通信卫星的通量越大,信息传送能力就越强。专家说,过去国内一个卫星大约有2Gbps的通量,主要服务于广播、银行、石油系统等骨干通信,而实践十三号卫星采用Ka频段多波束宽带通信系统,总容量达20Gbps,传送能力有了数量级的提升。

  据实践十三号卫星系统总指挥周志成介绍,实践十三号是我国首颗高通量通信卫星,首次应用Ka频段多波束宽带通信系统,在完成试验验证以后,卫星将纳入“中星”系列,命名为“中星16号”。高通量卫星的“通”,是通信的“通”,同时也叫高通吐量卫星,意思是通信容量比以往卫星有一两个数量级的跃升。实践十三号卫星最高通信总容量超过20Gbps,超过了之前我国所有研制的通信卫星容量的总和。

卫星通信容量的扩大,意味着传送能力更强。王敏举例说,原有的通信卫星能够同时传送七、八十套标清电视节目,现在可以同时传送七、八十套高清电视节目,未来还可以同时传送数量更多的4K节目。

中国航天科技集团公司五院实践十三号卫星工程总师刘方说,实践十三号卫星能够覆盖我国除西北、东北的大部分陆地和近海百公里以上海域,它的一项重要业务是提供高速“动中通”服务。

  卫星通信容量的扩大,意味着传送能力更强。周志成举例说,广播电视信号的传输,是通信卫星的重要任务之一。原有的通信卫星都是采用的窄带传输技术,容量有限,如果说过去可同时传送七八十套标清电视节目,现在使用新的实践十三号可同时传送七八十套高清电视节目,未来还可以同时传送数量更多的4K节目。该卫星设计有26个用户点波束,总体覆盖我国除西北、东北的大部分陆地和近海近200公里海域,地面无线网络信号覆盖不到或光缆宽带接入达不到的地方,都可以用该卫星方便地接入网络。

很多听众会有这样的经历,在高速运行的高铁列车上手机信号会时断时续,在飞机的机舱内无法使用手机上网,或者偏远山区根本没有手机信号。这是因为移动基站不可能实现全面覆盖。王敏表示,通信卫星就能够解决这一问题。“最直观的感受是,原来都是服务于广播电视、骨干网政府用户、企业用户、大用户,现在可以服务于普通的个人用户,比如随身带着wifi的转接器,就可以把卫星信号变为wifi,将来像航空通信、高铁等地面覆盖网能力不够的地方,可以做很好地补充。”

“动中通”是指车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中的卫星通信保障。目前,在飞机、高铁列车、游轮等高速交通工具上,乘客随时随地上网的需求还得不到很好的满足。

  此外,实践十三号卫星是我国首次采用电推进技术的高轨卫星,它的在轨寿命长达15年,这是我国首次使用电推进完成卫星全寿命期间的南北位置保持,对于我国高轨卫星是具有革命性的技术突破。据了解,电推进是一种先进的推进技术,它的比冲可以达到3000秒以上,是常规的化学推进剂10倍以上,好处是可以显著缩减卫星携带的推进剂数量。原来一颗卫星需要带3吨的化学推进剂,采用电推进之后,理论上只需要带300公斤推进剂,对于卫星减重和增加有效载荷帮助明显。

此外,实践十三号卫星是我国首次采用电推进技术的高轨卫星,它的在轨寿命为15年。王敏介绍,这是我国首次使用电推进完成卫星全寿命期间的南北位置保持,对于我国高轨卫星是具有革命性的技术突破,电推进是一种先进的推进技术,它的比冲可以达到3000秒以上,是常规的化学推进剂10倍以上。好处是可以显著缩减卫星携带的推进剂数量。原来一颗卫星需要带3吨的化学推进剂,采用电推进之后,现在理论极限上只需要带300公斤推进剂,这对于卫星减重,增加有效载荷的承载容量的好处是非常大的。

“通过多波束无缝切换配合机载、车载或船载终端的自动跟踪捕获功能,实践十三号卫星能从技术上为航空、航运、铁路等各类交通工具上的乘客联通世界,改善上网体验。”刘方说。

  卫星信号将成为个人随身wifi

按照计划,实践十三号卫星发射后,我国将在今年年中发射实践十八号卫星,这将使我国真正跻身国际一流通信卫星的“俱乐部”。周志成表示,多颗卫星在轨后,我国构建的移动通信卫星系统将提供更好的应用。

中国航天科技集团公司五院实践十三号卫星运控和试验应用系统总师、总指挥唐左向说,实践十三号卫星通信容量大,可传送高清视频,而且终端小,便于携带使用,可随时与卫星建立语音、数据和视频的传输,能为户外游客、受灾民众提供应急通信服务,把途中或灾区的情况第一时间传递出去。

  我国有超过6000万人参与徒步、登山、越野、骑行、海钓、自驾游等户外项目,但因为户外地区通信信号差甚至完全没有信号,每月有近千起迷路或失联事件发生。更重要的是,当发生地震、水灾、海啸等紧急突发事件时,一旦地面固定和移动通信业务发生损毁或瘫痪,就无法与外界取得联系,不能及时、快速、准确地传递灾情信息,导致不可挽回的生命或财产损失。

周志成表示,让老百姓得到实惠,比如爬山或者发生自然灾害,中国的卫星通信在哪?大家只知道汶川地震时有“北斗系统”提供短报文的服务,如果现在给政府配备天通系统应用之后,有突发情况,完全可以应急。

用电“减肥”:让卫星轻装上阵更“长寿”

  这些问题都是由于地面移动网络无法实现全面覆盖造成。实践十三号卫星工程总师刘方表示,通信卫星就能够解决这一问题,“最直观的感受是,原来都是服务于广播电视、骨干网政府用户、企业用户、大用户,现在可以服务于普通的个人用户,比如随身带着wifi的转接器,就可以把卫星信号变为wifi。”

与使用化学燃料作推进剂不同,实践十三号卫星是我国第一颗使用电推进的卫星。

  另外,许多乘坐过飞机、高铁的人,都曾为无法便捷上网苦恼,这主要是因为移动网络跨越区域切换过于频繁,服务无法跟上。实践十三号采用了天地一体化设计理念,其中一项重要业务就是提供高速“动中通”,通过多波束无缝切换配合机载、车载或船载终端的自动跟踪捕获功能,可以为航空、航运、铁路等各类交通工具上的数以万计乘客彻底改善上网体验。用户终端可方便快速地接入网络,下载和回传速率最高分别达到150Mbps和12Mbps,真正实现卫星通信的宽带应用。据了解,随着“机载卫星直播广播电视接收与服务系统”的研发成功,预计在3年内,我国的2000多架民航客机、3000多辆高速列车和数万艘轮船,可随时随地实现高速上网。

中国航天科技集团公司五院实践十三号卫星系统总指挥周志成告诉记者,电推进比常规的化学推进效能提升了10倍,它能延长卫星寿命,大大减轻发射重量,是提升卫星性能的重要手段,目前正逐渐成为世界各国卫星推进系统的主流。

  我国电信服务将转向全球

“一颗卫星60%的重量都是化学推进剂,重达5吨的采用常规化学推进的卫星,若改成电推进,重量可减掉2.5吨。”
周志成说,实践十三号卫星只需100多千克的氙气,就能保证卫星15年在轨的南北位置保持任务。

  上世纪90年代以前,我国使用的通信卫星均是从国外进口。通过多年的不懈努力,目前,我国已形成固定通信广播、移动通信、数据中继等卫星通信技术服务体系,在轨民(商)通信卫星16颗,转发器总数量达273个,构建了北京、香港、喀什三地互联互通的卫星测控和业务监测网络,建成了连接南亚、非洲、欧洲和美洲的卫星电信港,基本形成了全球化的卫星通信服务能力。

实践十三号卫星的电推进系统采用的是氙离子推力器,是对卫星太阳帆板转化来的电能做高电压处理,用上千伏的电压将氙气在真空中电离,加速升级喷射出来从而获得调整卫星轨道的推力。

  国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍,我国卫星通信服务业发展十分迅猛,全国直播卫星开通用户已超过7000万户。在国际上,我国卫星通信业务也拓展至30多个国家和地区,中国卫星通信集团公司在全球卫星固定服务运营商中的综合排名已跃升至第六位,市场影响力大幅提升。

原理简单,实践起来很难。据专家介绍,不论是俄罗斯、欧洲的霍尔电推进技术,还是美国的离子电推进技术,在最初应用于卫星时都曾遭遇挫折。

  按计划,我国还将新增22颗通信广播卫星,其中全新研制的通信卫星有5颗,包括L移动多媒体广播卫星、大容量宽带通信卫星、超大容量宽带通信卫星、高承载比宽带通信卫星、全球移动通信星座科研星等。多颗卫星在轨后,将推动我国电信服务网络向全球服务的转型升级。(记者刘可)

为了啃下这块“硬骨头”,我国科学家在地面做了151项大型试验,12000小时的模拟实验,历经15年艰难探索,终于在实践十三号卫星上应用电推进技术。

  新闻链接

多项“首创”:开启中国通信卫星新时代

  实践十三号创造5个“首次”

不论从技术还是应用上看,实践十三号卫星都创下国内高轨卫星领域多个“首次”:首次在我国高轨卫星上搭载激光通信系统;首次在我国高轨长寿命通信卫星上百分之百工程化应用国产化产品;首次在我国卫星上将技术试验和示范应用相结合,既满足新技术在轨试验的目的,又满足载荷示范应用的要求,提高工程综合效益。

  1、首次在我国高轨卫星上使用电推进(无需消耗化学推进剂)完成全寿命期内南北位保任务,卫星承载能力显著提升;

同时,实践十三号卫星是东方红三号B平台的首发星。这一平台是我国研制的最新一代中等容量通信卫星平台,将促进国内卫星平台能力的大幅提升。

  2、首次在我国卫星上应用Ka频段多波束宽带通信系统,通信总容量超过20Gbps;

“尽管和国外80Gbps、100Gbps的通信卫星相比,实践十三号卫星的通信容量并不算多。”周志成说,但这是一颗试验星,由于同时承担了其他试验任务,只把通信容量做到20Gbps。技术一旦突破了,后续研制100Gbps,甚至更大容量的通信卫星都指日可待。

  3、首次在我国高轨卫星上搭载激光通信系统;

国防科工局系统工程司副司长赵坚表示,实践十三号卫星开启了我国卫星通信的高通量时代,真正意义上实现了自主通信卫星的的宽带应用,填补我国在该领域的空白,将对我国卫星通信产业的发展起到极大的促进作用。来源:中国军网

  4、首次在我国高轨长寿命通信卫星上百分之百工程化应用国产化产品,改变了相关产品长期依赖进口的局面;

  5、首次在我国卫星上将技术试验和示范应用相结合,加速科研成果的应用转化,既满足新技术在轨试验的目的,又满足载荷示范应用的要求,提高工程综合效益。

  来源:新华网

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