“實踐十三號”：通信衛(wèi)星的不平凡之路

冉浩

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

曲折的啟動之路

說到“實踐十三號”的啟動，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，新中國又一個標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”發(fā)射升空，我國成為了世界上第五個能獨立研發(fā)衛(wèi)星的國家。科研人員開始論證建造具有實用價值的衛(wèi)星。

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

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，同時保證通信質(zhì)量，通信衛(wèi)星通常會選擇與地球同步的靜止軌道。也就是說，衛(wèi)星運動的角速度正好等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。換句話說，這個時候衛(wèi)星相對地面是靜止不動的。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)射更精準的定位技術(shù)。

1984年1月，“長征三號”火箭將第一顆試驗通信衛(wèi)星送入了太空。但遺憾的是，衛(wèi)星沒能進入預定的同步軌道。同年4月，發(fā)射的第二顆試驗衛(wèi)星也遇到了麻煩，在衛(wèi)星向預定的同步軌道飄移時，衛(wèi)星出現(xiàn)了異常發(fā)熱的現(xiàn)象，一旦處理不好，衛(wèi)星就可能報廢。地面指揮中心進行了緊張的“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)星準確定點于東經(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”。后來，我們又成功發(fā)射了兩顆“東方紅二號”衛(wèi)星。

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

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

1981年，“買星”派和“造星”派發(fā)生爭論。

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

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

“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。

“實踐十三號”能將網(wǎng)速提多快？

“實踐十三號”

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

飛機

可支持高達400Mbps的下載速率。

列車

可提供數(shù)百Mbps的下載速率。

游輪

隨時可與好友曬圖分享，與家人視頻聊天。

高通量時代

隨著信息化時代的發(fā)展，人們越來越依賴信息的傳輸，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。

這時候，一種新的通信波段一一Ka波段，進入了人們的視野。這個波段能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)，可以在高清電視信號、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、高速衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域展開廣闊應用。但是由于在這個波段內(nèi)傳輸無線電數(shù)據(jù)容易造成衰減，它對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代已經(jīng)到來。

為此，我國研發(fā)了“實踐十三號”衛(wèi)星。作為我國首顆Ka波段的高通量通信衛(wèi)星，“實踐十三號”的起點不低，它的通信總?cè)萘窟_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，在飛機上使用網(wǎng)絡、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)絡都不是問題。

突破，不止于此

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

它是我國首次使用電推進技術(shù)（無需消耗化學推進劑）的衛(wèi)星。要知道，雖然在軌飛行的衛(wèi)星在發(fā)射以后具備了動能，但是，這些動能會隨著時間慢慢消耗，衛(wèi)星的飛行軌道會越來越低，最后就會掉回地球。因此，衛(wèi)星必須要攜帶燃料保持飛行狀態(tài)，必要的時候還要調(diào)整姿態(tài)。我國早期的衛(wèi)星都是通過化學推進，依靠噴出燃燒所釋放的氣體來推動衛(wèi)星運動。而電推進則是利用噴出帶電粒子或粒子來產(chǎn)生動力，它所消耗的燃料更少。如果使用化學推進，“實踐十三號”如果在軌工作15年，至少需要燃料600千克，而使用電推進后，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，還能攜帶更多設備。“實踐十三號”使我們在衛(wèi)星推進技術(shù)上，終于趕上了國際第一梯隊。

“實踐十三號”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、建造和維護經(jīng)費低等優(yōu)點。

更讓人振奮的是，“實踐十三號”已經(jīng)完美解決了生產(chǎn)航天專用芯片的問題，首次實現(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