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中國發(fā)射一枚超級(jí)衛(wèi)星！以后，哪里都可以高速上網(wǎng)了
靜止軌道通信衛(wèi)星代表著一個(gè)國家衛(wèi)星通信的發(fā)展水平，它是構(gòu)成信息高速公路基礎(chǔ)的重要資源，是一個(gè)國家綜合實(shí)力、技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。
經(jīng)常在國內(nèi)旅行的人都知道，在飛行的飛機(jī)上、在遠(yuǎn)洋航行的船舶上，手機(jī)、筆記本是上不了網(wǎng)絡(luò)的，同樣在高速運(yùn)行的高鐵上，手機(jī)信號(hào)也是時(shí)斷時(shí)續(xù)，但是隨著中國新一代通信衛(wèi)星的發(fā)展，空中上網(wǎng)聊天、遠(yuǎn)洋視頻娛樂、偏遠(yuǎn)山區(qū)信號(hào)全覆蓋將成為現(xiàn)實(shí)。
我國自主研發(fā)技術(shù)打破國外壟斷空中通信
海上視頻將不再是夢(mèng)
2017年4月12日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星，衛(wèi)星完成在軌試驗(yàn)后被命名為中星16號(hào)。這是我國首顆高通量通信衛(wèi)星，通信總?cè)萘砍^20G，真正意義上實(shí)現(xiàn)了自主通信衛(wèi)星的寬帶應(yīng)用。
航天科技集團(tuán)五院高級(jí)工程師張偉：高通量這個(gè)技術(shù)的發(fā)展，代表著我們現(xiàn)在地面，你可以用我們的衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)視頻。原來只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)語音通信的功能，現(xiàn)在我們可以視頻了，那么還有一個(gè)很大的應(yīng)用方向就是我們的飛機(jī)。這是我國首次在通信衛(wèi)星上，使用Ka頻段寬帶通信技術(shù)。
衛(wèi)星容量其實(shí)就像公路一樣，原來通信衛(wèi)星的C頻段以及Ku頻段容量最多只能容納兩輛車同時(shí)前進(jìn)，所能運(yùn)載的貨物，也就是信息數(shù)據(jù)是有限的。但是Ka頻段的衛(wèi)星容量則要大很多，它可以同時(shí)在公路上行駛10輛或者更多的汽車，所能運(yùn)載的信息數(shù)據(jù)量也遠(yuǎn)超其它頻段。這項(xiàng)技術(shù)的突破，意味著未來通過通信衛(wèi)星可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)，特別是在地面通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的地區(qū)，以及飛機(jī)、高鐵、輪船等交通工具上，都可以實(shí)現(xiàn)寬帶通信。
張偉： 現(xiàn)在飛機(jī)上大家都知道沒法實(shí)現(xiàn)通信，未來當(dāng)中的HTS(高通量通信衛(wèi)星)的技術(shù)推廣以后，我們以后在飛機(jī)上面也能夠基于衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)我們的通信，包括高鐵、船等等，HTS都是一個(gè)很熱門的應(yīng)用方向。
張偉告訴記者，依托高通量通信衛(wèi)星技術(shù)，未來將會(huì)構(gòu)建衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，到時(shí)候無論身處萬米高空的飛機(jī)、急速飛馳的高鐵，還是茫茫大海的輪船上，以及沒有人煙的荒漠、深山、海島，都可以高速瀏覽網(wǎng)絡(luò)，視頻通話。
目前航天科技集團(tuán)五院已經(jīng)依托中星16號(hào)高通量衛(wèi)星，研制了用于野外、高鐵、船舶等方面的衛(wèi)星移動(dòng)通信終端產(chǎn)品。原來的衛(wèi)星通信終端，受衛(wèi)星設(shè)計(jì)的限制，尺寸都比較大，一般都安裝在建筑物上面或者大型的車輛上。而現(xiàn)在依托高通量衛(wèi)星，通信衛(wèi)星的終端接收裝置就可以小型化，普通的家用SUV就可以安裝。航天科技集團(tuán)五院高級(jí)工程師張閣為記者演示了一套便攜式衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，這套系統(tǒng)具備一鍵對(duì)星的功能，在地震災(zāi)區(qū)，地面通信網(wǎng)絡(luò)損壞中斷的情況下，可以快速地連通網(wǎng)絡(luò)。
除了這種便攜式衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，張閣帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，還在研制用于高鐵列車、遠(yuǎn)洋船舶上的衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)。
航天科技集團(tuán)五院高級(jí)工程師張閣：目前我們的這個(gè)設(shè)備，是支持500人以上的，就是你在一個(gè)豪華油輪上，裝了這么一個(gè)設(shè)備，全船的人都可以通過WIFI，就是拿你的普通的手機(jī)，再連接船上的WIFI，就可以通過衛(wèi)星直接訪問互聯(lián)網(wǎng)了。
中星16將技術(shù)試驗(yàn)和示范應(yīng)用相結(jié)合，首次在地球同步軌道衛(wèi)星上開展對(duì)地高速激光通信試驗(yàn)，速率最高可達(dá)2.4個(gè)G。衛(wèi)星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，如果試驗(yàn)成功，標(biāo)志著中國在該領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。
2016年8月6日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將天通一號(hào)01星發(fā)射升空，這是中國衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的首發(fā)星，也被稱為“中國版的海事衛(wèi)星”， 其成功發(fā)射標(biāo)志著我國邁入衛(wèi)星移動(dòng)通信的“手機(jī)時(shí)代”。
2008年汶川地震發(fā)生后，震區(qū)地面通信網(wǎng)絡(luò)全面癱瘓，當(dāng)時(shí)我國沒有自己的移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)，只能租用國外的衛(wèi)星電話抗震救災(zāi)。而國際上的移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)形成了多個(gè)覆蓋全球或區(qū)域性的移動(dòng)通信系統(tǒng)，不僅廣泛應(yīng)用于個(gè)人通信、海洋運(yùn)輸、遠(yuǎn)洋漁業(yè)、航空客運(yùn)等領(lǐng)域，而且在遭受地震、洪水、霜凍等自然災(zāi)害情況下能夠?qū)崿F(xiàn)無障礙通信并確定位置。汶川地震之后，天通一號(hào)立項(xiàng)了。
記者了解到，天通一號(hào)衛(wèi)星的技術(shù)指標(biāo)與能力達(dá)到國際主流移動(dòng)通信衛(wèi)星水平，并且具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。特別是天通一號(hào)衛(wèi)星解決了可展開超大天線的技術(shù)難題，使得地面使用的衛(wèi)星電話終端更小型化、手機(jī)化。
幾代科研人員無私奉獻(xiàn)薪火相傳
使我國衛(wèi)星事業(yè)從無到有
從落后到領(lǐng)先
這些年我們的通信衛(wèi)星接連發(fā)射成功并投入使用，涵蓋了廣播電視直播、高通量寬帶衛(wèi)星、移動(dòng)通信衛(wèi)星、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星等目前通信衛(wèi)星發(fā)展的前沿技術(shù)和應(yīng)用?；叵氘?dāng)初，我們開始研制衛(wèi)星的時(shí)候，不僅是一窮二白。而且基礎(chǔ)薄弱，在這樣的條件下，我們的科研人員堅(jiān)持自力更生、無私奉獻(xiàn)，最終走出了一條中國通信衛(wèi)星的研發(fā)之路，盡管這條路并非坦途，也經(jīng)歷過挫折和磨難。
在中國航天科集團(tuán)五院的展廳里，擺放著從東方紅一號(hào)到東方紅四號(hào)衛(wèi)星的真實(shí)產(chǎn)品，它們見證了中國通信衛(wèi)星的發(fā)展之路。
東方紅一號(hào)是在當(dāng)時(shí)一窮二白、經(jīng)濟(jì)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的條件下，老一輩航天科技人員通過自力更生研制出來的我國第一顆人造地球衛(wèi)星，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，它還不具備通信功能。
航天科技集團(tuán)五院高級(jí)工程師張偉：這顆衛(wèi)星成功以后，實(shí)際上是開創(chuàng)了我們國家人造地球衛(wèi)星的先河，但它的意義更多地只體現(xiàn)了從無到有，那我們衛(wèi)星終歸是要落實(shí)在用。
東方紅一號(hào)發(fā)射成功之后，為了讓通信衛(wèi)星真正落實(shí)到實(shí)用，以孫家棟、戚發(fā)軔等為代表的老一代航天科技人員，樹立“要完全依靠自己的力量，研制出中國人自己的通信衛(wèi)星”的信念，歷經(jīng)9年攻堅(jiān)克難，最終研制成功東方紅二號(hào)通信衛(wèi)星。1984年4月8日，東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成功，使我國躋身世界上第五個(gè)能夠獨(dú)立研制、發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的國家。
受制于當(dāng)時(shí)電子元器件研制、材料科學(xué)研究的技術(shù)水平，東方紅二號(hào)衛(wèi)星的載荷小，壽命短，衛(wèi)星的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器只有2路，而當(dāng)時(shí)國際先進(jìn)水平通信衛(wèi)星的C坡段轉(zhuǎn)發(fā)器已經(jīng)達(dá)到24路，壽命也長達(dá)十年。
張偉：當(dāng)時(shí)能夠提供的功率非常小，因?yàn)樘柲茈姵仄瓦@么多，所以它能夠提供的功率就那么大。所以當(dāng)時(shí)我們國家的通信衛(wèi)星在軌壽命比較短，就是五年，能夠提供的有效功率很低，所以所謂的轉(zhuǎn)發(fā)器路數(shù)，就是幾路轉(zhuǎn)發(fā)器。
通信衛(wèi)星的主要載荷就是轉(zhuǎn)發(fā)器，一路轉(zhuǎn)發(fā)器可以傳送十多套標(biāo)清電視節(jié)目，通信衛(wèi)星的載荷越大，轉(zhuǎn)發(fā)器的路數(shù)多，意味著能夠傳送更多的廣播電視節(jié)目，提供更大的通信容量。張偉告訴記者，由于當(dāng)時(shí)東方紅二號(hào)無法滿足客戶需求，國內(nèi)還出現(xiàn)了“買星”還是“造星”的爭(zhēng)論。在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下，航天人別無選擇，在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、設(shè)施條件差的情況下，按照當(dāng)時(shí)的國際水平研制東方紅三號(hào)衛(wèi)星。
張偉：東方紅二號(hào)是一顆自旋穩(wěn)定式的衛(wèi)星，到了東方紅三號(hào)，我們搞的是一個(gè)三軸穩(wěn)定式的衛(wèi)星，采用了太陽翼的這種方式，那么技術(shù)上的跨代很大，只能繼承東方紅二號(hào)大概20%左右的技術(shù)基礎(chǔ)，剩下的80%都是基于我們中國航天人的自主創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。
從1986年國家立項(xiàng)，到1997年東方紅三號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射，科研人員歷經(jīng)11年的時(shí)間，先后解決了上百個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，啃下了十余項(xiàng)“硬骨頭”課題，也經(jīng)歷了首顆衛(wèi)星發(fā)射失敗的陣痛。東方紅三號(hào)衛(wèi)星不僅實(shí)現(xiàn)了我國通信衛(wèi)星研制技術(shù)的跨越，也為中國航天事業(yè)提供了一個(gè)高可靠的通信衛(wèi)星平臺(tái)。
2000年，瞄準(zhǔn)國際一流水平的東方紅四號(hào)開始立項(xiàng)研制，衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)壽命提升為15年，攜帶的轉(zhuǎn)發(fā)器增加到52路。當(dāng)時(shí)東方紅四號(hào)通信衛(wèi)星的市場(chǎng)目標(biāo)不僅是要占領(lǐng)國內(nèi)，而且還要走出去搶占國際市場(chǎng)。
在東方紅四號(hào)通信衛(wèi)星平臺(tái)研發(fā)的同時(shí)，他們還在進(jìn)行著東方紅四號(hào)市場(chǎng)的開拓，2002年5月，與鑫諾衛(wèi)星通信有限公司簽署了鑫諾二號(hào)衛(wèi)星采購訂貨合同;2004年5月，參與尼日利亞通信一號(hào)衛(wèi)星整星研制和發(fā)射項(xiàng)目的招標(biāo)，從美國、法國、英國等21家公司中脫穎而出，成功奪標(biāo)。
張偉：東方紅四號(hào)衛(wèi)星，它的重量就達(dá)到了5到5.5噸，載荷的能力達(dá)到600公斤左右，這個(gè)水平實(shí)際上跟當(dāng)時(shí)國際的先進(jìn)水平，基本上保持在一條水平線上，所以通過東方紅四號(hào)，我們實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)了從跟跑向并跑的一個(gè)轉(zhuǎn)型的過程。
2010年，著眼于未來20年大功率通信衛(wèi)星的的需求，高承載、大功率、長壽命、可擴(kuò)展的新一代東方紅五號(hào)衛(wèi)星開始立項(xiàng)研制，同時(shí)航天科技集團(tuán)五院也在跟蹤世界最前沿的技術(shù)，擴(kuò)展原有衛(wèi)星平臺(tái)的技術(shù)水平。為了提高通信衛(wèi)星的有效載荷，他們要把電子系統(tǒng)做的越來越小。
航天科技集團(tuán)五院副主任設(shè)計(jì)師宮江雷：這幾臺(tái)產(chǎn)品，其實(shí)就是我們整個(gè)通信衛(wèi)星上的綜合電子系統(tǒng)，依托的一個(gè)硬件產(chǎn)品，現(xiàn)在的這4臺(tái)產(chǎn)品其實(shí)是代替了之前的20多臺(tái)產(chǎn)品，之前的包括數(shù)量，體積都是比較大的，我們已經(jīng)減少了50%左右，這在整個(gè)國際上也是一個(gè)比較領(lǐng)先的一個(gè)水平。
跟蹤世界前沿技術(shù)，在一些技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)超越，這是航天科技集團(tuán)五院在通信衛(wèi)星發(fā)展中的必然選擇。陳粵2008年博士畢業(yè)之后，來到航天科技集團(tuán)五院負(fù)責(zé)通信衛(wèi)星的控制推進(jìn)研制工作。工作剛剛兩年多，他就向院里提出進(jìn)行通信衛(wèi)星無工質(zhì)電磁推進(jìn)的研究，當(dāng)時(shí)這項(xiàng)研究還存在巨大的爭(zhēng)議。
航天科技集團(tuán)五院副主任設(shè)計(jì)師陳粵：大家最主要的疑點(diǎn)是在于，這項(xiàng)技術(shù)可能現(xiàn)在科學(xué)原理上，還沒有完全說清的情況下，就在工程上進(jìn)行研發(fā)，是不是風(fēng)險(xiǎn)很大，是不是存在著原理性的錯(cuò)誤，這是主要的爭(zhēng)議點(diǎn)。
在太空中的通信衛(wèi)星需要調(diào)整姿態(tài)和軌道維持，所以衛(wèi)星都會(huì)攜帶大量的推進(jìn)劑，傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)方式就是靠推進(jìn)劑氧化產(chǎn)生推力。而現(xiàn)在衛(wèi)星上開始應(yīng)用的電推進(jìn)方式，則是把攜帶的工質(zhì)氣體進(jìn)行電離，然后把離子體噴射出去產(chǎn)生推力，這兩種推進(jìn)方式都是需要攜帶工質(zhì)，也就是推進(jìn)劑和氣體。
陳粵：形象地說就是儲(chǔ)箱里面存的這些液體或者氣體，一旦這些工質(zhì)使用光了，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就不能再使用了，壽命就到了。而我們現(xiàn)在這種推進(jìn)方式，這種電磁推進(jìn)，它就是只要有電，只要設(shè)備能正常工作，它就能夠工作，就能產(chǎn)生推力。
沒有任何技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，也沒有任何國外資料的參考，這項(xiàng)技術(shù)無論在國內(nèi)還是國外，都處在技術(shù)試驗(yàn)的起步階段，陳粵和他的團(tuán)隊(duì)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
為了鼓勵(lì)年輕人創(chuàng)新，航天科技集團(tuán)五院設(shè)立研發(fā)專項(xiàng)基金、博士成長專項(xiàng)基金等給予資金支持，而且對(duì)于研發(fā)核心人員三年不做業(yè)務(wù)考核，并在人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面給予大力支持，確保他們專心做技術(shù)研究。
陳粵：通過我們?cè)嚎萍嘉淖灾餮邪l(fā)基金，我們所內(nèi)的自主研發(fā)的基金，去支持我們，讓我們能夠心無旁鶩地，不用去擔(dān)心條件保障的這種情況下，能夠心無旁鶩地一心去做這個(gè)事，可以說這就像一種孵化，如果沒有當(dāng)初這種孵化條件，我們就不會(huì)有現(xiàn)在的這個(gè)進(jìn)展。
記者采訪中了解到，目前，代表著我國通信衛(wèi)星達(dá)到國際領(lǐng)先水平的東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，有待在軌驗(yàn)證。東方紅五號(hào)平臺(tái)整星功率達(dá)到30000瓦，有效載荷超過2000公斤、攜帶的轉(zhuǎn)發(fā)器路數(shù)達(dá)到120路，一些技術(shù)指標(biāo)超過發(fā)達(dá)國家水平。東方紅五號(hào)平臺(tái)上面的絕大部分產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的國產(chǎn)化，自主可控，不再依賴于進(jìn)口。
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從第一顆東方紅一號(hào)衛(wèi)星，到具有世界領(lǐng)先水平的東方紅五號(hào)衛(wèi)星，我國通信衛(wèi)星的發(fā)展走過了從無到有，從跟隨到并跑的發(fā)展之路。
通信衛(wèi)星的發(fā)展水平代表著一個(gè)國家在航天科技領(lǐng)域的科技水平，也是一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)。盡管我們?cè)诎l(fā)展通信衛(wèi)星的道路上經(jīng)歷過失敗、挫折，但是我們用短短幾十年的時(shí)間，終于走在了國際通信衛(wèi)星的前列。
這是廣大航天科技工作者的默默無私奉獻(xiàn)的結(jié)果，也是老一輩航天人精神的延續(xù)。
