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中國發射一枚超級衛星:飛機高鐵上將實現高速上網

時間:2017-09-08 07:43:30

  我國發射一枚超級衛星:以後,萬米高空、茫茫大海都可以高速上網

  靜止軌道通信衛星代表著一個國家衛星通信的發展水平,它是構成信息高速公路基礎的重要資源,是一個國家綜合實力、技術水平的重要體現。

  經常在國內旅行的人都知道,在飛行的飛機上、在遠洋航行的船舶上,手機、筆記本是上不了網絡的,同樣在高速運行的高鐵上,手機信號也是時斷時續,但是隨著中國新一代通信衛星的發展,空中上網聊天、遠洋視頻娛樂、偏遠山區信號全覆蓋將成為現實。

  我國自主研發技術打破國外壟斷空中通信

  海上視頻將不再是夢

  2017年4月12日,中國在西昌衛星發射中心采用長征三號乙運載火箭成功發射實踐十三號衛星,衛星完成在軌試驗後被命名為中星16號。這是我國首顆高通量通信衛星,通信總容量超過20G,真正意義上實現了自主通信衛星的寬帶應用。

  航天科技集團五院高級工程師張偉:高通量這個技術的發展,代表著我們現在地面,你可以用我們的衛星來實現視頻。原來只能實現一個語音通信的功能,現在我們可以視頻了,那麼還有一個很大的應用方向就是我們的飛機。這是我國首次在通信衛星上,使用Ka頻段寬帶通信技術。

  衛星容量其實就像公路一樣,原來通信衛星的C頻段以及Ku頻段容量最多只能容納兩輛車同時前進,所能運載的貨物,也就是信息數據是有限的。但是Ka頻段的衛星容量則要大很多,它可以同時在公路上行駛10輛或者更多的汽車,所能運載的信息數據量也遠超其它頻段。這項技術的突破,意味著未來通過通信衛星可以隨時隨地實現寬帶上網,特別是在地面通信網絡無法覆蓋的地區,以及飛機、高鐵、輪船等交通工具上,都可以實現寬帶通信。

  張偉:現在飛機上大家都知道沒法實現通信,未來當中的HTS(高通量通信衛星)的技術推廣以後,我們以後在飛機上面也能夠基於衛星來實現我們的通信,包括高鐵、船等等,HTS都是一個很熱門的應用方向。

  張偉告訴記者,依托高通量通信衛星技術,未來將會構建衛星寬帶通信網絡,到時候無論身處萬米高空的飛機、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,都可以高速瀏覽網絡,視頻通話。

  目前航天科技集團五院已經依托中星16號高通量衛星,研制了用於野外、高鐵、船舶等方面的衛星移動通信終端產品。原來的衛星通信終端,受衛星設計的限制,尺寸都比較大,一般都安裝在建築物上面或者大型的車輛上。而現在依托高通量衛星,通信衛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。航天科技集團五院高級工程師張閣為記者演示了一套便攜式衛星寬帶通信系統,這套系統具備一鍵對星的功能,在地震災區,地面通信網絡損壞中斷的情況下,可以快速地連通網絡。

  除了這種便攜式衛星寬帶通信系統,張閣帶領的團隊,還在研制用於高鐵列車、遠洋船舶上的衛星寬帶通信系統。

  航天科技集團五院高級工程師張閣:目前我們的這個設備,是支持500人以上的,就是你在一個豪華油輪上,裝了這麼一個設備,全船的人都可以通過WIFI,就是拿你的普通的手機,再連接船上的WIFI,就可以通過衛星直接訪問互聯網了。

  中星16將技術試驗和示范應用相結合,首次在地球同步軌道衛星上開展對地高速激光通信試驗,速率最高可達2.4個G。衛星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠、保密性好等優點,如果試驗成功,標志著中國在該領域達到國際先進水平。

  2016年8月6日,中國在西昌衛星發射中心成功將天通一號01星發射昇空,這是中國衛星移動通信系統的首發星,也被稱為『中國版的海事衛星』,其成功發射標志著我國邁入衛星移動通信的『手機時代』。

  2008年汶川地震發生後,震區地面通信網絡全面癱瘓,當時我國沒有自己的移動通信衛星系統,只能租用國外的衛星電話抗震救災。而國際上的移動衛星系統已經形成了多個覆蓋全球或區域性的移動通信系統,不僅廣泛應用於個人通信、海洋運輸、遠洋漁業、航空客運等領域,而且在遭受地震、洪水、霜凍等自然災害情況下能夠實現無障礙通信並確定位置。汶川地震之後,天通一號立項了。

  記者了解到,天通一號衛星的技術指標與能力達到國際主流移動通信衛星水平,並且具有完全的自主知識產權。特別是天通一號衛星解決了可展開超大天線的技術難題,使得地面使用的衛星電話終端更小型化、手機化。

  幾代科研人員無私奉獻薪火相傳

  使我國衛星事業從無到有 從落後到領先

  這些年我們的通信衛星接連發射成功並投入使用,涵蓋了廣播電視直播、高通量寬帶衛星、移動通信衛星、數據中繼衛星等目前通信衛星發展的前沿技術和應用。回想當初,我們開始研制衛星的時候,不僅是一窮二白。而且基礎薄弱,在這樣的條件下,我們的科研人員堅持自力更生、無私奉獻,最終走出了一條中國通信衛星的研發之路,盡管這條路並非坦途,也經歷過挫折和磨難。

  在中國航天科集團五院的展廳裡,擺放著從東方紅一號到東方紅四號衛星的真實產品,它們見證了中國通信衛星的發展之路。

  東方紅一號是在當時一窮二白、經濟技術基礎薄弱的條件下,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星,由於當時技術水平的限制,它還不具備通信功能。

  航天科技集團五院高級工程師張偉:這顆衛星成功以後,實際上是開創了我們國家人造地球衛星的先河,但它的意義更多地只體現了從無到有,那我們衛星終歸是要落實在用。

  東方紅一號發射成功之後,為了讓通信衛星真正落實到實用,以孫家棟、戚發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星』的信念,歷經9年攻堅克難,最終研制成功東方紅二號通信衛星。1984年4月8日,東方紅二號試驗通信衛星發射成功,使我國躋身世界上第五個能夠獨立研制、發射地球靜止軌道衛星的國家。

  受制於當時電子元器件研制、材料科學研究的技術水平,東方紅二號衛星的載荷小,壽命短,衛星的C波段轉發器只有2路,而當時國際先進水平通信衛星的C坡段轉發器已經達到24路,壽命也長達十年。

  張偉:當時能夠提供的功率非常小,因為太陽能電池片就這麼多,所以它能夠提供的功率就那麼大。所以當時我們國家的通信衛星在軌壽命比較短,就是五年,能夠提供的有效功率很低,所以所謂的轉發器路數,就是幾路轉發器。

  通信衛星的主要載荷就是轉發器,一路轉發器可以傳送十多套標清電視節目,通信衛星的載荷越大,轉發器的路數多,意味著能夠傳送更多的廣播電視節目,提供更大的通信容量。張偉告訴記者,由於當時東方紅二號無法滿足客戶需求,國內還出現了『買星』還是『造星』的爭論。在當時的環境下,航天人別無選擇,在技術基礎薄弱、設施條件差的情況下,按照當時的國際水平研制東方紅三號衛星。

  張偉:東方紅二號是一顆自旋穩定式的衛星,到了東方紅三號,我們搞的是一個三軸穩定式的衛星,采用了太陽翼的這種方式,那麼技術上的跨代很大,只能繼承東方紅二號大概20%左右的技術基礎,剩下的80%都是基於我們中國航天人的自主創新來實現。

  從1986年國家立項,到1997年東方紅三號衛星成功發射,科研人員歷經11年的時間,先後解決了上百個技術難點,啃下了十餘項『硬骨頭』課題,也經歷了首顆衛星發射失敗的陣痛。東方紅三號衛星不僅實現了我國通信衛星研制技術的跨越,也為中國航天事業提供了一個高可靠的通信衛星平臺。

  2000年,瞄准國際一流水平的東方紅四號開始立項研制,衛星平臺的設計壽命提昇為15年,攜帶的轉發器增加到52路。當時東方紅四號通信衛星的市場目標不僅是要佔領國內,而且還要走出去搶佔國際市場。

  在東方紅四號通信衛星平臺研發的同時,他們還在進行著東方紅四號市場的開拓,2002年5月,與鑫諾衛星通信有限公司簽署了鑫諾二號衛星采購訂貨合同;2004年5月,參與尼日利亞通信一號衛星整星研制和發射項目的招標,從美國、法國、英國等21家公司中脫穎而出,成功奪標。

  張偉:東方紅四號衛星,它的重量就達到了5到5.5噸,載荷的能力達到600公斤左右,這個水平實際上跟當時國際的先進水平,基本上保持在一條水平線上,所以通過東方紅四號,我們實際上是實現了從跟跑向並跑的一個轉型的過程。

  2010年,著眼於未來20年大功率通信衛星的的需求,高承載、大功率、長壽命、可擴展的新一代東方紅五號衛星開始立項研制,同時航天科技集團五院也在跟蹤世界最前沿的技術,擴展原有衛星平臺的技術水平。為了提高通信衛星的有效載荷,他們要把電子系統做的越來越小。

  航天科技集團五院副主任設計師宮江雷:這幾臺產品,其實就是我們整個通信衛星上的綜合電子系統,依托的一個硬件產品,現在的這4臺產品其實是代替了之前的20多臺產品,之前的包括數量,體積都是比較大的,我們已經減少了50%左右,這在整個國際上也是一個比較領先的一個水平。

  跟蹤世界前沿技術,在一些技術領域實現技術超越,這是航天科技集團五院在通信衛星發展中的必然選擇。陳粵2008年博士畢業之後,來到航天科技集團五院負責通信衛星的控制推進研制工作。工作剛剛兩年多,他就向院裡提出進行通信衛星無工質電磁推進的研究,當時這項研究還存在巨大的爭議。

  航天科技集團五院副主任設計師陳粵:大家最主要的疑點是在於,這項技術可能現在科學原理上,還沒有完全說清的情況下,就在工程上進行研發,是不是風險很大,是不是存在著原理性的錯誤,這是主要的爭議點。

  在太空中的通信衛星需要調整姿態和軌道維持,所以衛星都會攜帶大量的推進劑,傳統的化學推進方式就是靠推進劑氧化產生推力。而現在衛星上開始應用的電推進方式,則是把攜帶的工質氣體進行電離,然後把離子體噴射出去產生推力,這兩種推進方式都是需要攜帶工質,也就是推進劑和氣體。

  陳粵:形象地說就是儲箱裡面存的這些液體或者氣體,一旦這些工質使用光了,那麼發動機就不能再使用了,壽命就到了。而我們現在這種推進方式,這種電磁推進,它就是只要有電,只要設備能正常工作,它就能夠工作,就能產生推力。

  沒有任何技術、經驗可以借鑒,也沒有任何國外資料的參考,這項技術無論在國內還是國外,都處在技術試驗的起步階段,陳粵和他的團隊面臨著巨大的挑戰。

  為了鼓勵年輕人創新,航天科技集團五院設立研發專項基金、博士成長專項基金等給予資金支持,而且對於研發核心人員三年不做業務考核,並在人員、實驗設備方面給予大力支持,確保他們專心做技術研究。

  陳粵:通過我們院科技委的自主研發基金,我們所內的自主研發的基金,去支持我們,讓我們能夠心無旁鶩地,不用去擔心條件保障的這種情況下,能夠心無旁鶩地一心去做這個事,可以說這就像一種孵化,如果沒有當初這種孵化條件,我們就不會有現在的這個進展。

  記者采訪中了解到,目前,代表著我國通信衛星達到國際領先水平的東方紅五號衛星平臺多項關鍵技術取得重大突破,有待在軌驗證。東方紅五號平臺整星功率達到30000瓦,有效載荷超過2000公斤、攜帶的轉發器路數達到120路,一些技術指標超過發達國家水平。東方紅五號平臺上面的絕大部分產品,能夠實現真正意義上的國產化,自主可控,不再依賴於進口。

  半小時觀察:航天,中國最閃亮的『名片』

  從第一顆東方紅一號衛星,到具有世界領先水平的東方紅五號衛星,我國通信衛星的發展走過了從無到有,從跟隨到並跑的發展之路。

  通信衛星的發展水平代表著一個國家在航天科技領域的科技水平,也是一個國家綜合實力的重要體現。盡管我們在發展通信衛星的道路上經歷過失敗、挫折,但是我們用短短幾十年的時間,終於走在了國際通信衛星的前列。

  這是廣大航天科技工作者的默默無私奉獻的結果,也是老一輩航天人精神的延續。

  本文來源:央視財經《經濟半小時》

原標題:中國發射一枚超級衛星:飛機高鐵上將實現高速上網
來源:央視新聞客戶端   作者:  編輯:吳玉嬋
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