我国发射一枚超级卫星:以后,万米高空、茫茫大海都可以
2017-09-08 15:53:26   来源:新华网   评论:0 点击:

我国发射一枚超级卫星:以后,万米高空、茫茫大海都可以高速上网
 

      静止轨道通信卫星代表着一个国家卫星通信的发展水平,它是构成信息高速公路基础的重要资源,是一个国家综合实力、技术水平的重要体现。

  经常在国内旅行的人都知道,在飞行的飞机上、在远洋航行的船舶上,手机、笔记本是上不了网络的,同样在高速运行的高铁上,手机信号也是时断时续,但是随着中国新一代通信卫星的发展,空中上网聊天、远洋视频娱乐、偏远山区信号全覆盖将成为现实。

  我国自主研发技术打破国外垄断空中通信

  海上视频将不再是梦

  2017年4月12日,中国在西昌卫星发射中心采用长征三号乙运载火箭成功发射实践十三号卫星,卫星完成在轨试验后被命名为中星16号。这是我国首颗高通量通信卫星,通信总容量超过20G,真正意义上实现了自主通信卫星的宽带应用。

  航天科技集团五院高级工程师 张伟:高通量这个技术的发展,代表着我们现在地面,你可以用我们的卫星来实现视频。原来只能实现一个语音通信的功能,现在我们可以视频了,那么还有一个很大的应用方向就是我们的飞机。这是我国首次在通信卫星上,使用Ka频段宽带通信技术。

  卫星容量其实就像公路一样,原来通信卫星的C频段以及Ku频段容量最多只能容纳两辆车同时前进,所能运载的货物,也就是信息数据是有限的。但是Ka频段的卫星容量则要大很多,它可以同时在公路上行驶10辆或者更多的汽车,所能运载的信息数据量也远超其它频段。这项技术的突破,意味着未来通过通信卫星可以随时随地实现宽带上网,特别是在地面通信网络无法覆盖的地区,以及飞机、高铁、轮船等交通工具上,都可以实现宽带通信。

  张伟: 现在飞机上大家都知道没法实现通信,未来当中的HTS(高通量通信卫星)的技术推广以后,我们以后在飞机上面也能够基于卫星来实现我们的通信,包括高铁、船等等,HTS都是一个很热门的应用方向。

  张伟告诉记者,依托高通量通信卫星技术,未来将会构建卫星宽带通信网络,到时候无论身处万米高空的飞机、急速飞驰的高铁,还是茫茫大海的轮船上,以及没有人烟的荒漠、深山、海岛,都可以高速浏览网络,视频通话。

  目前航天科技集团五院已经依托中星16号高通量卫星,研制了用于野外、高铁、船舶等方面的卫星移动通信终端产品。原来的卫星通信终端,受卫星设计的限制,尺寸都比较大,一般都安装在建筑物上面或者大型的车辆上。而现在依托高通量卫星,通信卫星的终端接收装置就可以小型化,普通的家用SUV就可以安装。航天科技集团五院高级工程师张阁为记者演示了一套便携式卫星宽带通信系统,这套系统具备一键对星的功能,在地震灾区,地面通信网络损坏中断的情况下,可以快速地连通网络。

  除了这种便携式卫星宽带通信系统,张阁带领的团队,还在研制用于高铁列车、远洋船舶上的卫星宽带通信系统。

  航天科技集团五院高级工程师 张阁:目前我们的这个设备,是支持500人以上的,就是你在一个豪华油轮上,装了这么一个设备,全船的人都可以通过WIFI,就是拿你的普通的手机,再连接船上的WIFI,就可以通过卫星直接访问互联网了。

  中星16将技术试验和示范应用相结合,首次在地球同步轨道卫星上开展对地高速激光通信试验,速率最高可达2.4个G。卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等优点,如果试验成功,标志着中国在该领域达到国际先进水平。

  2016年8月6日,中国在西昌卫星发射中心成功将天通一号01星发射升空,这是中国卫星移动通信系统的首发星,也被称为“中国版的海事卫星”, 其成功发射标志着我国迈入卫星移动通信的“手机时代”。

  2008年汶川地震发生后,震区地面通信网络全面瘫痪,当时我国没有自己的移动通信卫星系统,只能租用国外的卫星电话抗震救灾。而国际上的移动卫星系统已经形成了多个覆盖全球或区域性的移动通信系统,不仅广泛应用于个人通信、海洋运输、远洋渔业、航空客运等领域,而且在遭受地震、洪水、霜冻等自然灾害情况下能够实现无障碍通信并确定位置。汶川地震之后,天通一号立项了。

  记者了解到,天通一号卫星的技术指标与能力达到国际主流移动通信卫星水平,并且具有完全的自主知识产权。特别是天通一号卫星解决了可展开超大天线的技术难题,使得地面使用的卫星电话终端更小型化、手机化。

  几代科研人员无私奉献薪火相传

  使我国卫星事业从无到有 从落后到领先

  这些年我们的通信卫星接连发射成功并投入使用,涵盖了广播电视直播、高通量宽带卫星、移动通信卫星、数据中继卫星等目前通信卫星发展的前沿技术和应用。回想当初,我们开始研制卫星的时候,不仅是一穷二白。而且基础薄弱,在这样的条件下,我们的科研人员坚持自力更生、无私奉献,最终走出了一条中国通信卫星的研发之路,尽管这条路并非坦途,也经历过挫折和磨难。

  在中国航天科集团五院的展厅里,摆放着从东方红一号到东方红四号卫星的真实产品,它们见证了中国通信卫星的发展之路。

  东方红一号是在当时一穷二白、经济技术基础薄弱的条件下,老一辈航天科技人员通过自力更生研制出来的我国第一颗人造地球卫星,由于当时技术水平的限制,它还不具备通信功能。

  航天科技集团五院高级工程师张伟:这颗卫星成功以后,实际上是开创了我们国家人造地球卫星的先河,但它的意义更多地只体现了从无到有,那我们卫星终归是要落实在用。

  东方红一号发射成功之后,为了让通信卫星真正落实到实用,以孙家栋、戚发轫等为代表的老一代航天科技人员,树立“要完全依靠自己的力量,研制出中国人自己的通信卫星”的信念,历经9年攻坚克难,最终研制成功东方红二号通信卫星。1984年4月8日,东方红二号试验通信卫星发射成功,使我国跻身世界上第五个能够独立研制、发射地球静止轨道卫星的国家。

  受制于当时电子元器件研制、材料科学研究的技术水平,东方红二号卫星的载荷小,寿命短,卫星的C波段转发器只有2路,而当时国际先进水平通信卫星的C坡段转发器已经达到24路,寿命也长达十年。

  张伟:当时能够提供的功率非常小,因为太阳能电池片就这么多,所以它能够提供的功率就那么大。所以当时我们国家的通信卫星在轨寿命比较短,就是五年,能够提供的有效功率很低,所以所谓的转发器路数,就是几路转发器。

  通信卫星的主要载荷就是转发器,一路转发器可以传送十多套标清电视节目,通信卫星的载荷越大,转发器的路数多,意味着能够传送更多的广播电视节目,提供更大的通信容量。张伟告诉记者,由于当时东方红二号无法满足客户需求,国内还出现了“买星”还是“造星”的争论。在当时的环境下,航天人别无选择,在技术基础薄弱、设施条件差的情况下,按照当时的国际水平研制东方红三号卫星。

  张伟:东方红二号是一颗自旋稳定式的卫星,到了东方红三号,我们搞的是一个三轴稳定式的卫星,采用了太阳翼的这种方式,那么技术上的跨代很大,只能继承东方红二号大概20%左右的技术基础,剩下的80%都是基于我们中国航天人的自主创新来实现。

  从1986年国家立项,到1997年东方红三号卫星成功发射,科研人员历经11年的时间,先后解决了上百个技术难点,啃下了十余项“硬骨头”课题,也经历了首颗卫星发射失败的阵痛。东方红三号卫星不仅实现了我国通信卫星研制技术的跨越,也为中国航天事业提供了一个高可靠的通信卫星平台。

  2000年,瞄准国际一流水平的东方红四号开始立项研制,卫星平台的设计寿命提升为15年,携带的转发器增加到52路。当时东方红四号通信卫星的市场目标不仅是要占领国内,而且还要走出去抢占国际市场。

  在东方红四号通信卫星平台研发的同时,他们还在进行着东方红四号市场的开拓,2002年5月,与鑫诺卫星通信有限公司签署了鑫诺二号卫星采购订货合同;2004年5月,参与尼日利亚通信一号卫星整星研制和发射项目的招标,从美国、法国、英国等21家公司中脱颖而出,成功夺标。

  张伟:东方红四号卫星,它的重量就达到了5到5.5吨,载荷的能力达到600公斤左右,这个水平实际上跟当时国际的先进水平,基本上保持在一条水平线上,所以通过东方红四号,我们实际上是实现了从跟跑向并跑的一个转型的过程。

  2010年,着眼于未来20年大功率通信卫星的的需求,高承载、大功率、长寿命、可扩展的新一代东方红五号卫星开始立项研制,同时航天科技集团五院也在跟踪世界最前沿的技术,扩展原有卫星平台的技术水平。为了提高通信卫星的有效载荷,他们要把电子系统做的越来越小。

  航天科技集团五院副主任设计师 宫江雷:这几台产品,其实就是我们整个通信卫星上的综合电子系统,依托的一个硬件产品,现在的这4台产品其实是代替了之前的20多台产品,之前的包括数量,体积都是比较大的,我们已经减少了50%左右,这在整个国际上也是一个比较领先的一个水平。

  跟踪世界前沿技术,在一些技术领域实现技术超越,这是航天科技集团五院在通信卫星发展中的必然选择。陈粤2008年博士毕业之后,来到航天科技集团五院负责通信卫星的控制推进研制工作。工作刚刚两年多,他就向院里提出进行通信卫星无工质电磁推进的研究,当时这项研究还存在巨大的争议。

  航天科技集团五院副主任设计师 陈粤:大家最主要的疑点是在于,这项技术可能现在科学原理上,还没有完全说清的情况下,就在工程上进行研发,是不是风险很大,是不是存在着原理性的错误,这是主要的争议点。

  在太空中的通信卫星需要调整姿态和轨道维持,所以卫星都会携带大量的推进剂,传统的化学推进方式就是靠推进剂氧化产生推力。而现在卫星上开始应用的电推进方式,则是把携带的工质气体进行电离,然后把离子体喷射出去产生推力,这两种推进方式都是需要携带工质,也就是推进剂和气体。

  陈粤:形象地说就是储箱里面存的这些液体或者气体,一旦这些工质使用光了,那么发动机就不能再使用了,寿命就到了。而我们现在这种推进方式,这种电磁推进,它就是只要有电,只要设备能正常工作,它就能够工作,就能产生推力。

  没有任何技术、经验可以借鉴,也没有任何国外资料的参考,这项技术无论在国内还是国外,都处在技术试验的起步阶段,陈粤和他的团队面临着巨大的挑战。

  为了鼓励年轻人创新,航天科技集团五院设立研发专项基金、博士成长专项基金等给予资金支持,而且对于研发核心人员三年不做业务考核,并在人员、实验设备方面给予大力支持,确保他们专心做技术研究。

  陈粤:通过我们院科技委的自主研发基金,我们所内的自主研发的基金,去支持我们,让我们能够心无旁鹜地,不用去担心条件保障的这种情况下,能够心无旁鹜地一心去做这个事,可以说这就像一种孵化,如果没有当初这种孵化条件,我们就不会有现在的这个进展。

  记者采访中了解到,目前,代表着我国通信卫星达到国际领先水平的东方红五号卫星平台多项关键技术取得重大突破,有待在轨验证。东方红五号平台整星功率达到30000瓦,有效载荷超过2000公斤、携带的转发器路数达到120路,一些技术指标超过发达国家水平。东方红五号平台上面的绝大部分产品,能够实现真正意义上的国产化,自主可控,不再依赖于进口。

  半小时观察:航天,中国最闪亮的“名片”

  从第一颗东方红一号卫星,到具有世界领先水平的东方红五号卫星,我国通信卫星的发展走过了从无到有,从跟随到并跑的发展之路。

  通信卫星的发展水平代表着一个国家在航天科技领域的科技水平,也是一个国家综合实力的重要体现。尽管我们在发展通信卫星的道路上经历过失败、挫折,但是我们用短短几十年的时间,终于走在了国际通信卫星的前列。

  这是广大航天科技工作者的默默无私奉献的结果,也是老一辈航天人精神的延续。


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