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低轨通信星座:全球互联信号覆盖无死角

更新日期:2018/12/5来源:上海航宇科普中心

中国航天科技集团有限公司“鸿雁星座”负责人、中国工程院院士周志成,在“2018年国家网络安全宣传周网络安全技术高峰论坛”主论坛上发表主题演讲时表示,“鸿雁星座”将由300颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力,可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。今年,“鸿雁星座”将发射第一颗卫星,预计2025年升级为宽带通信系统。

其实,“鸿雁星座”并非中国航天独创,目前全球都在兴起建设低轨道通信星座的热潮,美国的“一网”和“星链”都在加紧建设中。那么,低轨道通信星座有哪些优势呢?

 无可替代的天基通信星

古有鸿雁传家书烽火传军情,现代社会通信技术更是渗透到人们生活中的每一个角落。对普通人来说,电话、互联网就是通信的代名词,得益于我国巨资兴建的基础设施,我们多数人用的不是电信联通的无线网,就是有线的光纤或电话。

虽然,我国的通信技术已经较为发达,但由于国土面积大,也有很多区域存在通信不畅的问题,更别说方便上网了。而通信卫星在这些场合则可以大显身手,成为边远地区、汪洋大海和野外工作人员的主要通信手段。

受限于通信基础设施无法全覆盖,很多国家和地区甚至没有基本的现代通信手段。对于这些地区的人们来说,卫星通信反而是更廉价的解决方案。例如,2013年我国为玻利维亚研制发射的“图帕克·卡塔里”就是该国的第一颗通信卫星,主要用于广播通信和远程教育等领域,大大提高了这个南美高原国家的通信能力。

另外,在遭受地震、台风等诸多自然灾害时,通信基础设施可能被重创甚至摧毁,这时太空中的通信卫星就具有无可替代的作用。2008年,汶川大地震发生后,救援队伍携带的海事卫星电话就解决了灾区通信的燃眉之急。

总之,虽然通信卫星在业务上受到通信光缆的竞争,没能成为跨洋跨洲远距离通信的首选,但它仍是可靠稳定的备选,对很多野外工作人员和户外旅游人员来说更是必不可少的首选。

组网通信优势巨大

目前,通信卫星一般部署在距离地球3.6万公里高的地球静止轨道上,但随着通信技术和航天技术的进步,近地轨道通信卫星得到了越来越多的关注,且近地轨道通信星座具有很多静止轨道通信卫星难以比拟的优势。

一般来讲,在地球静止轨道上部署3颗通信卫星就能覆盖全世界。凡事有利必有弊,虽然静止轨道卫星有诸多的优势,但轨道距离地面太远,卫星信号损耗较大。例如,我们常见的卫星“锅”需要利用抛物面天线来聚焦微弱的卫星信号,才能收到电视台转播的各种节目。

另外,光速是速度的上限,而3.6万公里的遥远距离,还带来了很大的信号延迟,这是静止轨道卫星怎么也无法解决的问题。

针对静止轨道通信卫星的缺点,近地轨道通信卫星概念应运而生。近地轨道通信卫星相对地面高速运动,没法为固定的区域提供服务,怎么办呢?1颗卫星无法解决问题那就再打1颗,一打卫星还无法解决,那就再打一打。

近地轨道通信系统一般要发射至少数十颗卫星组成星座,才能为全球提供通信服务,最著名的近地轨道通信星座当属美国的铱星。该星座如今已发射了65颗卫星,还有最后10颗准备在今年10月发射升空,并完成组网。

此外,近地轨道通信星座具有通信距离短的优势,铱星二代卫星的轨道高度只有780公里,是静止轨道通信卫星的1/46,其信号延迟远小于后者,信号损耗也更小。

因此,近地轨道通信星座能为地面用户提供延迟更短的宽带通信服务,且地面用户无需安装锅盖天线,终端具有更大的灵活性。随着航天技术的发展,有一天近地轨道通信星座直接为手机提供通信接入,手机信号走遍天下也并非遥不可及。

近地通信星座方兴未艾

铱星公司的成功并非孤例,轨道通信公司和全球星公司也都建造并部署了近地轨道通信星座,O3b公司也部署了中轨道的通信星座,并计划在2021年部署第二代通信星座。虽然,这些公司对静止轨道通信卫星造成了一定冲击,但最大的冲击还是来自于美国的“一网”和“星链”两个庞大的近地轨道通信卫星计划。

一网公司提出了“同一个世界,同一个网络”的梦想,打算用648颗近地轨道小卫星组成星座,为全世界提供卫星上网服务,这对南美洲和非洲那些通信基础设施奇缺的发展中国家相当有利。

该公司的首颗卫星已经开始组装。不同于动辄数亿美元的静止轨道通信卫星,一网公司的近地轨道通信星造价低于50万美元。一网星座将于今年开始组网发射,整个星座可提供10T带宽,单个用户最高网速可达50M,其网络信号延迟只有30毫秒,而静止轨道卫星信号延迟至少有250毫秒。

美国SpaceX公司的星链系统更为惊人,第一期就要在距离地面1100公里的轨道上部署4425颗通信卫星,为全球任何地点提供移动宽带通信服务;2017年提出的第二期计划里还打算发射7518颗卫星,部署在335公里高度的近地轨道上,提供延迟更短的带宽和更优质的服务。今年2月,两颗星链试验卫星已经发射入轨进行测试,未来几年星链星座就将开始密集组网。

此外,韩国三星公司也提出了打造4600颗近地轨道卫星的庞大通信星座计划,美国Telesat公司也提出了建立一个117颗卫星的低轨道通信星座计划。我国同样跟随近地轨道通信星座的发展潮流,提出了符合自身需求的计划。除了文章开头提到的中国航天科技集团有限公司在研制“鸿雁星座”外,中国航天科工集团有限公司也提出了“虹云计划”,要发射100多颗卫星组网来构成全球移动通信网络。(尼摩)