文(wen)章來源(yuan)：中國航天科(ke)技集團公司 發布時間：2018-04-21
乘國(guo)內飛機也(ye)能上網刷朋友圈、查收E-mail，將不再是遙遠(yuan)的(de)夢(meng)想。
4月12日，隨著中(zhong)(zhong)國首顆高通量通信衛星(xing)實踐(jian)十(shi)三(san)號(hao)（中(zhong)(zhong)星(xing)十(shi)六號(hao)）發射成功，我(wo)國開啟(qi)衛星(xing)“寬帶中(zhong)(zhong)國”的新時代。待衛星(xing)業務(wu)開通后，除飛(fei)機(ji)之外，用戶在(zai)輪船、高鐵及沙(sha)漠、山林等地面基(ji)站信號(hao)覆蓋不到(dao)的偏遠地區，也能享受到(dao)寬帶多媒體互聯網服務(wu)。
衛(wei)星(xing)要(yao)實(shi)現上(shang)網(wang)功(gong)能，必須依靠具(ju)(ju)備相應功(gong)能的(de)有(you)效(xiao)(xiao)載(zai)荷(he)系統(tong)。中(zhong)國(guo)航天科技集(ji)團公司五院西安分院作為國(guo)內最具(ju)(ju)實(shi)力的(de)衛(wei)星(xing)有(you)效(xiao)(xiao)載(zai)荷(he)研制單位，為實(shi)踐十三號衛(wei)星(xing)提供(gong)的(de)天線(xian)分系統(tong)和轉發(fa)器分系統(tong)使(shi)衛(wei)星(xing)的(de)互聯網(wang)應用變為現實(shi)。
通信總容量超20Gbps 幾(ji)千飛(fei)機可(ke)同(tong)時上(shang)網
由(you)于飛機在快(kuai)速移動過(guo)程中(zhong)所處(chu)的空間特點，地面(mian)互(hu)聯網(wang)中(zhong)轉站要(yao)么無(wu)法(fa)架設，要(yao)么無(wu)法(fa)足量建(jian)設，乘客(ke)通過(guo)地面(mian)方式上網(wang)并不可行。
據(ju)西(xi)安分院負責實(shi)踐十三號衛(wei)星(xing)(xing)(xing)有效載荷研制的衛(wei)星(xing)(xing)(xing)副總設計師周穎介(jie)紹，為了破解這一難題，實(shi)踐十三號衛(wei)星(xing)(xing)(xing)由空間(jian)段(duan)(duan)(duan)（衛(wei)星(xing)(xing)(xing)）、地面段(duan)(duan)(duan)（關口站(zhan)）和用戶段(duan)(duan)(duan)（終(zhong)端）構成。
“高(gao)通量通信(xin)衛星可(ke)以(yi)作為一(yi)個信(xin)號中轉站，通過無線電(dian)信(xin)號轉發使飛(fei)機上乘客的手機、電(dian)腦等(deng)與(yu)(yu)地面關口(kou)站連(lian)接。而關口(kou)站通過光纜與(yu)(yu)互聯網相(xiang)連(lian)，可(ke)以(yi)向用戶發送上網信(xin)號。”周(zhou)穎解釋道。
作為我國首(shou)顆高(gao)通(tong)(tong)量(liang)通(tong)(tong)信衛(wei)星(xing)，實踐(jian)十三號的(de)(de)通(tong)(tong)信總容(rong)量(liang)達20Gbps，超過中國此前研制的(de)(de)通(tong)(tong)信衛(wei)星(xing)容(rong)量(liang)總和。通(tong)(tong)信容(rong)量(liang)的(de)(de)擴(kuo)充意味(wei)著傳(chuan)輸能(neng)力更強。一(yi)(yi)般(ban)而言(yan)，一(yi)(yi)架(jia)飛機(ji)所需的(de)(de)最(zui)大通(tong)(tong)信容(rong)量(liang)只(zhi)有20Mbps，在全部(bu)飛機(ji)通(tong)(tong)信容(rong)量(liang)滿負荷(he)的(de)(de)情況下，實踐(jian)十三號能(neng)滿足一(yi)(yi)千架(jia)左右的(de)(de)飛機(ji)同時上網。
“通常情(qing)況(kuang)下，所有飛(fei)機(ji)通信容量(liang)同時(shi)滿(man)負荷占用(yong)的情(qing)況(kuang)極為少見，因此實踐十三(san)號實際上(shang)可使幾千架飛(fei)機(ji)同時(shi)上(shang)網(wang)。”西(xi)安分院(yuan)副院(yuan)長馬伊民說。
多(duo)波束天線蜂窩式覆蓋(gai) 衛(wei)星應用功能自定義(yi)
實踐十三號衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的成(cheng)功發射，帶(dai)動了我國(guo)(guo)通(tong)信衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的技術變革，拉開了我國(guo)(guo)高通(tong)量衛(wei)(wei)星(xing)(xing)發展的大(da)幕。
傳統的(de)(de)廣(guang)(guang)播電視(shi)通信衛星的(de)(de)工(gong)作(zuo)頻段(duan)(duan)低(di)、帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)窄，屬(shu)于廣(guang)(guang)域覆蓋。為了(le)(le)大幅提(ti)高衛星性能，滿足寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)互聯網(wang)所需要的(de)(de)“高能量”集(ji)中傳輸，實踐(jian)十三號(hao)衛星裝載了(le)(le)我國(guo)首副Ka頻段(duan)(duan)多波束天線，工(gong)作(zuo)頻段(duan)(duan)提(ti)高、帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)加大，對地面進行小范圍覆蓋。通過多波束及(ji)頻率復用，實踐(jian)十三號(hao)衛星能得到同等(deng)軌道頻譜的(de)(de)常規衛星數(shu)倍(bei)或數(shu)十倍(bei)的(de)(de)可用頻率資源，極大降低(di)了(le)(le)寬(kuan)帶(dai)(dai)(dai)成本。
“我們將傳統(tong)的(de)廣播(bo)電視衛星廣域波束(shu)天線分解為26個(ge)波束(shu)，形(xing)成蜂窩式覆蓋，技術的(de)復雜度和(he)難度急劇提升。每一個(ge)波束(shu)都(dou)(dou)需要(yao)精(jing)確指(zhi)向(xiang)，星上的(de)‘毫厘(li)之(zhi)差’都(dou)(dou)會(hui)導致地面的(de)‘謬之(zhi)千里’。”周穎說(shuo)。
高(gao)通量通信衛星不(bu)僅可以滿足用(yong)戶的個性化上(shang)網需求(qiu)，同時還能(neng)實現功(gong)能(neng)自(zi)定(ding)義，融合(he)打(da)電(dian)話(hua)、廣(guang)播電(dian)視節目轉播及上(shang)網功(gong)能(neng)于一體，大(da)大(da)提高(gao)了衛星的利用(yong)率和靈活性。
構建空天(tian)地一體化設計 通信總(zong)容量將至1Tbps
2013年，西安(an)分院承擔研(yan)制的我國首顆(ke)高通量衛星(xing)實踐(jian)十(shi)三號(hao)項目正(zheng)式立項。攻(gong)關(guan)團隊(dui)瞄準(zhun)用(yong)戶需求(qiu)和高通量衛星(xing)的工作特點，著(zhu)手進行設計開(kai)發。
在有效載荷(he)系(xi)統設計方案制定之前，考慮到衛星(xing)覆(fu)蓋區域內(nei)的(de)用(yong)(yong)戶互(hu)聯網(wang)通信(xin)需求(qiu)、用(yong)(yong)戶終(zhong)端的(de)類型、地面關口(kou)站的(de)選址及(ji)(ji)信(xin)號在雨雪環境中的(de)衰減(jian)情況(kuang)，西安分院與衛星(xing)運營商中國(guo)衛通公(gong)司(si)用(yong)(yong)半年時(shi)間(jian)完(wan)成(cheng)了空天地一體化系(xi)統設計，全面掌握了終(zhong)極用(yong)(yong)戶（個人用(yong)(yong)戶及(ji)(ji)企業用(yong)(yong)戶）人口(kou)數(shu)量、密度及(ji)(ji)潛在需求(qiu)。
可(ke)以(yi)(yi)想象，未來不(bu)論是(shi)(shi)身在萬(wan)米高空(kong)的(de)(de)(de)飛(fei)機還是(shi)(shi)茫茫大海的(de)(de)(de)船舶上，或是(shi)(shi)乘(cheng)著列車的(de)(de)(de)漫漫旅途中(zhong)，只要有“無限WIFI”實(shi)踐十三號的(de)(de)(de)陪伴，用戶就可(ke)以(yi)(yi)隨時隨地接收衛星(xing)通信信號，方便便捷地進(jin)行網上沖浪。
此(ci)外，實踐(jian)十三號衛星還(huan)將應(ying)用于(yu)旅游(you)、遠(yuan)(yuan)程醫療、教(jiao)育、科學(xue)考察、災害應(ying)對指揮、應(ying)急通信等，進一步拓展我(wo)國衛星技(ji)術新的應(ying)用領域，對我(wo)國未(wei)來經濟社(she)會發展和增(zeng)加(jia)民眾福祉產生(sheng)深遠(yuan)(yuan)影(ying)響。
“十三五”期間，我(wo)國(guo)(guo)研制(zhi)的多顆(ke)基于高通(tong)量載(zai)荷與常規通(tong)信(xin)(xin)(xin)載(zai)荷混(hun)搭(da)的通(tong)信(xin)(xin)(xin)衛星將陸續發(fa)射。西安(an)分院(yuan)作(zuo)為我(wo)國(guo)(guo)通(tong)信(xin)(xin)(xin)衛星有效(xiao)載(zai)荷研制(zhi)的主力軍(jun)，正結合國(guo)(guo)家天地一(yi)(yi)體化信(xin)(xin)(xin)息(xi)網(wang)絡工程、“一(yi)(yi)帶一(yi)(yi)路”空間信(xin)(xin)(xin)息(xi)走廊(lang)工程等，研發(fa)出Q/V通(tong)信(xin)(xin)(xin)、激光通(tong)信(xin)(xin)(xin)、柔(rou)性轉發(fa)等技術，不斷提高有效(xiao)載(zai)荷的成(cheng)熟度。
“這次實(shi)踐十(shi)三(san)號衛(wei)星采用的是東三(san)B平(ping)臺(tai)，20Gbps的通(tong)信總容量實(shi)現了(le)‘質’的突破。未(wei)來(lai)，高通(tong)量衛(wei)星搭配東四、東五平(ping)臺(tai)，單星容量可(ke)達150Gbps-1Tbps，更將逐(zhu)漸(jian)實(shi)現‘量’的變(bian)化。”西(xi)安分院院長(chang)李軍說。