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在信息時(shí)代，沒有手機(jī)信號(hào)、沒有WiFi是一件十分鬧心的事情，我們?nèi)粘Ｓ玫氖謾C(jī)、筆記本電腦之所以能通話、能上網(wǎng)，靠的是地面移動(dòng)通信系統(tǒng)，而當(dāng)我們乘坐飛機(jī)或者到達(dá)偏遠(yuǎn)山區(qū)時(shí)，由于地面的通信系統(tǒng)覆蓋不到，這里或者對(duì)于普通人來說直接不能通信或者信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，要想實(shí)現(xiàn)通信就需要靠衛(wèi)星了。 中國的移動(dòng)衛(wèi)星通訊系統(tǒng)起步比較晚，在很長一段時(shí)間里還沒有自己的移動(dòng)通訊衛(wèi)星，在10年前的汶川大地震中，中國只能租用國外的衛(wèi)星電話與災(zāi)區(qū)進(jìn)行聯(lián)系、實(shí)施救援。 之后，在孫家棟院士的倡導(dǎo)之下，中國開始了移動(dòng)通訊衛(wèi)星系統(tǒng)的研發(fā)，終于在2016年8月6號(hào)成功發(fā)射了天通一號(hào)移動(dòng)通訊衛(wèi)星。 經(jīng)過兩年的在軌測試，今年天通一號(hào)衛(wèi)星開始為商用通信服務(wù)，中國自主衛(wèi)星電話開始正式放號(hào)。下面就為大家介紹一下這個(gè)具有里程碑意義的移動(dòng)通信衛(wèi)星——天通一號(hào)。  （一）什么是移動(dòng)通信衛(wèi)星？ 簡單來說，移動(dòng)通信衛(wèi)星就是可以為移動(dòng)用戶之間提供通信服務(wù)的衛(wèi)星。 自1982年移動(dòng)通信衛(wèi)星正式提供商業(yè)服務(wù)以來，衛(wèi)星移動(dòng)通信就引起了國際社會(huì)的極大關(guān)注。此后，隨著技術(shù)的不斷成熟，移動(dòng)通信衛(wèi)星也開始向個(gè)人用戶提供服務(wù)。 目前移動(dòng)通信衛(wèi)星可以根據(jù)其運(yùn)行軌道分為三種：地球靜止軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星、低軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星和中軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星。 1.地球靜止軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星：適合大型運(yùn)輸裝備 中國在98年抗洪救災(zāi)時(shí)使用的國際移動(dòng)衛(wèi)星3號(hào)是該類型移動(dòng)通信衛(wèi)星的典型代表。 這種衛(wèi)星具有通信距離較遠(yuǎn)、信號(hào)較弱、地面設(shè)備較大等缺點(diǎn)，只能在大型的運(yùn)輸裝備上使用，比如輪船、飛機(jī)和汽車等。 即便是有比較先進(jìn)的便攜式地面手持設(shè)備，在使用之前也需要找準(zhǔn)國際移動(dòng)衛(wèi)星，并且在通話時(shí)設(shè)備不能移動(dòng)。 但是隨著技術(shù)的發(fā)展，該類型也出現(xiàn)了可以提供個(gè)人業(yè)務(wù)的通信衛(wèi)星。 2.低軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星：信號(hào)損耗小，覆蓋區(qū)域廣 這種衛(wèi)星是目前移動(dòng)通信衛(wèi)星發(fā)展的熱點(diǎn)類型，具有運(yùn)行軌道低、便于發(fā)射的特點(diǎn)。此外，由于其信號(hào)傳輸線路短，因而具有衰減損耗小、時(shí)間延遲短、可以獲得最有效的頻率復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。 而且，由于體積和質(zhì)量較小，這類衛(wèi)星的研發(fā)和生產(chǎn)周期大大縮短，研發(fā)費(fèi)用也大大降低。其中具有代表性的就是銥星和全球星，中國的天通一號(hào)衛(wèi)星也屬于這一類型。  （天通一號(hào)衛(wèi)星） 3.中軌道的移動(dòng)通信衛(wèi)星：3顆就可以覆蓋全球，但區(qū)域有限 這種衛(wèi)星運(yùn)行的軌道高度介于低軌道和地球靜止軌道之間。 通常這一軌道的移動(dòng)通信衛(wèi)星只需要3顆就可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中軌道和低軌道的衛(wèi)星數(shù)量，但是這種軌道的衛(wèi)星覆蓋不到南極和北極地區(qū)。其典型代表就是ICO衛(wèi)星。 （二）衛(wèi)星要想完成任務(wù)，平臺(tái)、有效載荷一個(gè)都不能少 一個(gè)能夠完成特殊任務(wù)的航天器是由平臺(tái)和有效載荷組成的。 航天器的有效載荷指的是航天器上能夠直接實(shí)現(xiàn)其在軌運(yùn)行的特定任務(wù)的儀器、設(shè)備、工作人員等。航天器的有效載荷是確保航天器在軌工作的一個(gè)重要因素，有效載荷的選擇和設(shè)計(jì)直接影響了特定航天任務(wù)的實(shí)現(xiàn)程度。 天通一號(hào)衛(wèi)星是中國目前自主研制載荷規(guī)模最大的通信衛(wèi)星，其使用的平臺(tái)是東方紅四號(hào)，該平臺(tái)包括電源、測控、數(shù)據(jù)管理、姿態(tài)和軌道控制、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控等系統(tǒng)，使用了全三軸穩(wěn)定控制方式，設(shè)計(jì)壽命為15年。平臺(tái)的輸出總功率為8000-10000瓦，并具有擴(kuò)展至10000瓦以上的能力，能為有效載荷提供約6000-8000瓦的功率。該平臺(tái)可承有效載荷重量600-800公斤，整星最大發(fā)射重量可達(dá)5200公斤。  （東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)） 面對(duì)衛(wèi)星復(fù)雜的系統(tǒng)，天通一號(hào)衛(wèi)星在設(shè)計(jì)過程中使用了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和高密度分組集成的機(jī)電熱一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將多臺(tái)單機(jī)的功能融合到一臺(tái)單機(jī)上，使其復(fù)雜的系統(tǒng)集成變得更加高效。 同時(shí)，為了使衛(wèi)星的性能能夠滿足格外嚴(yán)格的一致性要求，在衛(wèi)星的研發(fā)過程中，研究團(tuán)隊(duì)在選用原材料、制作和調(diào)試元器件以及對(duì)元器件測試等過程中進(jìn)行了非常嚴(yán)格的一致性控制。  （衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖） （三）天線在太空慢慢展開，整個(gè)過程需要好幾天 由于受到航天運(yùn)載工具的運(yùn)載空間和功率的限制，衛(wèi)星等航天器的天線在發(fā)射階段需要折疊起來固定在運(yùn)載工具有效載荷艙內(nèi)，待航天器進(jìn)入軌道后，再在地面控制中心的指令下逐步完成展開動(dòng)作，然后鎖定并保持為工作狀態(tài)。 可以說，天線的可展開性和可建造性是現(xiàn)代空間天線的一個(gè)顯著特征，也是各國在現(xiàn)代航天技術(shù)活動(dòng)中研究的重點(diǎn)內(nèi)容。 天通一號(hào)移動(dòng)通信衛(wèi)星采用的天線是環(huán)形可展開衛(wèi)星天線。該天線的結(jié)構(gòu)分為四個(gè)主要部分：可展開環(huán)形桁架、金屬反射網(wǎng)和柔性張力索網(wǎng)、張力彈簧陣、動(dòng)力展開機(jī)構(gòu)。該天線在發(fā)射時(shí)為收攏狀態(tài)，位于衛(wèi)星的有效載荷艙內(nèi)，升空后于外層空間按指令順序展開。  （環(huán)形可展開衛(wèi)星天線展開狀態(tài)） 其展開過程主要為兩步： 第一步展開，天線反射器結(jié)構(gòu)保持在收攏狀態(tài)下，隨支撐臂繞離星體運(yùn)動(dòng)，并于指定位置展開，此過程較短，在數(shù)分鐘內(nèi)即可以完成。  （天線第一步展開過程） 第二步展開，天線反射器結(jié)構(gòu)上下兩端解鎖，然后在展開機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，環(huán)形桁架執(zhí)行展開運(yùn)動(dòng)，直至完全展開為工作狀態(tài)并鎖定。 此過程展開較為緩慢，時(shí)間較長，可以根據(jù)星體在軌情況分階段進(jìn)行，一般展開過程歷時(shí)數(shù)小時(shí)或數(shù)十小時(shí)，整個(gè)過程將歷時(shí)數(shù)天至數(shù)十天。  （天線第二步展開過程） 大型可展開天線的應(yīng)用，使衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域?qū)崟r(shí)信號(hào)覆蓋的同時(shí)，避免地形等因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種地形的全面覆蓋，并且可以在惡劣的環(huán)境下保持正常通信。 此外，天通一號(hào)衛(wèi)星在大型可展開天線的設(shè)計(jì)過程中使用了多種新技術(shù)，使大型可展開天線的研制水平得到了有效的提升。 （四）為了提高接收信號(hào)靈敏度，研究團(tuán)隊(duì)攻克了無源互調(diào)難題 天通一號(hào)通信衛(wèi)星融合了通信衛(wèi)星頻率復(fù)用技術(shù)和星載大型可展開天線，使衛(wèi)星接收信號(hào)的靈敏度和衛(wèi)星通信容量得到了有效的提升。 首先，由于天通一號(hào)衛(wèi)星工作在低頻段，其信號(hào)在傳輸過程中具有損耗小、雨衰（降雨損耗）小等特點(diǎn)，可以滿足通信質(zhì)量要求。 而天通一號(hào)通信衛(wèi)星之所以能實(shí)現(xiàn)高靈敏度工作，主要是因?yàn)檠邪l(fā)團(tuán)隊(duì)成功攻克了低無源互調(diào)（PIM）這一世界難題。 我們知道，所有的無源器件，比如天線、電纜和連接器、定向耦合器等，都會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。由于天線的接收靈敏度高，所以在進(jìn)行大功率發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的雜波會(huì)落入接收通道，形成自身干擾，這就是無源互調(diào)。 無源互調(diào)會(huì)導(dǎo)致通信能力降低，使原來可以同時(shí)支持5000路通話的衛(wèi)星只能支持500路甚至更低的通話，更有甚者會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星接收系統(tǒng)失效。  （無源器件） 長期以來，有關(guān)解決無源器的互調(diào)失真的測量技術(shù)一直被國外公司所掌握，他們壟斷了相關(guān)測試產(chǎn)品的市場。在天通一號(hào)衛(wèi)星的研制過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過艱難的技術(shù)攻堅(jiān)，終于用無源互調(diào)綜合抑制方法攻克了這一技術(shù)難關(guān)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了低成本的商用無源互調(diào)測量系統(tǒng)。 結(jié)語 中國是一個(gè)自然災(zāi)害高發(fā)的國家，在搶險(xiǎn)救災(zāi)的過程中需要有成熟可靠的通信設(shè)備確保和災(zāi)區(qū)聯(lián)系的暢通。衛(wèi)星移動(dòng)通信有著“應(yīng)急通信第一反應(yīng)器”的美譽(yù)，在災(zāi)害救援的過程中扮演著重要的角色。 今年首次面向商用市場放號(hào)，標(biāo)志著天通一號(hào)開始走向市場?？梢灶A(yù)見的是，在不久的將來，天通一號(hào)將能夠提供個(gè)人通信、遠(yuǎn)洋漁業(yè)、海洋運(yùn)輸、航空客運(yùn)以及科考調(diào)研等各方面的服務(wù)，隨著技術(shù)的成熟，它還可以向科考、勘探等高端的商業(yè)用戶提供更為成熟的服務(wù)。 |
