通信衛(wèi)星：讓“不在服務區(qū)”成為歷史

文/李嵩

近日，據新華社報道，經過近兩年的努力，中國自主研制的移動通信衛(wèi)星——天通一號01星衛(wèi)星電話正式面向民營市場放號，使我國進入到衛(wèi)星移動通信的“手機時代”，填補了國內自主移動通信系統(tǒng)的空白，打破了依賴國外衛(wèi)星移動通信服務的現狀，使“不在服務區(qū)”成為歷史。

▲基于東方紅三號B平臺研制的實踐十三號（中星十六號）衛(wèi)星

▲“天通一號01星”是我國首顆移動通信衛(wèi)星

▲東方紅二號通信衛(wèi)星

“311”工程開啟發(fā)展之路

中國對于衛(wèi)星通信的規(guī)劃始于上世紀60年代。1967年6月，中央下達了“東方紅二號”靜止軌道衛(wèi)星通信工程的研制任務，目的在于研制一種試驗性衛(wèi)星通信系統(tǒng)，解決發(fā)展國家衛(wèi)星通信體制和與之相關的技術問題。1975年3月31日，中央討論通過了《發(fā)展我國衛(wèi)星通信問題的報告》，“331”衛(wèi)星通信工程正式列為國家計劃。

1984年1月29日，我國首顆同步軌道試驗通信衛(wèi)星東方紅二號A星發(fā)射升空，由于火箭出現故障，衛(wèi)星未能進入預定軌道。同年4月16日，東方紅二號B星升空8天后成功定點于東經125°的地球同步軌道上，使我國正式成為世界上第五個可以獨立發(fā)射地球同步軌道通信衛(wèi)星的國家。該衛(wèi)星采用自旋穩(wěn)定，重433千克，攜帶兩個C頻段轉發(fā)器和全球波束喇叭天線，設計壽命3年。

通過在軌測試合格后，當時的廣播電影電視部使用B星的A轉發(fā)器向烏魯木齊、拉薩和昆明進行了電視節(jié)目的廣播傳送，圖像、聲音和色彩均達到設計要求。當時的水電部通過B轉發(fā)器開通了多條長途數字電話，解決了電力調度困難問題。新華社、國家地震局也都通過B星開通了長途數字電話。

1985年，中國廣播通信衛(wèi)星公司成立，標志我國衛(wèi)星通信正式進入商業(yè)運營階段。1986年2月1日，東方紅二號C星發(fā)射成功，這是我國首顆實用型通信衛(wèi)星，主要用于通信廣播和電視傳輸，并于1987年10月開始傳送中央電視臺30路對外廣播。相比于B星的全球波束喇叭天線，C星使用的是國內點波束拋物面天線，波束等效全向輻射功率更高，地球站信號強度明顯提高，接受的電視圖像質量大為改善，通信容量和質量也大大提升。

在“東方紅二號”基礎上研制的東方紅二號甲通信衛(wèi)星將轉發(fā)器數量由2臺增加到4臺，電視轉播和電話傳輸能力增加一倍，設計壽命從3年增至4年半。從1988年到1990年，3顆東方紅二號甲通信衛(wèi)星先后發(fā)射入軌并投入使用，我國的衛(wèi)星通信和電視轉播事業(yè)開始進入新的發(fā)展階段，極大地緩解了邊遠地區(qū)收視難、通信難的困境，石油、煤炭、水利、電力等重要民生部門的十幾個專用衛(wèi)星通信網開始組建起來。

國際合作加快追趕步伐

上世紀80年代初，我國通過國際合作引進、消化、吸收，實現了國產化以及中外合資生產相結合，我國衛(wèi)星通信技術進步迅速。1986年，我國第二代通信衛(wèi)星“東方紅三號”開始論證，指標要求對標當時國際先進水平。該衛(wèi)星采用全三軸姿態(tài)穩(wěn)定、雙組元統(tǒng)一推進系統(tǒng)、碳纖維復合材料結構、頻率復用雙柵賦形波束天線等當時世界主流的衛(wèi)星技術。

東方紅三號通信衛(wèi)星重量超過2噸，有效載荷超過200千克，裝載的轉發(fā)器數量達到24個，均為C波段，設計壽命8年，相比上一代的東方紅二號甲通信衛(wèi)星，在性能上實現了大幅提升。

首顆東方紅三號通信衛(wèi)星于1994年11月30日發(fā)射升空。1997年5月20日，第二顆東方紅三號衛(wèi)星成功定點于東經125°的赤道上空，成為我國第一顆面向全社會開放的商業(yè)衛(wèi)星，極大地緩解了當時國內衛(wèi)星通信緊張的狀況。

雖然，歷經10年的研制周期使東方紅三號衛(wèi)星投入使用時的整體技術水平再次落后于世界先進水平，但在理論研究和工程應用方面極大地拉近了與世界先進水平的距離。

東方紅三號衛(wèi)星的平臺采用了分艙設計，既可適應一定質量和功耗范圍內不同有效載荷的多種衛(wèi)星要求，也縮短了研制周期，在后來不僅發(fā)展出了“中星”系列通信衛(wèi)星和鑫諾三號通信衛(wèi)星，還研制出了天鏈一號數據中繼衛(wèi)星、北斗導航衛(wèi)星和“嫦娥一號”“嫦娥二號”探月衛(wèi)星。

總之，作為東方紅三號衛(wèi)星平臺改進和升級版本的A平臺和B平臺集成了更多先進技術，成為我國中型地球同步軌道衛(wèi)星平臺的主力軍。

自主創(chuàng)新開啟國際市場

為順應通信衛(wèi)星高可靠、長壽命、大容量的發(fā)展趨勢，我國在上世紀90年代后期重點開展了東方紅四號大型通用型衛(wèi)星平臺的預研工作，取得了包括大型中心承力筒結構、星上綜合數據管理技術、衛(wèi)星電源及控制技術、大容量貯箱技術、大型衛(wèi)星機械太陽電池翼及二次展開機構等多項關鍵技術的突破，并于2002年正式開始型號研制。

東方紅四號衛(wèi)星平臺以通用性、繼承性、擴展性和先進性為設計原則，有效載荷由東方紅三號衛(wèi)星平臺的200千克提升到了600千克，設計壽命從8年增加到15年，衛(wèi)星重量從2.3噸增加到5噸，具備攜帶38臺C頻段發(fā)射器和16臺Ku頻段轉發(fā)器的能力，再次實現了跨越式發(fā)展。

2006年10月29日，首顆采用“東方紅四號衛(wèi)星平臺”的鑫諾二號通信衛(wèi)星由長征三號乙運載火箭發(fā)射成功。該衛(wèi)星設計功率達到10千瓦，裝載22臺大功率Ku頻段轉發(fā)器和5副天線，開創(chuàng)了我國自研通信衛(wèi)星使用Ku頻段轉發(fā)器的先河。

2007年5月4日，基于“東方紅四號衛(wèi)星平臺”研制的尼日利亞通信衛(wèi)星一號發(fā)射成功，并于當年7月6日正式交付用戶使用，這是我國首次以火箭、衛(wèi)星及發(fā)射支持的整體方式向國際客戶提供商業(yè)衛(wèi)星服務，標志著我國正式打入國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場。

此后，同樣采用“東方紅四號衛(wèi)星平臺”的“委內瑞拉一號”“巴基斯坦一號R”“老撾一號”“玻利維亞通信衛(wèi)星”“亞太九號”“白俄羅斯一號”等通信衛(wèi)星相繼在軌交付用戶，南美、東南亞、東歐的商業(yè)衛(wèi)星市場大門相繼被我國打開。

為增強衛(wèi)星產品的國際競爭力，“東方紅四號衛(wèi)星平臺”仍在持續(xù)改進，通過采用電推進、大功率供配電、多層通信艙、大承載結構、通信艙高效熱控、雙天線重疊壓緊和展開等多項新技術，進一步提升綜合能力和國際競爭力。

廣闊市場帶動蓬勃發(fā)展

伴隨國內信息化交互需求的日益旺盛，以及寬帶多媒體業(yè)務與個人移動通信業(yè)務興起，2007年國家發(fā)改委、國防科工委下發(fā)了《關于促進衛(wèi)星應用產業(yè)發(fā)展的若干意見》。

文件中明確了“進一步提高國產通信衛(wèi)星在容量、壽命、精度、安全和可靠性等方面的性能，積極發(fā)展新型移動通信、寬帶接入、移動多媒體廣播、衛(wèi)星直播等業(yè)務衛(wèi)星”的我國新一代通信衛(wèi)星的發(fā)展要求。同期，移動多媒體衛(wèi)星、寬帶多媒體通信衛(wèi)星等預研論證項目先后啟動。

2016年8月6日，我國衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的首顆衛(wèi)星天通一號01星成功發(fā)射并順利入軌，填補了我國自主衛(wèi)星移動通信服務的空白。該衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)可以為車輛、飛機、船舶和個人等移動用戶提供語音、數據等通信服務。

天通一號01星基于“東方紅四號衛(wèi)星平臺”研制而來，通過采用單機繼承設計和混合集成電路等技術，有效地提高了衛(wèi)星效能。通過低無源互調技術等多項關鍵技術攻關，衛(wèi)星的整體技術指標和能力水平達到了國際上第三代移動通信衛(wèi)星水平。隨著近期配套衛(wèi)星手機問世，以及專用號段開始放號，我國正式進入了衛(wèi)星移動通信的“手機時代”，“不在服務區(qū)”將徹底成為歷史。

2017年4月12日，我國首顆高通量通信衛(wèi)星“實踐十三號”成功發(fā)射?！皩嵺`十三號”完成試驗驗證后，納入中星衛(wèi)星系列，并命名為中星十六號衛(wèi)星，使我國成為繼美國、歐空局等少數發(fā)達國家和組織后掌握Ka頻段寬帶通信技術的國家，可為我國通信設施不發(fā)達地區(qū)的用戶提供優(yōu)良寬帶服務，促進寬帶衛(wèi)星通信在高鐵、船舶、飛機等移動載體以及企業(yè)聯網、應急通信等領域的應用。

經過40多年發(fā)展，我國已發(fā)展出了完備的基于同步軌道的東方紅二號小衛(wèi)星平臺、東方紅三號中型衛(wèi)星平臺和東方紅四號大型衛(wèi)星平臺，超大型的東方紅五號通用型平臺已在2017年具備整星在軌測試能力。

目前，我國通信衛(wèi)星已經形成了型譜化、系列化的發(fā)展格局，從固定通信發(fā)展到移動通信再到“動中通”；通信頻段也從C發(fā)展到Ka；通過自主創(chuàng)新研制的電推進、量子通信等世界領先技術也開始在最新一代衛(wèi)星平臺上應用。