我國首張高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)初步建成!天上為啥也要建“基站”?
央廣網(wǎng)北京11月30日消息(記者鶴佳)據(jù)中央廣播電視總臺(tái)中國之聲《新聞超鏈接》報(bào)道,隨著中星16號(hào)、中星19號(hào)和中星26號(hào)高通量衛(wèi)星近年來相繼成功發(fā)射,中國航天科技集團(tuán)所屬中國衛(wèi)通集團(tuán)已初步建成我國首張高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),能夠完整覆蓋我國國土全境及“一帶一路”共建國家沿線重點(diǎn)區(qū)域。
未來中國衛(wèi)通將推動(dòng)更大單星容量衛(wèi)星建設(shè),預(yù)計(jì)到“十四五”末期,高通量通信衛(wèi)星總?cè)萘繉⒊^500Gbps,屆時(shí),將為我國及“一帶一路”共建國家沿線航空、航海、應(yīng)急、能源、林草等行業(yè)及普遍服務(wù)用戶提供高速的專網(wǎng)通信和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
高軌衛(wèi)星有多高?如何服務(wù)各行各業(yè)?高軌和低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有何不同?
高軌,多高才算高?
國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光介紹,低軌通常指一兩千公里以下的高度,但對(duì)于中高軌目前還沒有明確的界限。比如大家所熟悉的導(dǎo)航衛(wèi)星,運(yùn)行高度大約在20000公里,這個(gè)高度并沒有明確定義為中軌或高軌。但對(duì)于中高軌衛(wèi)星而言,都有共同的特點(diǎn),常規(guī)的運(yùn)載火箭難以直接送入軌道,因此發(fā)射過程較為復(fù)雜。
高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)所在的軌道是地球同步軌道,高度約為36000公里。衛(wèi)星軌道越高,運(yùn)行速度越慢。比如中國空間站的高度為400公里,速度約7.8公里/秒,一天可繞地球16圈。而在36000公里的地球同步軌道,衛(wèi)星運(yùn)行一周與地球自轉(zhuǎn)時(shí)間一致。
在通信過程中,要想獲得較強(qiáng)的信號(hào),需要大口徑的衛(wèi)星地面天線將能量傳給衛(wèi)星。為了使衛(wèi)星地面天線能基本固定指向空間的方向,獲得常規(guī)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路,從而獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬,就需要衛(wèi)星與地球某特定區(qū)域保持相對(duì)靜止。這意味著僅僅是地球同步軌道還不夠,還需要保證衛(wèi)星軌道面與地球赤道面的夾角(軌道傾角)為0度。這樣的軌道被稱為靜止軌道,最早由英國科幻作家亞瑟·查爾斯·克拉克提出,因此也被稱為“克拉克軌道”。
大多數(shù)的高軌通信衛(wèi)星就位于地球同步軌道,但也有例外。對(duì)于兩極地區(qū),尤其是人口更多的北極,赤道上空36000公里的軌道已經(jīng)在地平線以下,因此通信也就受到影響。航天技術(shù)人員為此發(fā)明了“凍結(jié)軌道”,軌道傾角約63.4度,遠(yuǎn)地點(diǎn)4萬多公里,保證遠(yuǎn)地點(diǎn)始終在北極能看到的區(qū)域,從而為北極地區(qū)提供較好的通信。
地面基站不夠用?為啥把“基站”搬到天上?
楊宇光介紹,雖然國內(nèi)地面基站等設(shè)施已經(jīng)覆蓋很廣,但對(duì)于一些較為荒涼的區(qū)域以及航空器,地面的基站無能為力。為解決這些問題,基于高軌的通信衛(wèi)星就是一個(gè)很好的選擇。
比如,在飛機(jī)上攜帶一個(gè)終端并不困難,借助終端可以接收同步軌道衛(wèi)星的信號(hào),進(jìn)而接入互聯(lián)網(wǎng),為飛機(jī)乘客提供機(jī)內(nèi)Wi-Fi服務(wù)。再比如,要解決偏遠(yuǎn)地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)通信需求,比起鋪設(shè)光纜,高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是個(gè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)的方式。此外,如果某個(gè)地區(qū)發(fā)生重大災(zāi)害,當(dāng)?shù)赝ㄐ诺幕A(chǔ)設(shè)施很可能遭到破壞,如果有衛(wèi)星通信的手段,對(duì)于救援當(dāng)?shù)厥転?zāi)群眾也是個(gè)極大的支持。因此無論從商業(yè)角度、國計(jì)民生角度還是救援減災(zāi)角度,建立高軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)接入手段都有重大意義。
目前,我國的高通量通信衛(wèi)星已達(dá)到百Gbps水平,在全球居于前列,但對(duì)于數(shù)以億計(jì)的地面用戶而言依然較低,因此未來的高軌通信還有很長的路要走。
高有高的好,低有低的妙
高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也并非沒有缺陷。首先,靜止軌道只有一條,而通信衛(wèi)星之間存在干擾,原則上兩顆通信衛(wèi)星之間應(yīng)間隔0.5度,因此理論上這圈軌道只能放置720顆衛(wèi)星。為充分解決緊張的軌位和頻率資源,需要國際電聯(lián)精確協(xié)調(diào),甚至發(fā)展了共軌運(yùn)行的技術(shù)。但即便如此,由于36000公里高度的長距離通信信號(hào)本就非常弱,在巨量的互聯(lián)網(wǎng)接入需求下,要想看個(gè)視頻或接入更高帶寬就較為困難了。
其次,正如前面所提到,地球同步軌道衛(wèi)星位于兩極地區(qū)的地平面以下,無法用來通信,即便有了凍結(jié)軌道,但用這樣的軌道衛(wèi)星提供通信依然不是很方便。尤其是隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展,出現(xiàn)了低延遲互聯(lián)網(wǎng)接入的需求,而在36000公里高的地方,光走個(gè)來回都要接近0.3秒的時(shí)間。
正是這些問題,各國也在發(fā)展低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),這很好地彌補(bǔ)了高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的缺陷。但低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也有自己的缺點(diǎn)。由于軌道更低,且衛(wèi)星運(yùn)行速度更快,要想覆蓋全球就需要巨量的衛(wèi)星,且需要保持均勻。
目前,我國已有多個(gè)公司發(fā)射了低軌互聯(lián)網(wǎng)通信試驗(yàn)衛(wèi)星,也已經(jīng)向國際電聯(lián)申請了數(shù)量眾多的軌位和頻率資源用于低軌互聯(lián)網(wǎng)星座建設(shè)。楊宇光表示,通信、導(dǎo)航、遙感這三類衛(wèi)星與國民經(jīng)濟(jì)關(guān)系最為密切,隨著巨型星座的發(fā)展,未來多方面的融合可能催生出新應(yīng)用、新特點(diǎn),更大程度便利人們的生活。
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