未來(lái)的海事衛(wèi)星INMARSAT-5

文|吳麗華

INMARSAT-國(guó)際海事衛(wèi)星組織（International Maritime Satellite Service，簡(jiǎn)稱INMARSAT），成立于1979年，1994年12月，更名為國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星組織，英文縮寫保持INMARSAT不變。INMARSAT系統(tǒng)是世界最早的GEO(Geosynchronous Earth Orbit,地球同步軌道)全球衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是世界最大的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。國(guó)際海事衛(wèi)星組織是海事衛(wèi)星系統(tǒng)的所有者和運(yùn)營(yíng)者。經(jīng)過(guò)30多年穩(wěn)定良性發(fā)展，INMARSAT現(xiàn)已發(fā)展成為世界唯一的覆蓋地球約85%土地（除南北兩極）和世界上大約98%人口的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。截至2012年3月底，INMARSAT擁有11顆衛(wèi)星，分別組成INMARSAT à2，INMARSAT-3，INMARSAT-4 系統(tǒng)。衛(wèi)星定位在距地球35786公里的地球同步軌道上，向全球的海上、陸地、航空用戶提供話音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)接入以及海上搜救業(yè)務(wù)。目前INMARSAT的海事衛(wèi)星通信終端已經(jīng)超過(guò)30萬(wàn)臺(tái)。

圖1 下一代海事衛(wèi)星Inmarsat-5衛(wèi)星

INMARSAT的衛(wèi)星

INMARSAT-1衛(wèi)星

INMARSAT成立時(shí)，沒有屬于自己的衛(wèi)星。只能租用美國(guó)通信衛(wèi)星公司（COMSAT）的Marisat衛(wèi)星、歐洲宇航局的Marecs和國(guó)際通信衛(wèi)星組織的IntelSat-V衛(wèi)星，運(yùn)營(yíng)INMARSAT-1（第一代INMARSAT）系統(tǒng)。

INMARSAT-2，INMARSAT-3衛(wèi)星

INMARSAT于1991年3月8日，10月30日，11月29日，和1992年4月5日，發(fā)射了4顆衛(wèi)星，構(gòu)成了INMARSAT-2衛(wèi)星星群，分別為大西洋東星，定位于15.5°W；印度洋星，定位于64.5°E；太平洋星，定位于178°E；大西洋西星，定位于54àW。INMARSAT-2衛(wèi)星為全球波束衛(wèi)星。1996年4月，發(fā)射第一顆INMARSAT-3衛(wèi)星，部署于印度洋上空，1996年9月發(fā)射第二顆INMARSAT-3衛(wèi)星，覆蓋大西洋東,1996年12月17日發(fā)射第三顆INMARSAT衛(wèi)星,覆蓋大西洋西，1997年6月3日發(fā)射第四顆衛(wèi)星,覆蓋太平洋，構(gòu)成INMARSAT-3衛(wèi)星星群，INMARSAT-3是INMARSAT第一次采用點(diǎn)波束，并將點(diǎn)波束和全球波束結(jié)合在一起使用。INMARSAT-2、INMARSAT-3，都使用四顆衛(wèi)星覆蓋全球。

INMARSAT-4衛(wèi)星

2005年3月11日，第一顆INMARSAT-4代星的發(fā)射，起初定位于64°E，覆蓋印度洋地區(qū)。2005年11月8日，第二顆INMARSAT-4衛(wèi)星定位于53°W，覆蓋美洲地區(qū)。2008年8月18日，第三顆INMARSAT衛(wèi)星定位98°W，覆蓋美洲。2009年1-2月間，完成1、2顆衛(wèi)星變軌，分別定位于25°E，143.5°E。三顆INMMARSAT-4衛(wèi)星覆蓋全球。INMARSAT-4衛(wèi)星在功率、容量、適應(yīng)性三方面在移動(dòng)衛(wèi)星通信中開創(chuàng)了新紀(jì)元。與上一代衛(wèi)星INMARSAT-3相比，每顆INMARSAT-4衛(wèi)星的功能強(qiáng)大60倍，容量也大20倍。與前幾代衛(wèi)星不同，INMARSAT-4首次使用3顆衛(wèi)星覆蓋全球。

下一代海事衛(wèi)星INMARSAT-5衛(wèi)星

2008年，在INMASAT-4投入運(yùn)營(yíng)還不到3年時(shí)，INMARSAT就著手研制下一代海事衛(wèi)星系統(tǒng)INMARSAT-5，構(gòu)建全球?qū)拵o(wú)線網(wǎng)絡(luò)（又稱INMARSAT Global Xpress）。INMARSAT將其命名為INMARSAT-5，即Global Xpress，提供無(wú)縫的全球覆蓋和移動(dòng)寬帶，INMARSAT-5將用戶群細(xì)化為四個(gè)部分-政府、海事、企業(yè)和能源，以及航空。

下一代海事衛(wèi)星系統(tǒng)INMARSAT-5支持INMARSAT Global Xpress業(yè)務(wù)，總投資將達(dá)12億美元，包含衛(wèi)星的建造成本，地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)品開發(fā)、衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)和保險(xiǎn)等成本。2010年8月6日，INMARSAT與美國(guó)衛(wèi)星制造商波音公司簽訂合同，訂購(gòu)三顆KA波段衛(wèi)星，這三顆衛(wèi)星將組成INMARSAT-5的星座群，覆蓋全球。INMARSAT-5衛(wèi)星采用波音公司成熟的702HP衛(wèi)星平臺(tái)，星上有89個(gè)KA轉(zhuǎn)發(fā)器，額定功率15KW，設(shè)計(jì)使用壽命15年。衛(wèi)星的發(fā)射接口與阿麗亞娜、天頂、質(zhì)子和宇宙神火箭兼容。

衛(wèi)星天線由美國(guó)哈里斯公司制造，哈里斯公司擁有超過(guò)30年的空間天線設(shè)計(jì)和建造經(jīng)驗(yàn)。衛(wèi)星天線直接向地球發(fā)射95個(gè)KA波段光束，使3顆INMARSAT-5衛(wèi)星組成的星座提供覆蓋全球的高容量，該天線可以控制光束，適應(yīng)未來(lái)15年不斷變化或增加的用戶需求。

2011年8月1日，INMARSAT子公司INMARSAT SA公司和國(guó)際發(fā)射服務(wù)公司（ILS）簽訂合同，發(fā)射3顆INMARSAT- 5衛(wèi)星。預(yù)計(jì)2013年發(fā)射第一顆衛(wèi)星，2014年完成INMARSAT-5的全球覆蓋。將使用質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭從哈薩克斯坦的科努爾發(fā)射基地發(fā)射。質(zhì)子號(hào)是俄羅斯運(yùn)載能力最強(qiáng)、最成熟的商用重型發(fā)射火箭，由赫魯尼切夫科研生產(chǎn)航天中心建造。質(zhì)子號(hào)火箭自1965年首飛，已成功完成370余次發(fā)射任務(wù)。

INMARSAT-5的系統(tǒng)特點(diǎn)

INMARSAT-5采用KA頻段

海事衛(wèi)星系統(tǒng)一直使用L波段。自海事衛(wèi)星組織成立以來(lái)，從INMARSAT-1至INMARSAT-4，每代衛(wèi)星都使用L波段。L波段又被稱為黃金頻段，特別適用于衛(wèi)星移動(dòng)通信。海事衛(wèi)星系統(tǒng)全球使用L波段中的1626.5-1660.5MHz(上行)、1525－1559（下行），共34M帶寬。L波段之所以被稱為黃金頻段，在于L波段具有以下優(yōu)點(diǎn)：

表-1 微波波段劃分

圖2

1.天線波束寬，終端可以迅速尋星和對(duì)星，便于非專業(yè)用戶使用。特別是便于機(jī)載、車載、船載終端使用。

2.L波段傳播損耗小、雨衰小。

KA頻段的特點(diǎn)：KA波段與L波段一樣，也是電磁頻譜（詳情請(qǐng)參見圖2、表1）的一部分。KA名字的由來(lái)，為K-ABOVE（K的正上方），表示高于K頻段的波段。KA頻段上行頻率27.5-31GHz，下行頻率17.7-21.2GHz，帶寬為3500MHz。KA波段也稱為20/30G頻段，而L波段在1-2GHz。與L波段相比，KA波段明顯的優(yōu)點(diǎn)就是帶寬寬。

如圖2所示，在衛(wèi)星通信中常用的L、S、C、X、KU、KA波段中，波段越高，帶寬越寬。KA波段具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1.可用帶寬寬。KA波段帶寬為3500MHz，是KU波段500M帶寬的7倍。比L波段更是高了很多。

2.移動(dòng)帶寬寬。在3500M帶寬中，用于移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)（Mobile Satellite Servece）有500M帶寬。

3.現(xiàn)在運(yùn)行的KA波段衛(wèi)星較少，同頻段衛(wèi)星間的干擾較少，頻譜環(huán)境比較干凈。

4.每比特價(jià)格更便宜。

采用KA波段是大勢(shì)所趨。目前的INMARSAT-4系統(tǒng)衛(wèi)星使用L波段衛(wèi)星，INMARSAT-5衛(wèi)星與以往不同，特別引人注目地采用KA頻段，應(yīng)該說(shuō)是大勢(shì)所趨。 隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展，C頻段、KU頻段的資源越來(lái)越緊張。衛(wèi)星通信業(yè)界一直致力于拓展使用更高的頻段-KA頻段，以解決帶寬問題，美歐日等西方國(guó)家對(duì)KA衛(wèi)星早研究，早試驗(yàn)，更在近年投入實(shí)用和民用。近兩年，很多國(guó)家開始使用KA頻段衛(wèi)星。例如，2005年4月26日，美國(guó)發(fā)射全KA波段衛(wèi)星Spaceway-1（美國(guó)波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司制造，選用702HP平臺(tái)），用于直播衛(wèi)星電視運(yùn)營(yíng)商Direc TV公司為美國(guó)國(guó)內(nèi)提供高清電視直播和寬帶服務(wù)。2010年12月27日，歐洲首顆全KA波段衛(wèi)星-歐洲衛(wèi)星公司的Eutelsat Ka àSat 9A（歐洲衛(wèi)星制造商EADS Astrium公司制造，采用歐洲之星E3000衛(wèi)星平臺(tái)）發(fā)射升空，隨后投入衛(wèi)星寬帶服務(wù)。據(jù)估計(jì)，至2020年，在衛(wèi)星通信中，KA波段的有效載荷將占18%。L波段帶寬窄，只分配給海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)34M的有限帶寬，在這有限的帶寬內(nèi)難有做為。INMARSAT欲繼續(xù)取得輝煌成就，必須順勢(shì)而為，采用帶寬寬的KA波段。INMARSAT-5將是第一個(gè)使用KA波段的商用全球網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

INMARSAT-5的優(yōu)勢(shì)

1）通信帶寬寬

使用KA波段，帶寬大大增加，可提供寬帶服務(wù)，更好的支撐全球無(wú)線寬帶服務(wù)（INMARSAT Global Xpress）。

2）終端體積小，重量輕

下一代衛(wèi)星采用點(diǎn)波束，使用KA波段，可使終端衛(wèi)星天線口徑小至20CM（IPAD大?。S之帶來(lái)的直接優(yōu)點(diǎn)就是終端設(shè)備重量輕，體積小。據(jù)INMARSAT官網(wǎng)宣布，INMARSAT-5的終端在60CM左右，便于新聞?dòng)浾唠S身攜帶。

3）超高的通信速率

據(jù)INMARSAT官網(wǎng)消息，INMARSAT將為移動(dòng)終端提供最高為50Mbps的下行速率，提供最高為5Mps的上行速率。廣泛傳言未經(jīng)官方確認(rèn)的消息是：50MB/S服務(wù)于船只或者飛機(jī)，10MB/S服務(wù)IPAD（20CM）大小的天線。屆時(shí)，INMARSAT-5的吞吐率將達(dá)100Gbps。50M的下行速率，大大高于現(xiàn)在運(yùn)行的INMARSAT-4支持的最高492K的速率。

按計(jì)劃，INMARSAT-5將于2014年底2015年初投入商業(yè)營(yíng)運(yùn)?，F(xiàn)在我們密切關(guān)注INMASAT-5的發(fā)展，了解它的特性，站在技術(shù)發(fā)展的前沿，做好技術(shù)調(diào)研和規(guī)劃，以便屆時(shí)能及時(shí)投入使用，服務(wù)新聞報(bào)道。