“實踐十三號”：通信衛星的不平凡之路

冉浩

人跡罕至的地方雖然對某些探險者而言十分有吸引力，但往往會有極大的不便，其中之一就是沒有網絡。不過，這種情況在不久的將來就會成為過去式了。2017年4月12口，我國第一顆高通量通信衛星“實踐十三號”成功飛天，這顆衛星創造了我國航天歷史卜的多個首次。你知道它們分別是什么嗎？作為通信衛星，這個家族又是怎樣一步步發展過來的呢？

曲折的啟動之路

說到“實踐十三號”的啟動，不得不追溯到四十多年前。1970年，我國第一顆人造衛星發射升空，這是繼原子彈和氫彈后，新中國又一個標志性的重大科技成果。

1970年，我國第一顆人造衛星“東方紅一號”發射升空，我國成為了世界上第五個能獨立研發衛星的國家。科研人員開始論證建造具有實用價值的衛星。

通信衛星被提上議事日程。通信衛星傳播距離遠、不受地形限制、成本低、信息容量大、通信質量好，可以進行大范圍廣播，也能解決偏遠地區的通信問題，有重大實用需求。

與一般衛星不同，通信衛星是有軌道要求的。為了盡可能增大覆蓋面，同時保證通信質量，通信衛星通常會選擇與地球同步的靜止軌道。也就是說，衛星運動的角速度正好等于地球自轉的角速度。換句話說，這個時候衛星相對地面是靜止不動的。能夠實現這種狀態的軌道，只能在赤道上方，這就需要比普通衛星發射更精準的定位技術。

1984年1月，“長征三號”火箭將第一顆試驗通信衛星送入了太空。但遺憾的是，衛星沒能進入預定的同步軌道。同年4月，發射的第二顆試驗衛星也遇到了麻煩，在衛星向預定的同步軌道飄移時，衛星出現了異常發熱的現象，一旦處理不好，衛星就可能報廢。地面指揮中心進行了緊張的“退燒”操作，最終，一系列新的指令調整了衛星的姿態，“退燒”成功。終于，1984年4月16日，衛星準確定點于東經125。赤道上空，我們擁有了自己的第一顆通信衛星——“東方紅二號”。后來，我們又成功發射了兩顆“東方紅二號”衛星。

到“東方紅三號”的時候，也很不容易，1994年首星發射同樣沒能進入預定軌道。直到1997年，“東方紅三號”02星才成功入軌。后來，以“東方紅三號”為藍本，研發出一系列衛星，形成了成熟的技術平臺。今天，盡管“東方紅四號”已經在軌工作，但對“東方紅三號”平臺的研發并未停止，仍然散發著活力。“實踐十三號”就是“東方紅三號”B平臺全配置首發星。

1975年，以通信衛星研發為任務的“331工程”正式啟動。

1981年，“買星”派和“造星”派發生爭論。

“買星”派：買衛星或租衛星更經濟，見效更快。

“造星”派：通信衛星關乎國家的經濟命脈和空間安全，必須獨立自主。

“買星”派VS“造星”派：“造星”派大獲全勝。我國開啟依靠自己的力量研制通信衛星的道路。

“實踐十三號”能將網速提多快？

“實踐十三號”

通信總容量達到20Gbps，超過了之前我國研制的所有通信衛星容量的總和。“技術衛星直播廣播電視接收與服務系統”可部署在客機、船舶、高鐵上，民眾配備了用戶終端后，可以隨時與衛星建立語音、數據和視頻的傳輸。

飛機

可支持高達400Mbps的下載速率。

列車

可提供數百Mbps的下載速率。

游輪

隨時可與好友曬圖分享，與家人視頻聊天。

高通量時代

隨著信息化時代的發展，人們越來越依賴信息的傳輸，日益增大的信息流給通信衛星也帶來了越來越大的壓力。而傳統通信衛星的數據傳輸帶寬不能滿足人們日益增長的需求，且隨著通信衛星的增多，軌道資源和頻率資源都日益飽和。在這種情況下，研發能夠傳輸更大數據量的通信衛星就顯得很緊迫了。

這時候，一種新的通信波段一一Ka波段，進入了人們的視野。這個波段能夠傳輸更多的數據，可以在高清電視信號、網絡數據、高速衛星通訊等領域展開廣闊應用。但是由于在這個波段內傳輸無線電數據容易造成衰減，它對電子元器件的工藝要求很高。隨著電子工業的發展，人類逐漸突破了這一技術瓶頸。目前，已經有數十顆K0波段通信衛星在軌，通信衛星數據傳輸的高通量時代已經到來。

為此，我國研發了“實踐十三號”衛星。作為我國首顆Ka波段的高通量通信衛星，“實踐十三號”的起點不低，它的通信總容量達到了20G，超過了我國此前所有通信衛星通量的總和，將大大提高我國衛星通信的能力。

知識小窗

高通量衛星是在使用相同頻率資源的條件下，通信容量比常規通信衛星高數倍甚至數十倍的通信衛星。有了它，在飛機上使用網絡、在沒有Wi-Fi的情況下快速下載電影、在荒無人煙的地方也能有網絡都不是問題。

突破，不止于此

“實踐十三號”衛星的首次，不止于此。除了首次在衛星上應用Ka頻段多波束寬帶通信系統，通信總容量達到20G，“實踐十三號”還有其他幾個首次。

它是我國首次使用電推進技術（無需消耗化學推進劑）的衛星。要知道，雖然在軌飛行的衛星在發射以后具備了動能，但是，這些動能會隨著時間慢慢消耗，衛星的飛行軌道會越來越低，最后就會掉回地球。因此，衛星必須要攜帶燃料保持飛行狀態，必要的時候還要調整姿態。我國早期的衛星都是通過化學推進，依靠噴出燃燒所釋放的氣體來推動衛星運動。而電推進則是利用噴出帶電粒子或粒子來產生動力，它所消耗的燃料更少。如果使用化學推進，“實踐十三號”如果在軌工作15年，至少需要燃料600千克，而使用電推進后，只需要攜帶60克的燃料。衛星“大瘦身”，不僅節約了發射成本，還能攜帶更多設備。“實踐十三號”使我們在衛星推進技術上，終于趕上了國際第一梯隊。

“實踐十三號”首次在我國高軌衛星上搭載激光通信系統。與微波通信系統相比，激光通信系統具有通信容量大、重量輕、功耗和體積小、保密性高、建造和維護經費低等優點。

更讓人振奮的是，“實踐十三號”已經完美解決了生產航天專用芯片的問題，首次實現核心部件百分百的自主研發。這打破了歐美的技術壟斷，既保證了通信的安全，又為我國商業衛星國產化打開了局面。endprint