通信衛星：讓“不在服務區”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星——天通一號01星衛星電話正式面向民營市場放號，使我國進入到衛星移動通信的“手機時代”，填補了國內自主移動通信系統的空白，打破了依賴國外衛星移動通信服務的現狀，使“不在服務區”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）衛星

▲“天通一號01星”是我國首顆移動通信衛星

▲東方紅二號通信衛星

“311”工程開啟發展之路

中國對于衛星通信的規劃始于上世紀60年代。1967年6月，中央下達了“東方紅二號”靜止軌道衛星通信工程的研制任務，目的在于研制一種試驗性衛星通信系統，解決發展國家衛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《發展我國衛星通信問題的報告》，“331”衛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星東方紅二號A星發射升空，由于火箭出現故障，衛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射地球同步軌道通信衛星的國家。該衛星采用自旋穩定，重433千克，攜帶兩個C頻段轉發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轉發器向烏魯木齊、拉薩和昆明進行了電視節目的廣播傳送，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，中國廣播通信衛星公司成立，標志我國衛星通信正式進入商業運營階段。1986年2月1日，東方紅二號C星發射成功，這是我國首顆實用型通信衛星，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星將轉發器數量由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星先后發射入軌并投入使用，我國的衛星通信和電視轉播事業開始進入新的發展階段，極大地緩解了邊遠地區收視難、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，我國衛星通信技術進步迅速。1986年，我國第二代通信衛星“東方紅三號”開始論證，指標要求對標當時國際先進水平。該衛星采用全三軸姿態穩定、雙組元統一推進系統、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星技術。

東方紅三號通信衛星重量超過2噸，有效載荷超過200千克，裝載的轉發器數量達到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星，在性能上實現了大幅提升。

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

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星要求，也縮短了研制周期，在后來不僅發展出了“中星”系列通信衛星和鑫諾三號通信衛星，還研制出了天鏈一號數據中繼衛星、北斗導航衛星和“嫦娥一號”“嫦娥二號”探月衛星。

總之，作為東方紅三號衛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星平臺的主力軍。

自主創新開啟國際市場

為順應通信衛星高可靠、長壽命、大容量的發展趨勢，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、衛星電源及控制技術、大容量貯箱技術、大型衛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，衛星重量從2.3噸增加到5噸，具備攜帶38臺C頻段發射器和16臺Ku頻段轉發器的能力，再次實現了跨越式發展。

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

2007年5月4日，基于“東方紅四號衛星平臺”研制的尼日利亞通信衛星一號發射成功，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、衛星及發射支持的整體方式向國際客戶提供商業衛星服務，標志著我國正式打入國際商業衛星發射市場。

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

為增強衛星產品的國際競爭力，“東方紅四號衛星平臺”仍在持續改進，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，以及寬帶多媒體業務與個人移動通信業務興起，2007年國家發改委、國防科工委下發了《關于促進衛星應用產業發展的若干意見》。

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

2016年8月6日，我國衛星移動通信系統的首顆衛星天通一號01星成功發射并順利入軌，填補了我國自主衛星移動通信服務的空白。該衛星移動通信系統可以為車輛、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，有效地提高了衛星效能。通過低無源互調技術等多項關鍵技術攻關，衛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星水平。隨著近期配套衛星手機問世，以及專用號段開始放號，我國正式進入了衛星移動通信的“手機時代”，“不在服務區”將徹底成為歷史。

2017年4月12日，我國首顆高通量通信衛星“實踐十三號”成功發射。“實踐十三號”完成試驗驗證后，納入中星衛星系列，并命名為中星十六號衛星，使我國成為繼美國、歐空局等少數發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達地區的用戶提供優良寬帶服務，促進寬帶衛星通信在高鐵、船舶、飛機等移動載體以及企業聯網、應急通信等領域的應用。

經過40多年發展，我國已發展出了完備的基于同步軌道的東方紅二號小衛星平臺、東方紅三號中型衛星平臺和東方紅四號大型衛星平臺，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，我國通信衛星已經形成了型譜化、系列化的發展格局，從固定通信發展到移動通信再到“動中通”；通信頻段也從C發展到Ka；通過自主創新研制的電推進、量子通信等世界領先技術也開始在最新一代衛星平臺上應用。