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生活 更新时间:2024-08-06 22:18:31

據中國航天科技集團消息,中國長征三号乙運載火箭在7月9日成功将中國首顆Ku/Ka體系頻段高通量寬帶商業通信衛星發射入軌,該衛星簡稱為"亞太6D通信衛星"。

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亞太6D衛星發射成功,圖片來源:西昌發射中心

亞太6D衛星基于東方紅四号增強型(DFH-4E)衛星平台打造,質量為5.55噸,設計壽命為15年,作為中國第一顆Ku/Ka頻段通信衛星,代表了中國最先進的通信衛星制造技術,也是最複雜的民商用通信衛星。

從功能方面看,亞太6D衛星的服務區域主要面向亞太,為船舶、航空器通信提供服務。亞太6D衛星的成功研發和入軌部署,意味着我國能夠向高通量衛星領域進軍。

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2018年至2019年,全球衛星産業總收入在3000億美元左右,其中三分之一是衛星服務收入。對于通信衛星而言,将其部署入軌後,還能依靠服務産業創造價值。在過去數年,衛星地面設備收入年增長率達到6%,提高通信衛星技術也就等于增加了産業規模。

高通量衛星及其功能

高通量衛星是一種通信衛星,數據吞吐量比傳統的通信衛星更大,至少在10倍以上。

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亞太6D衛星,圖片來源:中國航天科技集團

該衛星采用了多波束天線,更大功率的設備,在有限的地球靜止軌道上,增加單顆衛星的數據處理能力。以亞太6D衛星為例,其采用了Ku/Ka頻段,在Ku頻段資源緊張的時候,能切換到Ka頻段。Ka頻段天線增益較高,這意味着地面終端設備的體積就可以做到小型化,手持機變小了。

但是Ka頻段也有自身的缺點,比如衛星單波束面積變小,以往隻要一個波束就能覆蓋的地區,就需要多個Ka頻段波束進行覆蓋,所以要結合多波束天線技術。

舉個例子,我國在2012年發射的亞太7号衛星,使用的是Ku頻段,單波束可覆蓋我國大部分地區,但是如果使用Ka頻段,就需要10至20個Ka頻段波束。波束增多之後,頻率複用的次數也增加了,直接體現在通信效率增加,就等于增加了衛星數據的吞吐量。

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從産業角度看,高通量衛星可以為更多的人群提供通信服務,衛星運營商的收入也提高了。根據歐洲相關調查,預計在未來5年會發射數十顆高通量衛星,平均每年發射11顆,一年僅衛星制造的投入就需要上百億的資金。每次發射火箭的成本按照1億美元一發算,每年11顆高通量衛星的發射費用也能達到11億美元。

在通信領域,高通量衛星可服務于4K高清衛星電視,還有正在發展的VR技術,這樣在家裡就可以通過高通量衛星傳遞的信号實現虛拟環球旅遊,或者連接到探險者的頭戴式攝像頭上,足不出戶也能利用VR設備加入探險者的隊伍。

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亞太6D衛星的技術特點

亞太6D衛星突出的特點是通信容量大,達到50Gbps,與2017年發射的我國首顆高通量衛星:中星16号衛星相比,通信容量增加了1.5倍。亞太6D衛星配備了8個地面關口站,可提供100兆的傳輸速率。多波束天線數量為90個,單個波束容量為1 Gbps,對地面形成全方面覆蓋,支持高質量語音通信。

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亞太6D衛星整流罩制備完成,圖片來源:中國航天科技集團

亞太6D衛星使用東方紅四号增強型(DFH-4E)衛星平台打造,該平台在東四平台的基礎上進行研發,主要采用的技術有電推、大功率配電技術、大承載結構、雙天線重疊收緊與展開技術等。為了适應國際市場的變化,可根據不同客戶的需求研發出大容量、長壽命的通信衛星,還有數據中繼星、高軌遙感衛星等。

東方紅四号平台在2006年首飛,之後發展出東方紅四号S平台,突破了電推等星載衛星技術。這次亞太6D衛星使用的東方紅四号增強型編号為東方紅四号E平台,在測控、綜合電子數管方面提升不大,但在供配電方面提升了電源控制器,從9KW提升到12KW,锂離子蓄電池組從90Ah提升到135Ah,這樣可以搭載更多的設備,因此單側太陽能電池闆也從3塊增加到4塊,實現了二次展開。

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動量輪保持4個,與東方紅四号S平台一緻,氮氣瓶從50L提升到90L,推進器與東方紅四号S平台一緻,仍然為1台490牛推進器和16台10牛推進器,比早期的東方紅四号有所提升。

體積上,中心承力筒從東方紅四号的3600毫米增加到4200毫米,大了一圈,可以安裝更多的設備,有效載荷也比東方紅四号平台增加了1.5倍,波導數量提升6倍。将來建造天基互聯網,也能夠使用到這些衛星技術。

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通信衛星産業現狀

每年全球通信衛星産業保持在每年10顆左右,這些年全球通信衛星訂單出現下滑趨勢,大型GEO靜止軌道衛星的采購數量減少,LEO低地球軌道的通信衛星需求增加。

在2015年前,大型GEO靜止軌道通信衛星一年可發射18顆,2014年全球發射量更達到了27顆,主要是1990年代那波GEO靜止軌道衛星即将到壽命了,需要換代。

通信衛星的大規模發射周期在10至15年,2020年之後每年維持在10顆左右。從2019年以來,通信衛星主要使用組合頻段為主,比如Ku/C或者Ku/C/Ka的組合頻段的衛星,亞太6D衛星就是采用Ku/Ka組合頻段。

從未來趨勢看,通信衛星需要一次技術變革,才能跟上時代發展,比如研發出超高通量的通信衛星,通信容量要達到300至500 Gbps,相比較而言,亞太6D衛星為50Gbps。超高通量的通信衛星能夠與地面寬帶速度接近,還需要将價格和體驗速度降低到地面光纖寬帶的水準,這也是馬斯克正在做的太空互聯網技術。

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太空互聯網技術需要大量的低軌道衛星,組成一個通信衛星星座,比如OneWeb、SpaceX等公司,在軌道上部署了數百顆500公斤級的低軌道通信衛星,對亞太衛星形成了沖擊。亞太衛星隻有将高通量衛星做得更大,研制出功能更強的GEO靜止軌道衛星,才能保持競争力。

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