【科普秀】實踐十三號成功發射 我國首顆高通量衛星到底牛在哪？

千龍網綜合報道在高鐵上用不到一分鐘的時間下好一部1G的電影；在飛機上流暢地使用網絡；在人煙罕至的沙漠中用視頻聊天……這些完美的通信場景將在這顆衛星發射後得到實現。

4月12日19時04分，我國首顆高通量通信衛星——實踐十三號衛星在西昌衛星發射中心成功發射升空。這是我國迄今通信容量最大的寬帶衛星，也是國內首個應用電推進技術的衛星，同時也是東方紅三號B平臺全配置首發星，設計壽命15年，創下國內通信衛星技術的多個“首次”，將使我國通信衛星能力實現重大跨越。

那麼，什麼是高通量衛星？作為國內迄今通信容量最大的衛星，實踐十三號衛星有哪些新技術、新本領？又會給我們的日常生活帶來怎樣的改變？

科普：什麼是高通量衛星？

根據中國空間探測首席傳播專家謝博在《科普中國》的解釋，高通量衛星就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。

【揭祕通信衛星“新標杆”：有啥技術和本領？】

通信“寬帶”星：通信容量超國內其餘通信衛星總和

實踐十三號衛星上搭載的Ka頻段多波束寬帶通信系統，是首次在國內通信衛星上應用，可支持多用戶、大容量雙向載荷，在廣大地區通過該衛星進行數據高速下載的同時，還能支持大量用戶高速上傳數據。

在衛星Ka載荷研製過程中，研製團隊突破了Ka載荷多波束寬帶系統設計、天線反射器型面精度控制和測量、天線指向精度標校等一系列技術難題，相關技術達到了國際先進技術水平。

五院通信衛星事業部副部長王敏介紹，實踐十三號是國內容量最大的寬帶衛星，通信總容量達到20Gbps以上，超過我國此前所有通信衛星容量的總和。他表示，這意味著傳送能力更強。下一步，我國還將研製百G乃至1T以上容量的衛星通信系統。

此外，該衛星首次在我國高軌衛星上應用了激光通信系統。由於激光通信具有高帶寬、高傳輸速率優點，是滿足大容量、高速率通信的重要手段之一。

天地一體化：實現無縫“動中通”

生活中我們常常遇到這樣的情況：飛機機艙內無法上網，高鐵列車上手機信號時斷時續，遊輪駛離港口後變成“信息孤島”。

“以上問題是由於地面移動網絡無法實現全面覆蓋，即使能覆蓋，但跨越不同區域導致切換過於頻繁，難以為高速交通工具提供服務。”劉方說，而實踐十三號衛星採用天地一體化設計理念，其中一項重要業務就是提供高速“動中通”（指車輛、輪船、飛機等移動載體在運動過程中的衛星通信保障），通過多波束無縫切換配合機載、車載或船載終端的自動跟蹤捕獲功能，可以為航空、航運、鐵路等各類交通工具上的乘客徹底改善上網體驗。

實踐十三號還可以發揮“應急通信”關鍵作用。據悉，我國有超過6000萬人參與徒步、登山、越野、騎行等戶外項目，每月有近千起迷路或失聯事件發生。更重要的是，當發生地震、水災、海嘯等突發事件時，一旦地面固定基站和移動通信業務發生損毀或癱瘓，就無法與外界取得聯繫，不能及時、快速、準確地傳遞災情信息，導致不可挽回的損失。

“實踐十三號衛星由於採用了頻率更高的Ka頻段通信載荷，有效縮小了用戶終端天線尺寸，非常便於攜帶。”唐左向介紹，遊客或受災民眾配備了這種用戶終端後，可以隨時與衛星建立語音、數據和視頻的傳輸，把途中或災區的情況第一時間傳遞出去，將損失降至最小。

用電“減肥”：讓衛星輕裝上陣更“長壽”

衛星在空間按一定軌道運行時，受微薄大氣阻力、地球引力等影響，軌道會下降，因此需要用推進系統噴氣的方式，保持衛星的軌道位置。

與使用化學燃料作推進劑不同，實踐十三號衛星是我國第一顆使用電推進的衛星。

據該衛星總設計師李峰介紹，電推進相對於傳統的化學推進，具有高比衝、小推力、長壽命特點。在長壽命航天器上應用電推進系統，能大幅減少推進劑的攜帶量，使衛星減輕自重、節約空間，承載更多有效載荷。

實踐十三號衛星設計壽命15年。在東三B平臺研製之初，五院就將電推進作為平臺標準配置，攻克了諸多技術難題，最終完成其工程化研製。李峰說，實踐十三號衛星採用的離子電推進系統，性能是常規化學推進的10倍。過去一顆衛星在15年的壽命週期需要675公斤化學燃料，使用離子電推進系統後僅需90公斤。

實踐十三號衛星總指揮周志成表示，此次應用將填補我國高承載比衛星平臺的空白。

東三B平臺全配置首發星

東三B平臺是中國研製的最新一代中等容量通信衛星平臺，採用了綜合電子、電推進、高效熱控、鋰離子蓄電池、FDIR等先進技術，平臺技術可推廣至其他衛星平臺。電推進比衝是常規化學推進劑的10倍以上，可使衛星攜帶更少的推進劑，為有效載荷提供更大空間。

發射高軌衛星不用熬夜了

在過去我國高軌衛星發射任務中，為了考慮衛星的安全餘量，發射窗口通常選在凌晨。實踐十三號衛星則首次將發射窗口提前至傍晚19點，開創了高軌衛星可在兩個窗口選擇發射的先例。

在制定該衛星發射窗口時，研製團隊充分研究了發射窗口提前所導致的地影時間增加、測控不可見弧段延長、變軌期間蓄電池放電等不利影響，利用東方紅三號B平臺技術革新所帶來的性能提升，制訂了詳細的飛行程序和預案。在新窗口下成功完成發射任務，標誌著我國在衛星發射及運營管理多樣化方面取得了進展。

多項“首創” 開啟中國通信衛星新時代

不論從技術還是應用上看，實踐十三號衛星都創下國內高軌衛星領域多個“首次”：

1、首次在我國高軌衛星上使用電推進(無需消耗化學推進劑)完成全壽命期內南北位保任務，衛星承載能力顯著提升；

2、首次在我國衛星上應用Ka頻段多波束寬帶通信系統，通信總容量超過20Gbps；

3、首次在我國高軌衛星上搭載激光通信系統；

4、首次在我國高軌長壽命通信衛星上百分之百工程化應用國產化產品，改變了相關產品長期依賴進口的局面；

5、首次在我國衛星上將技術試驗和示範應用相結合，加速科研成果的應用轉化，既滿足新技術在軌試驗的目的，又滿足載荷示範應用的要求，提高工程綜合效益。

4月12日19時04分，中國西昌衛星發射中心成功發射實踐十三號衛星。

【能給生活帶來什麼“實惠”?】

成功發射一顆通信衛星，對於當今中國來說並不稀奇。4月12日挺進蒼穹的實踐十三號衛星之所以備受關注，是因它將給人們的日常生活帶來“實惠”。

總體來說，實踐十三號衛星可以給人們帶來兩大實惠：

第一件“實惠”是實現無縫“動中通”，空中上網、列車寬帶、海上互聯不再“斷斷續續”。

中國航天科技集團公司五院實踐十三號衛星工程總設計師劉方解釋，“動中通”是指車輛、輪船、飛機等移動載體在運動過程中的衛星通信保障。當前在國內，乘客上網體驗不佳，原因是地面移動網絡無法實現全面覆蓋，或即使覆蓋，但跨越不同區域導致切換過於頻繁，難以為高速交通工具提供服務。

“實踐十三號衛星通過多波束無縫切換，配合機載、車載或船載終端的自動跟蹤捕獲功能，為航空、航運、鐵路等各類交通工具上的乘客聯通世界。”劉方說。

舉例來說，實踐十三號衛星採用先進的Ka頻段寬帶通信技術，機載終端可以支持400Mbps(兆位/秒)的下載速率，而用傳統方法，整架飛機的網速只在10Mbps。

中國國家國防科技工業局系統工程司副司長趙堅說，中國已成功研發“機載衛星直播廣播電視接收與服務系統”，預計在3年時間內可部署於國內2400架民航客機，並推廣至船舶和高鐵。

第二件“實惠”是消除信息傳遞的盲區。

中國幅員遼闊、地形複雜，再加上東西部經濟發展不均衡，部分地區的寬帶接入設施較為落後。傳統做法是開展大規模的基礎建設，成本高昂且進度緩慢。

“實踐十三號衛星不受地面條件限制，可以發揮出快捷組網、高速接入的特點。”劉方說，這些高通量通信衛星為解決信息傳遞“最後一公里”提供新的解決方案。

對於參與徒步、越野、騎行、海釣、自駕遊的“驢友”來說，實踐十三號衛星將為他們“保駕護航”。設計者們有效縮小了衛星用戶終端天線尺寸，便於隨身攜帶，“驢友”或災民在遇險時就可與衛星建立語音、數據和視頻傳輸。

實踐十三號衛星不僅用技術改變生活，還實現了“惠而不費”，其單位容量成本大幅下降。進一步說，利用衛星在經濟性上的優勢，廣播電視轉播商能夠提供數量更多、畫面更清晰的節目信號，電信服務提供商能夠提供與地面4G資費相近的衛星寬帶上網服務資費。

中國航天科技集團公司五院實踐十三號衛星系統總指揮周志成舉例說，近年來有不少消費者購買4K高清電視機，但一來是高清節目可選數量不多，二來是熒屏上經常佈滿像素顆粒。“實踐十三號衛星將帶來根本意義的改變。”他說，成百上千套高清電視節目將通過衛星實現傳送，豐富消費者的試聽體驗。

“以往我們欠缺衛星，手段不足。隨著航天技術發展，這種被動局面得到改善。”趙堅說，除了實踐十三號衛星為代表的固定通信領域，中國也在積極發展移動通信。

未來：我國電信服務將轉向全球

上世紀90年代以前，我國使用的通信衛星均是從國外進口。通過多年的不懈努力，目前，我國已形成固定通信廣播、移動通信、數據中繼等衛星通信技術服務體系，在軌民(商)通信衛星16顆，轉發器總數量達273個，構建了北京、香港、喀什三地互聯互通的衛星測控和業務監測網絡，建成了連接南亞、非洲、歐洲和美洲的衛星電信港，基本形成了全球化的衛星通信服務能力。

國防科工局系統工程司副司長趙堅介紹，我國衛星通信服務業發展十分迅猛，全國直播衛星開通用戶已超過7000萬戶。在國際上，我國衛星通信業務也拓展至30多個國家和地區，中國衛星通信集團公司在全球衛星固定服務運營商中的綜合排名已躍升至第六位，市場影響力大幅提升。

按計劃，我國還將新增22顆通信廣播衛星，其中全新研製的通信衛星有5顆，包括L移動多媒體廣播衛星、大容量寬帶通信衛星、超大容量寬帶通信衛星、高承載比寬帶通信衛星、全球移動通信星座科研星等。多顆衛星在軌後，將推動我國電信服務網絡向全球服務的轉型升級。