+ 西安航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司 副總經(jīng)理 楊 恪

對(duì)我國(guó)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的觀察和思考

+ 西安航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司 副總經(jīng)理 楊 恪

衛(wèi)星及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)主要包括衛(wèi)星制造、發(fā)射、運(yùn)營(yíng)以及地面設(shè)備制造和服務(wù)，作為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，衛(wèi)星及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用，并迅速向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滲透，呈現(xiàn)出較高的成長(zhǎng)性和較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)融合性。預(yù)計(jì)到“十二五”末，我國(guó)將有上百顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，從而形成較完備的應(yīng)用衛(wèi)星體系，為衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。可以預(yù)期，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間都將是我國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用的高速發(fā)展期，其中衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感則是衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的三大支柱。本文結(jié)合西安航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司近年來(lái)在以上主流方向的業(yè)務(wù)開展情況，重點(diǎn)分析了我國(guó)衛(wèi)星通信，尤其是移動(dòng)衛(wèi)星通信的一些發(fā)展思路。

一、衛(wèi)星寬帶多媒體通信是不可或缺的通信手段

我國(guó)衛(wèi)星通信始于上世紀(jì)七十年代，1972年我國(guó)首次組建了衛(wèi)星地球站。上世紀(jì)八十和九十年代是我國(guó)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展期，其中VSAT衛(wèi)星通信的發(fā)展尤為快速。從1993年VSAT通信業(yè)務(wù)向社會(huì)開放經(jīng)營(yíng)至今，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其獨(dú)特的方式在我國(guó)信息通信領(lǐng)域里扮演著越來(lái)越重要的角色，其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)遍布全國(guó)各地。VSAT專用網(wǎng)絡(luò)成為許多大型企業(yè)、商業(yè)團(tuán)體、金融機(jī)構(gòu)、新聞單位拓展業(yè)務(wù)的神經(jīng)中樞。在公眾電信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于遠(yuǎn)距離的小容量通信，以及地面蜂窩網(wǎng)或?qū)ず粝到y(tǒng)的組網(wǎng)方面，VSAT系統(tǒng)也發(fā)揮了重要的作用。

進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)歷過(guò)一個(gè)衰落期，造成這種情況的原因主要來(lái)自兩方面：

1）以光纖為主導(dǎo)的地面固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展對(duì)衛(wèi)星通信產(chǎn)生很大沖擊，擠壓了衛(wèi)星通信應(yīng)用市場(chǎng)；

2）就衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身而言，我國(guó)還沒有形成一個(gè)完整的涵蓋開發(fā)、研制到生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈。衛(wèi)星通信終端尤其是室內(nèi)單元設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)基本采用國(guó)外產(chǎn)品，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，用戶量少和業(yè)務(wù)單一是主要制約因素。

盡管如此，和地面網(wǎng)絡(luò)相比，衛(wèi)星通信仍有自己無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)可以歸納為：

1）不受地域限制，覆蓋面積大，服務(wù)范圍廣；

2）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快，成本相對(duì)較低；

3）網(wǎng)絡(luò)路由簡(jiǎn)潔，抗毀性強(qiáng)，適合應(yīng)急和軍事通信使用。

因此，衛(wèi)星通信作為地面通信的補(bǔ)充和備份，仍然是國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施不可缺少的組成部分，有著地面通信網(wǎng)絡(luò)不可替代的作用。隨著近幾年國(guó)家各種應(yīng)急突發(fā)事件的頻發(fā)，衛(wèi)星通信在我國(guó)又進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的發(fā)展期。在這種形勢(shì)下，衛(wèi)星通信的寬帶化和移動(dòng)化，以及對(duì)多媒體業(yè)務(wù)的支持，無(wú)疑會(huì)更好地支撐衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的開展。

二、移動(dòng)衛(wèi)星通信面臨更多發(fā)展契機(jī)

衛(wèi)星通信中完整的地面站系統(tǒng)有至少一個(gè)中心站和若干遠(yuǎn)端站，中心站一般是固定站，遠(yuǎn)端站可能是固定站，也可能是“靜中通”、“動(dòng)中通”或便攜站等移動(dòng)終端。

從地面站配置的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器來(lái)看，國(guó)內(nèi)幾乎所有運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)集成商所選用的設(shè)備全部來(lái)自國(guó)外。這些國(guó)外廠商主要包括美國(guó)的休斯、衛(wèi)訊、iDirect和ComTech、以色列的吉萊特、德國(guó)的諾達(dá)。和公共電信網(wǎng)絡(luò)不同的是，全球范圍內(nèi)沒有統(tǒng)一的衛(wèi)星通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，主流的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器設(shè)備廠商都是各自定義自家的衛(wèi)星通信協(xié)議，一旦中心站選用了某個(gè)廠商的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，其余遠(yuǎn)端站也必須配置該廠商的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，采用不同廠商調(diào)制解調(diào)器設(shè)備的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法互聯(lián)互通。衛(wèi)星通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一和國(guó)外廠商的先期進(jìn)入導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器短期內(nèi)在民用市場(chǎng)上難以匹敵國(guó)外設(shè)備，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器更多的需求來(lái)自軍方市場(chǎng)。

但在移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)方面，國(guó)內(nèi)廠家面臨更多的機(jī)遇。陸地部分的移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)對(duì)“靜中通”、“動(dòng)中通”和便攜站仍有持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，我國(guó)在上世紀(jì)90年代末已有自行研制的“動(dòng)中通”移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的相關(guān)院所無(wú)論在“動(dòng)中通”系統(tǒng)的天線自動(dòng)對(duì)星技術(shù)還是載體結(jié)構(gòu)方面都取得了長(zhǎng)足發(fā)展，產(chǎn)品完全能滿足市場(chǎng)需要。移動(dòng)衛(wèi)星通信在海洋通信中則有更廣泛的市場(chǎng)，基站信號(hào)遠(yuǎn)海無(wú)法覆蓋，近海島嶼和地區(qū)無(wú)法無(wú)縫覆蓋，國(guó)際海事衛(wèi)星資費(fèi)昂貴，北斗導(dǎo)航設(shè)備只能提供短報(bào)文服務(wù)，這些都為移動(dòng)衛(wèi)星通信在海洋通信中提供了廣闊的市場(chǎng)前景。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間的通信衛(wèi)星和地面站組成，衛(wèi)星通信“抗毀性”好主要針對(duì)通信衛(wèi)星不易遭受攻擊而言，而地面站部分也必須考慮站點(diǎn)的機(jī)動(dòng)靈活，特別是中心站采用大口徑天線，通常都為固定站，容易成為攻擊目標(biāo)，一旦地面中心站被毀，衛(wèi)星通信的“抗毀性”就無(wú)從談起。因此移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展除了常規(guī)的“動(dòng)中通”和便攜站，還需考慮可移動(dòng)中心站。此外，雙頻“動(dòng)中通”（同一副天線可工作在兩個(gè)不同頻段，通常為Ku和Ka頻段）也是移動(dòng)衛(wèi)星通信新的發(fā)展方向，雙頻“動(dòng)中通”支持移動(dòng)終端訪問(wèn)不同頻段的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，進(jìn)一步增強(qiáng)了衛(wèi)星通信的穩(wěn)健性。移動(dòng)衛(wèi)星通信的這些新概念和新方向?yàn)槲覈?guó)的衛(wèi)星通信設(shè)備制造商提供了更多發(fā)展契機(jī)。

三、移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)促進(jìn)新型結(jié)構(gòu)地面天線的發(fā)展

天線是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中室外單元的主要組成部分，移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展帶動(dòng)了新型結(jié)構(gòu)天線的研制和生產(chǎn)。以“動(dòng)中通”為例，早期的“動(dòng)中通”和目前常規(guī)的“動(dòng)中通”采用窄波束反射面天線并把它安裝在一個(gè)三維機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái)上，靠穩(wěn)定平臺(tái)和伺服系統(tǒng)保證天線波束時(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，由于采用反射面天線，這種“動(dòng)中通”體積大，高度高，車載往往超高。較新的“動(dòng)中通”則采用平板相控陣天線實(shí)現(xiàn)二維跟蹤，盡管平板相控陣天線的掃描范圍一般只有120度，但在利用激光陀螺或光纖陀螺等敏感元件并附加精密機(jī)械伺服控制系統(tǒng)后，平板相控陣天線能實(shí)現(xiàn)有效的全方位跟蹤。而且系統(tǒng)反應(yīng)速度很快,跟蹤效果更好。

圖1和圖2分別是航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司已研制的0.6米Ku頻段平板“動(dòng)中通”樣機(jī)和0.6米反射面型Ku/Ka雙頻動(dòng)中通樣機(jī)的示意圖。從中可以看出，平板“動(dòng)中通”的體積和高度都更小。

如前所述，移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)中現(xiàn)已出現(xiàn)對(duì)移動(dòng)型中心站的需求，無(wú)論C頻段還是Ku頻段，中心站天線直徑通常都在3.7米以上，而口徑1.8m以上的固面天線重量已經(jīng)非常大，即使分片包裝，運(yùn)輸、安裝和拆卸仍然相當(dāng)復(fù)雜。航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司最近提出一種利用傘狀天線構(gòu)建快速機(jī)動(dòng)型地面站的方案并已研制成功4.2米和6.2米兩種尺寸的傘狀天線，該方案利用了傘狀天線可快速展開收攏、體積更小、重量更輕、收攏后便于隱蔽運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。傘狀天線最早是作為星載可展開天線來(lái)使用的，其反射面由天線肋和反射網(wǎng)組成，美國(guó)、歐洲部分國(guó)家和以色列的一些衛(wèi)星上都曾使用到傘狀天線。圖3是航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司4.2米傘天線展開的實(shí)物圖，該天線現(xiàn)已投放市場(chǎng)并獲得了用戶訂單。

傘天線是將空間天線技術(shù)轉(zhuǎn)換為地面應(yīng)用以適應(yīng)移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展的成功案例。其成功啟示了研究人員空間技術(shù)向地面轉(zhuǎn)換是加速移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的一條捷徑，充氣式便攜地面天線是對(duì)此的又一良好印證，該天線于2012年3月在華盛頓舉辦的2012美國(guó)衛(wèi)星通信展會(huì)上由美國(guó)GATR公司正式推出，一經(jīng)露面就引起了高度關(guān)注，被認(rèn)為是移動(dòng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域創(chuàng)新力十足的一款產(chǎn)品。充氣天線如圖4所示，它由反射面、球體透波罩、饋源、充氣機(jī)、安裝平臺(tái)等構(gòu)成，球體透波罩由柔性薄膜縫合制成，具有強(qiáng)透波性。球體透波罩內(nèi)部的拋物反射面由薄膜材料縫合粘結(jié)形成，薄膜上有導(dǎo)電性金屬薄膜涂層。在用充氣機(jī)對(duì)透波罩上半部分和下半部分進(jìn)行充氣后，由兩面壓力差形成內(nèi)部的拋物反射面。

充氣式便攜天線最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了大口徑天線的便攜化，傳統(tǒng)固面便攜天線的口徑不能大于1米。而GATR公司在2012年3月的這次展會(huì)上，展出了直徑為2.4米的充氣地面天線，這種2.4米的天線能用于C、X、Ku和Ka頻段的便攜衛(wèi)星通信。航天恒星科技實(shí)業(yè)（集團(tuán)）公司在2013年年底也研制成功了直徑1.8米的C頻段充氣式便攜天線，在研制過(guò)程中，我們也深刻體會(huì)到，星載天線技術(shù)向地面應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，并非簡(jiǎn)單的原樣復(fù)制，也需要解決地面應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的新問(wèn)題，例如充氣式地面天線不考慮星載充氣天線所要求的材料硬化過(guò)程和抗輻射能力，但必須保證球體罩和內(nèi)部反射面材料的氣密性，這需要專門的裁剪和粘接工藝來(lái)保障。

四、結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星通信是衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的主打方向之一，也是航天商業(yè)化的熱點(diǎn)領(lǐng)域。隨著國(guó)家加大和加快對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育，我國(guó)衛(wèi)星通信設(shè)備的自主研發(fā)能力和產(chǎn)品技術(shù)更新能力正在日益提升，在移動(dòng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域，這種提升趨勢(shì)尤為明顯。盡管目前我們和國(guó)際先進(jìn)的衛(wèi)星通信設(shè)備制造上還有一定的差距，但借助我國(guó)航天科技多年的技術(shù)積累，在傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)領(lǐng)域迎頭趕上，在一些新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域或技術(shù)方向上實(shí)施超越指日可待，星地一體的自主化衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)于保障國(guó)家安全，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展無(wú)疑將發(fā)揮巨大作用。