+ 西安航天恒星科技實業(yè)（集團）公司 副總經(jīng)理 楊 恪

對我國衛(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業(yè)（集團）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、運營以及地面設(shè)備制造和服務(wù)，作為我國戰(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)在國民經(jīng)濟的各個領(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)出較高的成長性和較強的產(chǎn)業(yè)融合性。預(yù)計到“十二五”末，我國將有上百顆衛(wèi)星在軌運行，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，未來相當(dāng)長一段時間都將是我國衛(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業(yè)（集團）公司近年來在以上主流方向的業(yè)務(wù)開展情況，重點分析了我國衛(wèi)星通信，尤其是移動衛(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

我國衛(wèi)星通信始于上世紀(jì)七十年代，1972年我國首次組建了衛(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)向社會開放經(jīng)營至今，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其獨特的方式在我國信息通信領(lǐng)域里扮演著越來越重要的角色，其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)遍布全國各地。VSAT專用網(wǎng)絡(luò)成為許多大型企業(yè)、商業(yè)團體、金融機構(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。

進入21世紀(jì)后，國內(nèi)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)歷過一個衰落期，造成這種情況的原因主要來自兩方面：

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

2）就衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身而言，我國還沒有形成一個完整的涵蓋開發(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)星通信仍有自己無可比擬的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢可以歸納為：

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，成本相對較低；

3）網(wǎng)絡(luò)路由簡潔，抗毀性強，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充和備份，仍然是國家信息基礎(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。隨著近幾年國家各種應(yīng)急突發(fā)事件的頻發(fā)，衛(wèi)星通信在我國又進入了一個相對平穩(wěn)的發(fā)展期。在這種形勢下，衛(wèi)星通信的寬帶化和移動化，以及對多媒體業(yè)務(wù)的支持，無疑會更好地支撐衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的開展。

二、移動衛(wèi)星通信面臨更多發(fā)展契機

衛(wèi)星通信中完整的地面站系統(tǒng)有至少一個中心站和若干遠(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”、“動中通”或便攜站等移動終端。

從地面站配置的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器來看，國內(nèi)幾乎所有運營商和系統(tǒng)集成商所選用的設(shè)備全部來自國外。這些國外廠商主要包括美國的休斯、衛(wèi)訊、iDirect和ComTech、以色列的吉萊特、德國的諾達。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)一和國外廠商的先期進入導(dǎo)致國產(chǎn)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器短期內(nèi)在民用市場上難以匹敵國外設(shè)備，國產(chǎn)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器更多的需求來自軍方市場。

但在移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)方面，國內(nèi)廠家面臨更多的機遇。陸地部分的移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)對“靜中通”、“動中通”和便攜站仍有持續(xù)增長的市場需求，我國在上世紀(jì)90年代末已有自行研制的“動中通”移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，經(jīng)過十多年的發(fā)展，國內(nèi)的相關(guān)院所無論在“動中通”系統(tǒng)的天線自動對星技術(shù)還是載體結(jié)構(gòu)方面都取得了長足發(fā)展，產(chǎn)品完全能滿足市場需要。移動衛(wèi)星通信在海洋通信中則有更廣泛的市場，基站信號遠(yuǎn)海無法覆蓋，近海島嶼和地區(qū)無法無縫覆蓋，國際海事衛(wèi)星資費昂貴，北斗導(dǎo)航設(shè)備只能提供短報文服務(wù)，這些都為移動衛(wèi)星通信在海洋通信中提供了廣闊的市場前景。

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的機動靈活，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”就無從談起。因此移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展除了常規(guī)的“動中通”和便攜站，還需考慮可移動中心站。此外，雙頻“動中通”（同一副天線可工作在兩個不同頻段，通常為Ku和Ka頻段）也是移動衛(wèi)星通信新的發(fā)展方向，雙頻“動中通”支持移動終端訪問不同頻段的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，進一步增強了衛(wèi)星通信的穩(wěn)健性。移動衛(wèi)星通信的這些新概念和新方向為我國的衛(wèi)星通信設(shè)備制造商提供了更多發(fā)展契機。

三、移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)促進新型結(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，移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展帶動了新型結(jié)構(gòu)天線的研制和生產(chǎn)。以“動中通”為例，早期的“動中通”和目前常規(guī)的“動中通”采用窄波束反射面天線并把它安裝在一個三維機械穩(wěn)定平臺上，靠穩(wěn)定平臺和伺服系統(tǒng)保證天線波束時時對準(zhǔn)衛(wèi)星，由于采用反射面天線，這種“動中通”體積大，高度高，車載往往超高。較新的“動中通”則采用平板相控陣天線實現(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械伺服控制系統(tǒng)后，平板相控陣天線能實現(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業(yè)（集團）公司已研制的0.6米Ku頻段平板“動中通”樣機和0.6米反射面型Ku/Ka雙頻動中通樣機的示意圖。從中可以看出，平板“動中通”的體積和高度都更小。

如前所述，移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)中現(xiàn)已出現(xiàn)對移動型中心站的需求，無論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，運輸、安裝和拆卸仍然相當(dāng)復(fù)雜。航天恒星科技實業(yè)（集團）公司最近提出一種利用傘狀天線構(gòu)建快速機動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、收攏后便于隱蔽運輸?shù)奶攸c。傘狀天線最早是作為星載可展開天線來使用的，其反射面由天線肋和反射網(wǎng)組成，美國、歐洲部分國家和以色列的一些衛(wèi)星上都曾使用到傘狀天線。圖3是航天恒星科技實業(yè)（集團）公司4.2米傘天線展開的實物圖，該天線現(xiàn)已投放市場并獲得了用戶訂單。

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美國衛(wèi)星通信展會上由美國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、安裝平臺等構(gòu)成，球體透波罩由柔性薄膜縫合制成，具有強透波性。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。在用充氣機對透波罩上半部分和下半部分進行充氣后，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是實現(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。航天恒星科技實業(yè)（集團）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，在研制過程中，我們也深刻體會到，星載天線技術(shù)向地面應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過程中，并非簡單的原樣復(fù)制，也需要解決地面應(yīng)用過程中產(chǎn)生的新問題，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保障。

四、結(jié)語

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)化的熱點領(lǐng)域。隨著國家加大和加快對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育，我國衛(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，在移動衛(wèi)星通信領(lǐng)域，這種提升趨勢尤為明顯。盡管目前我們和國際先進的衛(wèi)星通信設(shè)備制造上還有一定的差距，但借助我國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)方向上實施超越指日可待，星地一體的自主化衛(wèi)星通信系統(tǒng)對于保障國家安全，促進國民經(jīng)濟的健康發(fā)展無疑將發(fā)揮巨大作用。