□ 遲惑

馬航370事件發(fā)生以后，人們對于民航客機衛(wèi)星通信有了新的認(rèn)識。在以往，民航客機只需要和空中交通管制部門保持聯(lián)系就可以了。但在多數(shù)國家，空中交通管制部門和航空公司是兩個不同的概念。在很多國家、在很多情況下，空中交通管制是由空軍負(fù)責(zé)的。也就是說，航空公司如果想知道自己的某一架飛機在什么地方？處于什么狀態(tài)？往往要向空中交通管制部門去查詢。

在體制機制比較完善的國家，空中交通管制部門對領(lǐng)空內(nèi)的所有航空器保持著嚴(yán)密的監(jiān)視，一般不會發(fā)生失聯(lián)。但是在一些經(jīng)濟(jì)社會并不發(fā)達(dá)的國家，連空軍的雷達(dá)網(wǎng)都存在著漏洞，空中交通管制并不是很嚴(yán)密的。就造成了這樣一種可能性，民航客機在相當(dāng)長的一段航線上都是在靠自己的導(dǎo)航儀器飛行，地面并不知道他在哪里，也無法和他聯(lián)系上。例如馬航事件中，飛機失蹤以后沒有人知道它在哪里，無論是航空公司還是地面管制部門，連基本的方向都無法給出一個確切的消息。最終竟然要靠通信衛(wèi)星的多普勒效應(yīng)來模糊地推測飛機最后的位置。

實際上，中國的有關(guān)民航管理部門在兩年以前就要求民航飛機除了要能與空中交通管制部門通信，必須具有另外一套系統(tǒng)，保持和本航空公司航班調(diào)度部門（也就是簽派室）的直接聯(lián)系。這兩套通信系統(tǒng)必須是相互獨立，任何一套系統(tǒng)的故障與否都不能影響另外一套系統(tǒng)的工作，任何一架飛機如果具備了這樣的系統(tǒng)，就不會失聯(lián)。

多普勒效應(yīng)現(xiàn)象：遠(yuǎn)方急駛過來頻率變高，而離我們而去頻率變低

從機載海事衛(wèi)星（國際移動衛(wèi)星）設(shè)備上獲取的7個時間點的握手信息及其多普勒頻移數(shù)據(jù)，成為鎖定MH370航班最終“失聯(lián)”時間、判斷客機“終結(jié)”于南印度洋的重要線索

當(dāng)然，民航客機與航空公司簽派室保持通信聯(lián)系，并不是僅僅為了避免失聯(lián)，也是為了能有效管理提高航空飛行的安全性，改善航空運輸?shù)男?。民航的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)指出，由于中國民航運輸業(yè)迅速發(fā)展，航空公司的航班正點率，面臨著極大的挑戰(zhàn)，僅僅依靠空中交通管制部門是無法充分滿足旅客需求的，航空公司的積極介入和技術(shù)支持，能有效地改善局面。但是，航空公司能不能介入、能不能支持，取決于簽派室能否和飛機保持通信聯(lián)系，特別是實時的話音聯(lián)系。

相關(guān)鏈接

新聞背景

為有效促進(jìn)民航衛(wèi)星應(yīng)用的發(fā)展，6月5日，由中國通信學(xué)會衛(wèi)星通信委員會主辦的2014民航衛(wèi)星應(yīng)用研討會在京召開。來自國家相關(guān)部委、各航空公司、相關(guān)科研院所及衛(wèi)星通信運營商、機載設(shè)備供應(yīng)商等企業(yè)的160余位代表參加了此次研討會。

圍繞“衛(wèi)星應(yīng)用助推民航飛行安全與信息互通”這個主題，與會各方就民航在飛行安全和信息互通中衛(wèi)星應(yīng)用的市場需求、技術(shù)體制、運營模式、監(jiān)管政策及產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向等內(nèi)容進(jìn)行了探討和交流。

民航局飛標(biāo)司副司長楊洪海在會上介紹了民航應(yīng)用衛(wèi)星通信的實施政策。他說，目前，國內(nèi)許多航空公司在國際航線、高原機場運行的和部分新引進(jìn)的飛機上安裝了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，為推進(jìn)衛(wèi)星語音通信在運行控制中的使用奠定了基礎(chǔ)。隨著我國航空運輸量和機隊數(shù)量的快速增長，安全壓力越來越大，為有效解決飛機與航空公司運行控制中心之間語音通信聯(lián)系和實時監(jiān)控問題，民航局早在2012年12月就出臺了《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施政策》，并于2013年初印發(fā)至各航空公司，提出在2017年底前實現(xiàn)所有運輸類飛機使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)與運行控制中心在4分鐘內(nèi)建立語言通信聯(lián)系的目標(biāo)。希望各航空公司努力推動衛(wèi)星通信工作的發(fā)展，提升對飛行運行的風(fēng)險控制能力，政府部門也將秉持公開、公平、透明的原則，積極引導(dǎo)并推進(jìn)航空公司衛(wèi)星通信的實施。

據(jù)介紹，航空公司的飛機與地面之間的語音通信主要通過高頻、甚高頻和衛(wèi)星來實現(xiàn)，目前，我國航空公司主要采用的是高頻和甚高頻，衛(wèi)星通信與之相比，具有通信質(zhì)量高、保密性強、干擾小、容量大、覆蓋范圍廣以及運行穩(wěn)定等優(yōu)點。衛(wèi)星通信技術(shù)在國際上已日臻成熟，并被發(fā)達(dá)國家航空公司普遍應(yīng)用于運行控制。當(dāng)前絕大多數(shù)在役機型以及新機型均具備安裝衛(wèi)星通信的基本條件。國內(nèi)外衛(wèi)星通信服務(wù)商能夠根據(jù)不同機型提供經(jīng)適航認(rèn)證的、多樣化的機載衛(wèi)星通信產(chǎn)品，并按照用戶要求制定適用的解決方案。

大會會場

中國民航規(guī)章《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》CCAR-121-R4第97條規(guī)定：“合格證持有人應(yīng)當(dāng)證明，在正常運行條件下，在整個航路上，所有各點都具有陸空雙向無線電通信系統(tǒng)，能保證每一架飛機與相應(yīng)的簽派室之間，每一架飛機與相應(yīng)的空中交通管制單位之間，以直接的或者通過經(jīng)批準(zhǔn)的點到點間的線路進(jìn)行迅速可靠的通信聯(lián)系?！?/p>

并規(guī)定“除經(jīng)局方根據(jù)所用機型和運行情況做出的特殊批準(zhǔn)外，對于合格證持有人的所有運行，每架飛機與簽派室之間的通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是空中交通管制通信系統(tǒng)之外的獨立系統(tǒng)?！边@里的合格證持有人指的是航空公司。

那么所謂迅速可靠的通信聯(lián)系，它的概念是什么呢？民航管理部門在另一份規(guī)章《航空承運人運行中心（AOC）政策與標(biāo)準(zhǔn)》中給出了明確的數(shù)字，不超過4分鐘。

那么飛機應(yīng)該用什么手段來實現(xiàn)這4分鐘的要求?如果一架飛機，僅僅是運行在北京到上海，或北京到廣州的航線，這似乎不是什么問題。中國的東部比較平坦，城市密集，有足夠的條件來構(gòu)建密集的地空通信網(wǎng)。但是，如果離開這個區(qū)域，飛機飛行在青藏高原、戈壁灘或者雪山之上，是很難構(gòu)建地空通信網(wǎng)的。又如果飛機向東跨越太平洋前往美國，在茫茫大海之上，到哪里去設(shè)立通信基站呢?對于長途飛行的客機，尤其是對于需要越洋飛行的洲際客機來說，采用衛(wèi)星通信是滿足民航管理部門有關(guān)規(guī)章要求的唯一手段。

美國國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)

美國“軍事星”系統(tǒng)

B-2飛機

美國海軍“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”(MUOS)將建立一個安全的全球性3G通信網(wǎng)絡(luò)

航空衛(wèi)通的先行者——軍用飛機

人類最早規(guī)?；褂煤娇招l(wèi)星通信的，不是民航，而是美國的戰(zhàn)略轟炸機部隊和美國總統(tǒng)的空軍一號專機。

當(dāng)年，美國一直準(zhǔn)備著和蘇聯(lián)打一場大規(guī)模的、全球化的核戰(zhàn)爭，如果真的發(fā)生了這樣的戰(zhàn)爭，軍事通信系統(tǒng)肯定是蘇聯(lián)的重點打擊對象，無論是無線通信基站，還是有線電話的交換機，都會在第一輪核打擊中被摧毀殆盡，而且會引發(fā)強烈的電磁脈沖，會使地面上的無線電通信受到強烈的干擾，在這種時刻，只有衛(wèi)星通信，才是靠得住的。

在人類所使用的無線電通信頻率中，有一部分頻段是專門劃分給軍事衛(wèi)星通信的，例如美軍使用的UHF、EHF頻段等。因為事關(guān)最高指揮當(dāng)局和核力量，美軍的航空衛(wèi)星通信一直都很神秘。我們所能查到的案例并不多。

第一個是在90年代，美國為“軍事星”和“全球廣播系統(tǒng)”研制了一種多個天線組成的陣列式機載終端，具有自動指向衛(wèi)星的能力。終端在美國空軍的C-135（也就是波音707）試驗平臺上做了飛行試驗。衛(wèi)星通信的上行頻率是20GHZ，下行頻率是40GHZ。試驗取得了不錯的效果。項目組建議把成果應(yīng)用在各種戰(zhàn)斗機、特種作戰(zhàn)飛機、無人機和B-2轟炸機上?！败娛滦恰蓖艘酆螅绹l(fā)射了“先進(jìn)極高頻”（AEHF）通信衛(wèi)星。2009年，媒體報道說，諾斯洛普·格魯曼公司已經(jīng)在為B-2加裝AEHF的通信終端了。B-2在服役之初，裝備的是UHF頻段的衛(wèi)星通信終端，而AEHF系統(tǒng)具有更大的帶寬、更好的保密性能。需要注意的是，B-2作為隱身轟炸機，在無線電通信問題上進(jìn)行了精心設(shè)計。要知道，隱身飛機并不是在每個方向上都不能被雷達(dá)看到。它主要是躲避前下方的雷達(dá)。因此，隱身飛機一般不在機身下方安裝無線電發(fā)射天線，以防所發(fā)射的電波被敵方探測到。從美國空軍提供的圖片可以看到，B-2的幾乎所有天線都裝在機背上，包括與“軍事星”通信的超高頻（SHF）天線、與“軍事星”或AEHF通信的EHF天線、與“國防通信衛(wèi)星系統(tǒng)”、“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”等通信的UHF天線，還有GPS天線。

UHF頻段的使用相對普及一些。著名的美國航空電子廠商羅克韋爾·柯林斯研制的AN/ARC-210型UHF航空型終端是最主要的機載型號，據(jù)說美軍已經(jīng)采購了3萬多臺。美國海軍發(fā)起的“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”新型UHF移動通信星座上天后，AN/ARC-210已經(jīng)實現(xiàn)了和這種衛(wèi)星的通信。美國正在采購的新一代F-35戰(zhàn)斗機將普遍裝備“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”終端。

航空衛(wèi)星通信為美國軍隊航空力量的日常運行、演習(xí)和作戰(zhàn)提供了有力支持，證明了航空衛(wèi)星通信的意義。那么，民航客機是不是也可以使用衛(wèi)星通信呢？

銥星和國際移動衛(wèi)星的對比

銥星系統(tǒng)

國際移動衛(wèi)星系統(tǒng)（原海事衛(wèi)星系統(tǒng)）

民航能用什么衛(wèi)星？

理論上說，任何通信衛(wèi)星都能和客機通信，但是不同無線電頻段需要配用不同尺寸的天線。例如傳統(tǒng)C頻段的天線就相當(dāng)大，直徑數(shù)米就算比較小的了，因此很難裝到飛機上。而更高頻段的Ku和Ka頻段，天線尺寸比較小，但對飛機來說也不是能輕易裝上的，畢竟飛機上的空間非常有限。而且，Ku和Ka頻段的天線都需要精確地對準(zhǔn)衛(wèi)星才能工作，相應(yīng)地要有一套復(fù)雜的機構(gòu)來控制天線，包括測量位置和方向的GPS接收機和陀螺儀，來驅(qū)動天線的電機和傳動機構(gòu)等，還有相應(yīng)的電子設(shè)備。這種天線叫做動中通，它的關(guān)鍵技術(shù)是近些年才取得突破的。而且最小型的“動中通”直徑也有幾十厘米的直徑，這還沒有算上用來處理信號的終端。

具體到前艙也就是駕駛艙，駕駛艙里被大量的儀表所占據(jù)，這些儀表用來顯示飛機各個分系統(tǒng)的各種參數(shù)，還有無數(shù)的開關(guān)手柄，操縱桿，如果衛(wèi)星通信終端的體積太大，多數(shù)航空公司都不會同意安裝，因此，因此必須為前艙尋找一種天線更小的頻段，而且只需要把天線大概對準(zhǔn)衛(wèi)星就可以工作，省去控制機構(gòu)。這樣的頻段就是如今人們常常用于移動通信的L頻段。當(dāng)今使用L頻段的移動通信衛(wèi)星中最出名的是國際移動通信衛(wèi)星，也就是曾經(jīng)的國際海事衛(wèi)星。

海事衛(wèi)星的歷史悠久、性能穩(wěn)定，背后得到了幾乎全世界政府的支持，為海事衛(wèi)星開發(fā)的終端種類不計其數(shù)，其中當(dāng)然也包括很多種航空型。這些終端的天線可以做成流線型，裝在飛機背上只有一個不大的突起。個別天線為了彌補外形改變對飛行平穩(wěn)性的影響，還特意做出垂尾樣子的氣動穩(wěn)定面。國際移動衛(wèi)星支持話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，對于一般的航空通信來說已經(jīng)足夠了。本次馬航370失聯(lián)事件，飛機上的國際移動衛(wèi)星終端雖然沒有實際通話，但是衛(wèi)星終端的Ping功能仍然為人們提供了一種方式來查找飛機的大概飛行方向和失去蹤跡的大概位置。

第5代國際移動衛(wèi)星INMARSAT I-5

飛機通信解析圖

民航衛(wèi)星通信系統(tǒng)原理示意圖

國際移動衛(wèi)星北京地面站

不過海事衛(wèi)星存在以下幾個問題：

一是存在比較大的時延。海事衛(wèi)星運行的地球靜止軌道上，每次通話一來一回，至少要經(jīng)過72000千米，電磁波要跑0.3秒左右、如果兩個通話地點之間的跨度比較大，這個時間延遲可能會更長，這會讓通話的雙方都感到有些不自然。

海事衛(wèi)星的另一個問題就是費用高，每分鐘通話的費用是8美元，實在是有點小貴。在航空市場競爭激烈的今天，航空公司對此還是挺算計的。

更為重要的一個問題是，國際移動衛(wèi)星是很難為高緯度地區(qū)提供服務(wù)的。這是因為緯度高，新地通信鏈路和地面的夾角就變得非常小。如果終端放在地面，那么一棵樹一座房子就會把鏈路徹底擋住。如果緯度再高一些，進(jìn)入了南極圈或者北極圈，那么地球本身的曲率就會讓飛機徹底看不到衛(wèi)星。這個問題對于中國而言尤其嚴(yán)重。中國前往美國的航班，一般是從北冰洋上空飛過的，也就是所謂的北極航線，這是飛行距離最短的一條航線。然而當(dāng)飛機進(jìn)入極區(qū)，在北冰洋上空飛行的時候。即使采用國際移動衛(wèi)星，通信也是完全斷絕的，這就帶來了巨大的隱患。而國際移動衛(wèi)星所采用的地球靜止軌道，是無論如何也不能解決這個問題，

而低軌道的銥星系統(tǒng)，就不存在這樣的問題。銥星采用了極地軌道，也就是說，衛(wèi)星軌道的每一圈都要從南極和北極上空飛過。飛機在北極圈上空所能看到的衛(wèi)星數(shù)量，比在其他地區(qū)一點都不少。

銥星所能支持的數(shù)據(jù)通信速度略微慢一點，但話音通信完全不存在問題。另外，銥星運行在不到1000千米的軌道上，傳輸時延的問題可以忽略不計，通話更加自然。銥星的終端價格和通話費用，曾經(jīng)相當(dāng)昂貴，因此也導(dǎo)致了這個系統(tǒng)的一度破產(chǎn)。但經(jīng)過重組，銥星系統(tǒng)的通話費用已經(jīng)大幅度降低，如今已經(jīng)達(dá)到了航空業(yè)能普遍接受的程度。根據(jù)國內(nèi)代理商提供的數(shù)據(jù)，中國銥星用戶在國內(nèi)的通話費是6.4元/分鐘，境外是12元/分鐘，顯然比海事衛(wèi)星便宜。因此，航空公司普遍比較傾向于使用銥星。

但銥星也有自己的問題。首先，它采用了星上交換的方式，不需要地面樞紐就可以實現(xiàn)全球通信。從通信技術(shù)的角度來說，這當(dāng)然是比較先進(jìn)的，但是這使銥星用戶可以逃脫各國政府的監(jiān)管。如果有人用銥星終端討論一些非法行為，政府可能是完全不知道的。另外正如前文所述，銥星所使用的頻段，在部分地區(qū)和某些導(dǎo)航系統(tǒng)存在著干擾。這就限制了銥星在民航上的使用。

世界上還存在著一個低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，也就是“全球星”。它的系統(tǒng)比銥星更簡單，并且采用了地面站交換的方式，各國政府可以比較容易地監(jiān)控通話內(nèi)容。但也正是因為如此，在沒有地面站支持的大海上，全球星是不能通信的。因此這個系統(tǒng)第一時間就被排除在民航通信之外了。

因此，如果要充分滿足民航客機對于衛(wèi)星通信的需求，當(dāng)前所能使用的這兩個系統(tǒng)都是存在缺陷的?？峙氯藗冞€要啟動新的總體設(shè)計，在頻段軌道等問題上進(jìn)行全球性的協(xié)調(diào)，真正找到一個能為民航客機服務(wù)的全球覆蓋的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

通信導(dǎo)航能一體化嗎？

通信和導(dǎo)航雖然在頻段上有沖突，但對用戶來說卻是可以合二為一的。其實要實現(xiàn)民航飛機監(jiān)控，機載無線電通信設(shè)備也應(yīng)當(dāng)同時具備通信和導(dǎo)航功能（衛(wèi)星通信終端也是一種無線電臺）。如果電臺本身帶有衛(wèi)星導(dǎo)航功能，與空管部門簽派室通信的時候，就能發(fā)回自己的位置數(shù)據(jù)。這樣后方在與飛機通話的同時，就可以把飛機的位置顯示在電子地圖上。這其實就是國內(nèi)外最近很流行的資產(chǎn)跟蹤。很多衛(wèi)星終端已經(jīng)集成了GPS功能，由于移動通信衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星都工作在L頻段，只要在天線設(shè)計中采取一定的措施，就可以實現(xiàn)一體化。

其實，世界上已經(jīng)存在的一種通信導(dǎo)航一體化的系統(tǒng)，就是中國的北斗雖然只能進(jìn)行短報文通信，不能向海事衛(wèi)星或銥星那樣支持話音甚至寬帶，但畢竟為人們提供了一種選擇，早期的北斗必須依靠接收機、衛(wèi)星和總站的三方通信來定位，時延比較長，不適合高速運動的飛機使用。新一代北斗只需要衛(wèi)星發(fā)射信號給接手機就可以導(dǎo)航或者定位，但是短報文功能保留了下來，只要在系統(tǒng)中開通功能，只需要北斗系統(tǒng)就可以實現(xiàn)跟蹤了。

大型客機有充足的預(yù)算和空間來安裝衛(wèi)星移動通信終端，對單一系統(tǒng)的需求并不強烈，而對中小型飛機來說這可能就比較重要了。如果讀者去過馬爾代夫、塞班島這樣的海濱旅游勝地，乘坐過那里的水上飛機，就能體會到這一點。這種載客不過十余人，飛行不過百余千米的小飛機，是沒有預(yù)算也沒有空間安裝移動衛(wèi)星終端的。但它們同樣需要保持實時通信，需要被實時監(jiān)控，北斗就是個好的選擇。

有了衛(wèi)星通信，在飛機上也能海聊

7月23日，中國東方航空公司MU5108航班測試空中上網(wǎng)，最高網(wǎng)速可達(dá)50M

飛行途中也上網(wǎng)

我們談了這么多都在說監(jiān)控，再說飛行員與地面的通話。衛(wèi)星通信與乘客們有什么關(guān)系呢？其實在現(xiàn)有的國際航班上，乘客艙普遍裝備了海事衛(wèi)星電話，乘客面前的綜合娛樂終端上有一個手柄，一面是游戲機操作器，另一面就是衛(wèi)星電話，電話側(cè)面有一個卡槽。乘客只要想打電話，拿出信用卡一刷就可以了。但價錢可是挺貴的，一分鐘8個美元絕不打折。

有沒有更便宜的衛(wèi)星通信服務(wù)可以提供給客艙的乘客呢！答案是肯定的，國際上已經(jīng)開通了不少用于客機后艙通信的衛(wèi)星服務(wù)，截止2013年底，全球共有34家航空公司超過1800架商用飛機部署了機上Wi-Fi服務(wù)，另有超過1300架飛機已經(jīng)完成簽約正在等待安裝。每天使用機載通信服務(wù)的乘客數(shù)量超過2萬戶。這類服務(wù)不再使用資源稀缺的L頻段，而是使用我們前面所說的Ku和Ka頻段。當(dāng)然，這也是“動中通”天線發(fā)展成熟的結(jié)果。近年來，航空“動中通”不斷取得進(jìn)展，尤其是平板天線的普及，是整個衛(wèi)星天線的高度可以大大下降，裝在飛機的后背上，對氣動外形的影響不像從前那樣明顯了，因此可以很容易地集成到飛機上，無論是在飛機制造時加裝還是在飛機投入使用后改裝，都更容易為人們所接受。Ku和Ka頻段的通信帶寬大、價格便宜，兩兆帶寬就可以給整個后艙提供服務(wù)，比海事衛(wèi)星的價錢便宜多了。