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在信息时代，没有手机信号、没有WiFi是一件十分闹心的事情，我们日常用的手机、笔记本电脑之所以能通话、能上网，靠的是地面移动通信系统，而当我们乘坐飞机或者到达偏远山区时，由于地面的通信系统覆盖不到，这里或者对于普通人来说直接不能通信或者信号时断时续，要想实现通信就需要靠卫星了。 中国的移动卫星通讯系统起步比较晚，在很长一段时间里还没有自己的移动通讯卫星，在10年前的汶川大地震中，中国只能租用国外的卫星电话与灾区进行联系、实施救援。 之后，在孙家栋院士的倡导之下，中国开始了移动通讯卫星系统的研发，终于在2016年8月6号成功发射了天通一号移动通讯卫星。 经过两年的在轨测试，今年天通一号卫星开始为商用通信服务，中国自主卫星电话开始正式放号。下面就为大家介绍一下这个具有里程碑意义的移动通信卫星——天通一号。  （一）什么是移动通信卫星？ 简单来说，移动通信卫星就是可以为移动用户之间提供通信服务的卫星。 自1982年移动通信卫星正式提供商业服务以来，卫星移动通信就引起了国际社会的极大关注。此后，随着技术的不断成熟，移动通信卫星也开始向个人用户提供服务。 目前移动通信卫星可以根据其运行轨道分为三种：地球静止轨道移动通信卫星、低轨道移动通信卫星和中轨道移动通信卫星。 1.地球静止轨道移动通信卫星：适合大型运输装备 中国在98年抗洪救灾时使用的国际移动卫星3号是该类型移动通信卫星的典型代表。 这种卫星具有通信距离较远、信号较弱、地面设备较大等缺点，只能在大型的运输装备上使用，比如轮船、飞机和汽车等。 即便是有比较先进的便携式地面手持设备，在使用之前也需要找准国际移动卫星，并且在通话时设备不能移动。 但是随着技术的发展，该类型也出现了可以提供个人业务的通信卫星。 2.低轨道移动通信卫星：信号损耗小，覆盖区域广 这种卫星是目前移动通信卫星发展的热点类型，具有运行轨道低、便于发射的特点。此外，由于其信号传输线路短，因而具有衰减损耗小、时间延迟短、可以获得最有效的频率复用等优点，同时也可以实现全球覆盖。 而且，由于体积和质量较小，这类卫星的研发和生产周期大大缩短，研发费用也大大降低。其中具有代表性的就是铱星和全球星，中国的天通一号卫星也属于这一类型。  （天通一号卫星） 3.中轨道的移动通信卫星：3颗就可以覆盖全球，但区域有限 这种卫星运行的轨道高度介于低轨道和地球静止轨道之间。 通常这一轨道的移动通信卫星只需要3颗就可以实现全球覆盖，要远远小于中轨道和低轨道的卫星数量，但是这种轨道的卫星覆盖不到南极和北极地区。其典型代表就是ICO卫星。 （二）卫星要想完成任务，平台、有效载荷一个都不能少 一个能够完成特殊任务的航天器是由平台和有效载荷组成的。 航天器的有效载荷指的是航天器上能够直接实现其在轨运行的特定任务的仪器、设备、工作人员等。航天器的有效载荷是确保航天器在轨工作的一个重要因素，有效载荷的选择和设计直接影响了特定航天任务的实现程度。 天通一号卫星是中国目前自主研制载荷规模最大的通信卫星，其使用的平台是东方红四号，该平台包括电源、测控、数据管理、姿态和轨道控制、推进、结构与机构、热控等系统，使用了全三轴稳定控制方式，设计寿命为15年。平台的输出总功率为8000-10000瓦，并具有扩展至10000瓦以上的能力，能为有效载荷提供约6000-8000瓦的功率。该平台可承有效载荷重量600-800公斤，整星最大发射重量可达5200公斤。  （东方红四号卫星平台） 面对卫星复杂的系统，天通一号卫星在设计过程中使用了三维数字化设计和高密度分组集成的机电热一体化系统设计，将多台单机的功能融合到一台单机上，使其复杂的系统集成变得更加高效。 同时，为了使卫星的性能能够满足格外严格的一致性要求，在卫星的研发过程中，研究团队在选用原材料、制作和调试元器件以及对元器件测试等过程中进行了非常严格的一致性控制。  （卫星结构图） （三）天线在太空慢慢展开，整个过程需要好几天 由于受到航天运载工具的运载空间和功率的限制，卫星等航天器的天线在发射阶段需要折叠起来固定在运载工具有效载荷舱内，待航天器进入轨道后，再在地面控制中心的指令下逐步完成展开动作，然后锁定并保持为工作状态。 可以说，天线的可展开性和可建造性是现代空间天线的一个显著特征，也是各国在现代航天技术活动中研究的重点内容。 天通一号移动通信卫星采用的天线是环形可展开卫星天线。该天线的结构分为四个主要部分：可展开环形桁架、金属反射网和柔性张力索网、张力弹簧阵、动力展开机构。该天线在发射时为收拢状态，位于卫星的有效载荷舱内，升空后于外层空间按指令顺序展开。  （环形可展开卫星天线展开状态） 其展开过程主要为两步： 第一步展开，天线反射器结构保持在收拢状态下，随支撑臂绕离星体运动，并于指定位置展开，此过程较短，在数分钟内即可以完成。  （天线第一步展开过程） 第二步展开，天线反射器结构上下两端解锁，然后在展开机构的驱动下，环形桁架执行展开运动，直至完全展开为工作状态并锁定。 此过程展开较为缓慢，时间较长，可以根据星体在轨情况分阶段进行，一般展开过程历时数小时或数十小时，整个过程将历时数天至数十天。  （天线第二步展开过程） 大型可展开天线的应用，使卫星可以实现大范围区域实时信号覆盖的同时，避免地形等因素的影响，实现对多种地形的全面覆盖，并且可以在恶劣的环境下保持正常通信。 此外，天通一号卫星在大型可展开天线的设计过程中使用了多种新技术，使大型可展开天线的研制水平得到了有效的提升。 （四）为了提高接收信号灵敏度，研究团队攻克了无源互调难题 天通一号通信卫星融合了通信卫星频率复用技术和星载大型可展开天线，使卫星接收信号的灵敏度和卫星通信容量得到了有效的提升。 首先，由于天通一号卫星工作在低频段，其信号在传输过程中具有损耗小、雨衰（降雨损耗）小等特点，可以满足通信质量要求。 而天通一号通信卫星之所以能实现高灵敏度工作，主要是因为研发团队成功攻克了低无源互调（PIM）这一世界难题。 我们知道，所有的无源器件，比如天线、电缆和连接器、定向耦合器等，都会产生互调失真。由于天线的接收灵敏度高，所以在进行大功率发射时产生的杂波会落入接收通道，形成自身干扰，这就是无源互调。 无源互调会导致通信能力降低，使原来可以同时支持5000路通话的卫星只能支持500路甚至更低的通话，更有甚者会导致卫星接收系统失效。  （无源器件） 长期以来，有关解决无源器的互调失真的测量技术一直被国外公司所掌握，他们垄断了相关测试产品的市场。在天通一号卫星的研制过程中，研发团队经过艰难的技术攻坚，终于用无源互调综合抑制方法攻克了这一技术难关，并在此基础上开发出了低成本的商用无源互调测量系统。 结语 中国是一个自然灾害高发的国家，在抢险救灾的过程中需要有成熟可靠的通信设备确保和灾区联系的畅通。卫星移动通信有着“应急通信第一反应器”的美誉，在灾害救援的过程中扮演着重要的角色。 今年首次面向商用市场放号，标志着天通一号开始走向市场。可以预见的是，在不久的将来，天通一号将能够提供个人通信、远洋渔业、海洋运输、航空客运以及科考调研等各方面的服务，随着技术的成熟，它还可以向科考、勘探等高端的商业用户提供更为成熟的服务。 |
