乘國內(nèi)飛機(jī)也能上網(wǎng)刷朋友圈、查收E-mail，將不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。

4月12日，隨著中國首顆高通量通信衛(wèi)星實(shí)踐十三號(hào)（中星十六號(hào)）發(fā)射成功，我國開啟衛(wèi)星“寬帶中國”的新時(shí)代。待衛(wèi)星業(yè)務(wù)開通后，除飛機(jī)之外，用戶在輪船、高鐵及沙漠、山林等地面基站信號(hào)覆蓋不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)，也能享受到寬帶多媒體互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

衛(wèi)星要實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能，必須依靠具備相應(yīng)功能的有效載荷系統(tǒng)。中國航天科技集團(tuán)公司五院西安分院作為國內(nèi)最具實(shí)力的衛(wèi)星有效載荷研制單位，為實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星提供的天線分系統(tǒng)和轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)使衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

通信總?cè)萘砍?0Gbps 幾千飛機(jī)可同時(shí)上網(wǎng)

由于飛機(jī)在快速移動(dòng)過程中所處的空間特點(diǎn)，地面互聯(lián)網(wǎng)中轉(zhuǎn)站要么無法架設(shè)，要么無法足量建設(shè)，乘客通過地面方式上網(wǎng)并不可行。

據(jù)西安分院負(fù)責(zé)實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星有效載荷研制的衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師周穎介紹，為了破解這一難題，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星由空間段（衛(wèi)星）、地面段（關(guān)口站）和用戶段（終端）構(gòu)成。

“高通量通信衛(wèi)星可以作為一個(gè)信號(hào)中轉(zhuǎn)站，通過無線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)使飛機(jī)上乘客的手機(jī)、電腦等與地面關(guān)口站連接。而關(guān)口站通過光纜與互聯(lián)網(wǎng)相連，可以向用戶發(fā)送上網(wǎng)信號(hào)。”周穎解釋道。

作為我國首顆高通量通信衛(wèi)星，實(shí)踐十三號(hào)的通信總?cè)萘窟_(dá)20Gbps，超過中國此前研制的通信衛(wèi)星容量總和。通信容量的擴(kuò)充意味著傳輸能力更強(qiáng)。一般而言，一架飛機(jī)所需的最大通信容量只有20Mbps，在全部飛機(jī)通信容量滿負(fù)荷的情況下，實(shí)踐十三號(hào)能滿足一千架左右的飛機(jī)同時(shí)上網(wǎng)。

“通常情況下，所有飛機(jī)通信容量同時(shí)滿負(fù)荷占用的情況極為少見，因此實(shí)踐十三號(hào)實(shí)際上可使幾千架飛機(jī)同時(shí)上網(wǎng)。”西安分院副院長馬伊民說。

多波束天線蜂窩式覆蓋 衛(wèi)星應(yīng)用功能自定義

實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射，帶動(dòng)了我國通信衛(wèi)星的技術(shù)變革，拉開了我國高通量衛(wèi)星發(fā)展的大幕。

傳統(tǒng)的廣播電視通信衛(wèi)星的工作頻段低、帶寬窄，屬于廣域覆蓋。為了大幅提高衛(wèi)星性能，滿足寬帶互聯(lián)網(wǎng)所需要的“高能量”集中傳輸，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星裝載了我國首副Ka頻段多波束天線，工作頻段提高、帶寬加大，對(duì)地面進(jìn)行小范圍覆蓋。通過多波束及頻率復(fù)用，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星能得到同等軌道頻譜的常規(guī)衛(wèi)星數(shù)倍或數(shù)十倍的可用頻率資源，極大降低了寬帶成本。

“我們將傳統(tǒng)的廣播電視衛(wèi)星廣域波束天線分解為26個(gè)波束，形成蜂窩式覆蓋，技術(shù)的復(fù)雜度和難度急劇提升。每一個(gè)波束都需要精確指向，星上的‘毫厘之差’都會(huì)導(dǎo)致地面的‘謬之千里’。”周穎說。

高通量通信衛(wèi)星不僅可以滿足用戶的個(gè)性化上網(wǎng)需求，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)功能自定義，融合打電話、廣播電視節(jié)目轉(zhuǎn)播及上網(wǎng)功能于一體，大大提高了衛(wèi)星的利用率和靈活性。

構(gòu)建空天地一體化設(shè)計(jì) 通信總?cè)萘繉⒅?Tbps

2013年，西安分院承擔(dān)研制的我國首顆高通量衛(wèi)星實(shí)踐十三號(hào)項(xiàng)目正式立項(xiàng)。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)用戶需求和高通量衛(wèi)星的工作特點(diǎn)，著手進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。

在有效載荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案制定之前，考慮到衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶互聯(lián)網(wǎng)通信需求、用戶終端的類型、地面關(guān)口站的選址及信號(hào)在雨雪環(huán)境中的衰減情況，西安分院與衛(wèi)星運(yùn)營商中國衛(wèi)通公司用半年時(shí)間完成了空天地一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，全面掌握了終極用戶（個(gè)人用戶及企業(yè)用戶）人口數(shù)量、密度及潛在需求。

可以想象，未來不論是身在萬米高空的飛機(jī)還是茫茫大海的船舶上，或是乘著列車的漫漫旅途中，只要有“無限WIFI”實(shí)踐十三號(hào)的陪伴，用戶就可以隨時(shí)隨地接收衛(wèi)星通信信號(hào)，方便便捷地進(jìn)行網(wǎng)上沖浪。

此外，實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星還將應(yīng)用于旅游、遠(yuǎn)程醫(yī)療、教育、科學(xué)考察、災(zāi)害應(yīng)對(duì)指揮、應(yīng)急通信等，進(jìn)一步拓展我國衛(wèi)星技術(shù)新的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)我國未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和增加民眾福祉產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

“十三五”期間，我國研制的多顆基于高通量載荷與常規(guī)通信載荷混搭的通信衛(wèi)星將陸續(xù)發(fā)射。西安分院作為我國通信衛(wèi)星有效載荷研制的主力軍，正結(jié)合國家天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)工程、“一帶一路”空間信息走廊工程等，研發(fā)出Q/V通信、激光通信、柔性轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)，不斷提高有效載荷的成熟度。

“這次實(shí)踐十三號(hào)衛(wèi)星采用的是東三B平臺(tái)，20Gbps的通信總?cè)萘繉?shí)現(xiàn)了‘質(zhì)’的突破。未來，高通量衛(wèi)星搭配東四、東五平臺(tái)，單星容量可達(dá)150Gbps-1Tbps，更將逐漸實(shí)現(xiàn)‘量’的變化。”西安分院院長李軍說。