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2015年全球通信卫星发展回顾

时间:2016年03月11日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:



 2015年,全球通信卫星领域继续维持2011年以来的高速稳定发展态势,全年共发射31次,成功将52颗通信卫星送入预定轨道。从国家维度来看,美国、俄罗斯、欧洲、印度、中国、中国香港、土库曼斯坦、摩纳哥、墨西哥、巴西、加拿大、澳大利亚、阿根廷、土耳其、阿拉伯卫星通信组织和老挝等10余个国家、地区和组织部署了通信卫星,其中许多国家取得了本国通信卫星“零”的突破。从用途维度来看,52颗通信卫星中,70%以上为民商用卫星。从轨道分布维度来看,仅有美国、俄罗斯和加拿大在低地球轨道(LEO)部署了通信卫星,其他国家均部署在地球静止轨道(GEO)。


一、概述


 历经50余年的发展,通信卫星已经成为迄今为止发射数量第二、在轨数量第一的航天器,各国均将通信卫星视作关键的通信基础设施来建设,并广泛应用于军事国防、经济与社会发展。

 目前,通信卫星已进入成熟、稳定发展的阶段。在商业领域,制造、发射、运营和服务等产业链健全,市场规模庞大,以市场需求为牵引,以技术发展为驱动力,不断发展和进步。在军事领域,通信卫星越来越融入整个军事信息系统,并且在空间对抗与空间合作的博弈中,催生创新概念的产生和新技术的发展。


近6年全球通信卫星成功发射数量统计


 2015年,国外通信卫星领域的发射活动与各国整体发展能力和在轨规模相适应。截至2015年底,全球共计在轨通信卫星705颗,其中美国、欧洲和俄罗斯在轨卫星总数占75%以上。

 从在轨能力与规模来看,美国、欧洲和俄罗斯仍然是国外通信卫星领域的前三强,日本、印度、加拿大等国位列其后。但是,在成熟稳定的发展过程中,通信卫星领域也呈现出新的发展动向。

 首先,发展通信卫星的国家逐渐增多,通信卫星的制造能力进一步向新兴航天国家扩展。土库曼斯坦、老挝等国家在2015年首次拥有本国的通信卫星,巴西、阿根廷继续发展本国自主研制通信卫星的工业基础与能力。

 其次,通信卫星的军民融合发展进一步深入。通信卫星的军民两用属性,在新兴航天国家得到充分的利用,墨西哥、巴西等国以政府为主建设军民商共用卫星系统,美国和欧洲则持续推进政府和军方采购商业容量的模式。

 第三,通信卫星的系统与技术取得了新的进展。军事通信卫星领域在稳步更新换代的基础上,继续推进分层体系和弹性体系的构建。商业通信卫星领域在市场激烈竞争的刺激下,通信卫星平台与有效载荷技术不断演进发展。


二、各国发展态势


 美国


 2015年,美国共发射19颗通信卫星,其中军用6颗,商用13颗,在系统部署和技术研发方面均取得了一定的进展。在军用通信卫星方面,移动用户目标系统-3和4(MUOS-3和4)发射成功,在轨4颗卫星初步形成了全球覆盖;7月发射的宽带全球卫星通信-7(WGS-7),则进一步加快了美军宽带卫星系统更新换代的步伐;此外,陆军还发射了3颗“空间与导弹防御司令部纳卫星计划”(SNaP)系列立方体卫星。民商用通信卫星方面,电视直播公司(DIRECTV)发射了美国有史以来功能最强大的直播卫星——电视直播-15(DirecTV-15),国际通信卫星公司(INTELSAT)通过发射国际通信卫星-34(Intelsat-34),增强了其在拉美区域的宽带服务能力,而移动卫星运营商美国轨道通信公司(ORBCOMM)的11颗第二代“轨道通信”(OG-2)卫星也搭乘猎鹰-9(Falcon-9)运载火箭成功发射。


 (1)军用通信卫星稳步部署,持续推进弹性体系转型

 2015年,美国先后发射了2颗“移动用户目标系统”卫星和1颗“宽带全球卫星通信”卫星,并完成了“先进极高频”(AEHF)卫星初始运行能力的里程碑。首先,宽带全球卫星通信-7的发射,进一步补充了美军在轨军用通信卫星带宽,一定程度上缓解了容量供不应求的局面;其次,移动用户目标系统-3和4发射,使得在轨卫星达到4颗,实现了全球覆盖;第三,“先进极高频”(AEHF)系统在轨3颗卫星经过长期的在轨测试,宣布实现了初始运行能力,标志着新一代防护卫星系统正式开始服役。

 在空间环境日益拥挤、空间安全问题日益突出的背景下,美军在2009年“转型通信卫星”(TSAT)计划取消后就开始思考军用通信卫星体系的弹性转型。2013年,美国空军航天司令部的《弹性与分散空间体系》白皮书也为军事通信卫星转型提供了指导。

 经过3年多的研究论证与演示试验,防护卫星系统转型方案的研究已经完成,预计将在2016年上半年公布正式的系统方案。按照美军目前计划,2018年将正式发布新型战术宽带抗干扰波形——防护战术波形;2025年开始部署新型宽带抗干扰通信卫星;2028年开始部署新型抗核专用通信卫星;2030年完成军商融合的一体化卫星通信体系构建。


 (2)全电推进平台在轨应用,进一步加剧通信卫星制造业的竞争

 2015年3月2日,波音公司成功发射2颗全电推进卫星——亚洲广播卫星-3A(ABS-3A)和欧洲通信卫星-115西B(Eutelsat-115 West B),继续维持美国在卫星电推进技术领域的世界领先地位。这2颗卫星是全球首批成功发射的全电推进通信卫星,6个月后成功抵达预定轨位,比原计划时间早了2个月。此次全电推进卫星的成功发射和部署,克服了频繁穿越辐射带、转移轨道周期长、人工测控操作困难等难题,成功验证了全电推进卫星轨道转移的可行性和可靠性,预示着全电推进卫星时代的到来。

 这2颗卫星均采用BSS-702SP平台研制,该平台是全球首款全电推进卫星平台,整星功率为3~8kW。在承载载荷相同的前提下,可比化学推进卫星的发射质量减少约50%。在电推力器方面,BSS-702SP平台选用了氙离子推进系统-25(XIPS-25),具备高功率和低功率2种模式,分别用于轨道转移和在轨位置保持。


 (3)低轨宽带通信卫星星座进入工程研制阶段

 2014年底以来,受美国太空探索技术公司(SpaceX)和天空盒子成像公司(SkyBox Imaging)成功引入谷歌公司(Google)投资的影响,私人资本投资在北美加速发展,低轨通信小卫星星座计划也继20世纪90年代以来再次兴起。据统计,至少有7个星座项目向国际电信联盟(ITU)提交了网络资料申请,其中包括美国太空探索技术公司和谷歌公司发展的4000颗低轨卫星项目,以及由其他十三亿人公司(O3b)的创始人——格雷格•惠勒(Greg Wyler)发起的“一网”(OneWeb)项目。2015年,这2个项目合计获得了15亿美元的融资。

 其中,一网公司已经取得实质进展,卫星研制和发射合同均已确定。2015年6月22日,一网公司将其低轨宽带互联网星座研制合同授予欧洲空客防务与航天公司(ADS),该合同是迄今为止全球最大的商业卫星制造订单。根据合同协议,双方将组建一家合资企业建造900颗互联网广播卫星,星座计划于2018年开始发射。该合同的财务数据没有对外公开,但一网公司在发布星座研制招标书时期望单星成本控制在50万美元以内,据此估算,合同金额约为4.5亿美元。


 欧洲


 2015年,欧洲共发射6颗通信卫星,其中军用通信卫星1颗,商用通信卫星5颗。在军用通信卫星方面,意大利和法国合作研制的锡克拉-2(SICRAL-2,全称为“意大利保密通信和告警系统”卫星)成功发射。在民商用通信卫星方面,国际移动卫星公司(INMARSAT)第五代第2、3颗卫星发射成功,建成世界首个覆盖全球的高速移动宽带卫星网络;欧洲通信卫星公司(EUTELSAT)也接连发射2颗卫星,分别是欧洲通信卫星-115西和8西B;挪威电信公司(Telenor)的索尔-7(Thor-7)卫星也成功发射,将为中欧、东欧以及多个海运区域提供宽带服务。


 (1)部署新一代军用通信卫星,提升在轨能力

 2015年4月26日,由意大利和法国共同合作研制的锡克拉-2卫星发射成功。该卫星是一颗军用通信卫星(意大利占68%,法国占32%),目的是增加战场SHF和EHF通信能力,增强意大利锡克拉-1和1B以及法国“锡拉库斯”(Syracuse)卫星系统的能力。整个系统由泰雷兹-阿莱尼亚航天公司(TAS)和意大利空间通信公司(Telespazio)联合研制,合同价值2.95亿美元,卫星将为双方军用/政府国内战略和战术通信以及本土以外领土和战场通信提供通信服务。卫星基于空间客车-4000B3(Spacebus-4000B3)平台研制,采用三轴稳定方式,尺寸5.5m×2.2m×3.1m,发射质量4400kg,使用新型的100V电源,功率7kW,寿命大于15年,定位于37°(E),覆盖整个欧洲大陆。


欧洲锡克拉-2卫星分离(上)与在轨飞行示意图


 (2)国际移动卫星-5全球组网,建成首个全球Ka频段宽带移动通信网络

 2015年2月1日和8月28日,国际移动卫星公司第五代第2、3颗宽带卫星国际移动卫星-5F2和5F3相继搭乘俄罗斯“质子”(Proton)运载火箭从哈萨克斯坦拜科努尔发射场成功发射,分别为大西洋和太平洋地区提供海上、空中及其他平台的高分辨率视频、音频和数据通信服务。这2颗卫星的成功发射,标志着首个覆盖全球的卫星移动宽带通信网络——“全球快讯”(Global Xpress)初步建成。

 “全球快讯”网络空间段包括3颗工作星和1颗备份星。其中,工作星分别部署在太平洋、大西洋和印度洋上空,在轨备份星计划于2016年发射,将提供一定的网络容量。国际移动卫星-5基于波音公司的BSS-702HP平台研制,采用三轴稳定方式,卫星发射质量6070kg,干质量为3750kg,功率15kW,设计寿命15年。

 卫星采用透明转发体制,共携带2种载荷:固定多点波束对应的全球载荷和可移动点波束对应的高容量载荷。固定多点波束天线方面,采用2发4收配置,通过2组网状喇叭馈源阵精确形成89个点波束,实现除高纬两极地区以外的全球无缝覆盖(最大同时激活波束数目为72个),每个波束被分配了32MHz/64MHz带宽以提供区域服务,波束覆盖区域中心和边缘的信号质量差控制在2dB以内,保证了全球用户均可获得同等性能的服务。


国际移动卫星-5天线与波束情况


 (3)签订“量子卫星”合同,高度灵活有效载荷进入工程阶段

 2014年12月2日,欧洲航天局(ESA)部长级会议批准了欧洲“量子卫星”(Quantum)计划,旨在推动通信卫星灵活有效载荷技术的发展。2015年7月9日,欧洲通信卫星公司和ESA正式签署了该计划合同,计划于2018年发射。

 卫星的主承包商为空客防务与航天公司英国分公司,平台采用其子公司英国萨瑞卫星技术公司(SSTL)的地球静止轨道小卫星平台(GMP-T平台),有效载荷采用空客防务与航天公司研发的灵活载荷,包括星载模拟信号处理器和相控阵天线。卫星预计发射质量3500kg,有效载荷质量450kg,有效载荷功率5kW。

 欧洲“量子卫星”一旦研制成功,将是世界上首个基于软件定义无线电(SDR)的商业Ku频段通信卫星,其在波束覆盖、带宽分配、功率调整和频率配置等方面的高度灵活性,将极大改变卫星研制和用户使用的标准。此外,高度灵活的在轨配置功能还使卫星具备探测干扰并主动规避的功能,其所提供的能力与军事通信卫星的调零天线能力相似。


 俄罗斯


 2015年,俄罗斯共发射10颗通信卫星,其中军用通信卫星4颗,民商用通信卫星6颗。在军用通信卫星方面,“箭”(Strela-3M)系列3颗通信卫星和1颗“鱼叉”(Garpun-2)中继卫星发射成功;民商用通信卫星方面,3颗“信使”(Gonets)系列卫星和3颗“快讯”(Express)系列卫星也相继成功部署。

 其中,军用通信卫星均为按计划部署,主要目的是恢复在轨能力。在民商用卫星方面,俄罗斯近年来发展力度较大,2015年成功发射了3颗“快讯”系列卫星,大幅提升了俄罗斯境内及周边地区的卫星通信与广播服务能力。


 其他国家和地区


 2015年,其他共计11个国家和地区合计发射了18颗通信卫星。在这些国家中,仅有印度、加拿大和阿根廷的部分卫星由本国航天工业研制,其他均向国外制造商采购。此外,中国通信卫星制造业在2015年取得了重要突破:一方面,成功履约亚太星-9(APStar-9),迈出了向国际成熟运营商提供商业通信卫星的第一步;另一方面,老挝-1(LaoSat-1)卫星的成功发射和交付,也使得中国通信卫星制造业顺利敲开欧洲市场的大门。


 (1)阿根廷成功发射本土研制的第二颗通信卫星

 2015年9月30日,阿根廷本土研制的阿根廷卫星-2(ARSAT-2)搭乘欧洲阿里安-5(Ariane-5)火箭成功发射。这颗卫星也是阿根廷着力提升本国航天工业基础的成果体现,是自2014年10月首颗本土研制的通信卫星之后成功发射的第二颗通信卫星。

 阿根廷卫星-2由阿根廷应用研究公司(INVAP)研制,欧洲泰雷兹-阿莱尼亚航天公司负责提供有效载荷。卫星发射质量2977kg,功率4.6kW,设计寿命15年,工作轨位为81°(W)。星上携带10台C频段和26台Ku频段转发器。

 近年,阿根廷推出了一项3颗地球静止轨道通信卫星星座计划,由本土工业设计、研制及运管通信卫星,一方面满足国内电视广播和固定通信需求,填补地区间的数字鸿沟;另一方面也培育本国航天工业基础,提升国家航天活动的参与度。按当前计划,阿根廷卫星-3处于研制之中,预计于2019年发射。


测试中的阿根廷卫星-2


 (2)墨西哥初步建成政府通信卫星系统

 墨西哥分别在2015年5月和10月开展了2次通信卫星发射活动。其中,第一次发射因俄罗斯火箭故障而失败,墨西哥卫星-1(Mexsat-1)随火箭上面级坠毁;第二次发射采用美国火箭,墨西哥卫星-2成功入轨。

 墨西哥卫星-1和2均基于波音公司的BSS-702HP平台研制,采用三轴稳定方式,发射质量为5400kg,设计寿命15年,卫星收拢状态尺寸为9m×3m×4m,展开后尺寸可达22m×29m×41m,2副由5块三结砷化镓面板组成的太阳电池翼可提供高达14kW的功率,寿命末期功率可达13kW。有效载荷方面,卫星携带了数字信道化器与122台L/Ku频段转发器,其中L频段采用固态功率放大器,通过口径达22m的网状可展开天线提供移动卫星服务,Ku频段配备了功率为100W的行波管放大器,通过口径为2m的天线可提供固定卫星服务。

 在本土运营商整体出售给欧洲通信卫星公司之后,墨西哥推出了新的政府卫星计划“墨西哥卫星”,利用1颗固定通信卫星和2颗移动通信卫星覆盖墨西哥本土全境以及领海区域,旨在满足政府的安全通信需求,同时也有力补充其国内的民用通信业务。


 (3)土库曼斯坦和老挝成功部署本国首颗通信卫星

 2015年4月27日,土库曼斯坦首颗通信卫星成功发射。2011年初,土库曼斯坦成立了航天局,着力发展航天并推进航天技术的广泛应用。2011年11月,土库曼斯坦与泰雷兹-阿莱尼亚航天公司签署卫星研制合同。由于此前并未储备轨位,土库曼斯坦选择与摩纳哥合作,利用后者的52°(E)注册轨位资源。因此,该卫星又称为摩纳哥卫星-1(MonacoSat-1)。卫星采用空间客车-4000C2平台研制,发射质量4707kg,功率11.3kW,设计寿命15年。卫星携带38台Ku频段转发器,其中26台转发器归土库曼斯坦使用,其余12台转发器归摩纳哥使用。

 2015年11月2日,老挝-1通信卫星成功发射,该卫星是老挝第一颗国内通信卫星,同时也是中国向东盟国家和地区出口的首颗卫星。卫星项目合同由中国长城工业集团有限公司、中国亚太移动通信卫星有限责任公司与老挝邮电部三方共同签署,中国空间技术研究院负责研制。卫星采用东方红-4S平台,应用了综合电子技术、锂离子电池技术等国际先进技术,可同时播出60~80套电视节目,为老挝及东南亚等区域用户提供卫星电视直播、通信和数据传输等服务,服务寿命为15年。在该项目中,中国航天首创“天地一体化+商业运营”模式,不仅为老挝发射一颗卫星、建设地面应用系统,还将参与运营管理卫星资产。此外,中国还首次为外国提供了混合贷款,并为老挝培养了首批卫星人才。


三、总结


 通信卫星作为一种广域覆盖、安全性和可靠性较高的通信手段和关键信息基础设施,逐渐得到越来越多国家的重视和更加广泛深入的应用。2015年,国外通信卫星的发展延续了近年的发展势头,多项系统和技术发展已经初露端倪。整体上,发展和应用通信卫星的国家越来越多,通信卫星成为开展信息化建设、消除数字鸿沟不可或缺的手段。在体系与系统方面,欧美等航天大国持续建设分层的弹性通信卫星体系,并进一步深化军民融合实践。在技术方面,市场激烈竞争的压力促进了全电推进、3D打印、灵活有效载荷等技术的工程应用,而这些技术也有望成为改变现有通信卫星市场竞争格局的变革性技术。在应用方面,通信卫星持续向大众个人消费者方向发展,宽带通信、移动通信将进一步融合,满足不断发展的移动互联需求。

 

上文选自《国际太空》,如有需要请查阅该期刊。

(作者:朱贵伟,刘悦,李博)
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