风雨沧桑 50 年:中国卫星通信的发展历程(中)
小枣君注:上一篇文章(链接),我给大家介绍了 1998 年之前的中国卫星通信史。今天这篇,我们继续讲后面的故事。
█ 卫星的五大分类
上一篇里,我们说到了东方红从 1 号发展到 3 号,变成了通用卫星平台。
我们还提到,从 90 年代开始,国内卫星发展逐步加速,且开始走产业化的道路,成立了一些企业化运作的卫星运营公司。
事实上,从那个时候开始,我们国家的卫星发展战略,就已经逐渐变得清晰。除了通信卫星之外,国家还根据卫星的主要用途,设立了几大卫星应用领域的发展计划。
卫星的用途,到底包括哪些呢?
大致上,卫星的功能,可以分为以下几类:通信广播、对地观测、导航定位、科学实验以及信号中继。
我们前面提到的东方红 2 号系列,东方红 3 号系列(部分),以及鑫诺系列、亚太系列等,都是通信广播卫星,主要用于电视和广播信号转播,还有电话、电报、传真以及数据信号传输。
以前,有一些家庭用户会安装"小锅",就是借助通信广播卫星观看电视节目。
对地观测,这个用途范围就更广了。我们常说的遥感卫星,就属于这个范畴。所谓"遥感",就是远距离地探测、感知。
除了遥感之外,气象卫星、资源卫星、海洋卫星、环境卫星,也都属于对地观测卫星类别。(有时候,"对地观测卫星"也会直接称为遥感卫星,将气象卫星等归于遥感卫星类。)
导航定位,这个大家应该很熟悉。著名的 GPS(美国)、伽利略(欧洲),还有我们国家的北斗,都属于这个范畴,也叫 GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)。
(我之前专门介绍过:"北斗"背后的 GNSS 技术,到底是个啥?)
科学实验卫星,我就不多介绍了,都是科学领域专门进行实验的专业用途卫星。
另一个大家容易忽视的卫星类别,是中继卫星。
中继卫星,是专门中继信号的。大家知道,地球是圆的,在不停地转动。有时候你搞航空航天任务(例如登月、登火星、发射导弹),就存在信号被地球遮挡的可能。
中继卫星,就是将信号进行中继转发,维持链路畅通。
我们国家的中继卫星,叫做天链一号,名字可以说是很贴切了。
小枣君把国内这些类别的卫星列了一个表,大家一看就能明白了,门类非常齐全:
如前文所说,上面这些重要的卫星计划,例如"北斗"、"天链"等,都是 90 年代末规划,2000 年后开始执行的。
经过多年的积累,这些卫星系列目前已经形成了庞大的规模,也为国计民生发挥着巨大的作用。
█ 东方红 4 号
我们继续说回东方红系列。
1998 年,新的国防科工委成立。为了提升我国自主研发通信卫星的市场竞争力,卫星领域开始加紧了新一代大型静止轨道卫星公用平台的论证工作,这就是 -- 东方红 4 号平台(DFH-4,以下简称"东 4 平台")。
2001 年 10 月,国家正式批准了东 4 平台的立项。2002 年 1 月,进入初样研制阶段。
2002 年 5 月,"鑫诺二号"卫星研制启动。
按计划,鑫诺二号卫星是东 4 平台的首发星。该星设计寿命 15 年,星上配置了 22 路 Ku 转发器,载荷重量 430Kg,整星重量 5100Kg,整星功率 7.6KW。
但是很遗憾,2006 年 10 月,鑫诺二号发射失败了,太阳帆板和天线都没能成功展开。
不久后,2007 年 5 月 14 日,中国给尼日利亚发射"尼日利亚通信卫星 1 号",也采用了东 4 平台。
尼日利亚这个项目,是中国长城工业总公司在 2004 年通过国际公开竞标获得的第一个商业卫星在轨交付项目,也是中国进军国际卫星市场签订的 10 大项目之一,意义重大。
最开始的时候,"尼日利亚通信卫星 1 号"的发射是成功的,也交付给尼日利亚航天局了。没想到,半年后,因为太阳帆板故障,电能耗尽,又失效了。
后来,2008 年 10 月 30 日,我国成功发射了基于东 4 平台的"委内瑞拉通信卫星 1 号"。2010 年左右发射成功的鑫诺五号、六号,中星 10 号、巴基斯坦卫星 1R、尼日利亚卫星 1R 等,都是基于东 4 平台。
从技术性能的角度来看,东 4 平台的能力还是很强的,基本上属于国际先进水平。
东 4 平台稳定后,又开发了东 4 增强型平台。东 3 也出了东 3A 和东 3B 两个升级型。这些平台,是 2010 年代国内的主力公共卫星平台。
再补充说一下那个时期的产业。
2008 年,卫星通信行业再次发生了一些变化。
这一年,国内电信业第三次重组。重组完成后,中国卫通的基础电信业务并入中国电信,其它业务并入了中国航天科技集团。
2009 年,鑫诺卫星通信公司整体并入中国卫通。
变更之后,鑫诺卫星改名编入了"中星"系列。
经过那次重组,中国卫通拥有的只剩下第二类基础电信业务中的卫星转发器出租、出售业务等经营许可,算是暂时离开了电信业。等到他们再次回归,已经是十年后了。
上一篇文章提到了亚太卫星。
亚太卫星早期都是用的国外平台,后来逐渐采用了国产平台,用的就是东 4 及东 4 增强型平台。如下所示:
亚太卫星是 H 股上市公司,股东是中国航天科技。中国卫通 2019 年上市后,亚太卫星是它的控股子公司。所以,亚太的卫星也变成了中国卫通的。这是后话。
█ 东方红 5 号
2017 年 7 月 2 日 19 时 23 分,搭载着实践十八号卫星的长征五号遥二火箭(CZ-5 / Y2),在中国文昌航天发射场发射升空。
这个实践十八号,基于的是中国新一代通信卫星平台 -- 东方红 5 号卫星平台(DFH-5,以下简称"东 5 平台")。
然后,和此前的东 2、东 3、东 4 一样,东 5 的这颗首发星也不幸失败了。
火箭飞行至 252 秒时,飞行状态出现异常。飞行至 346 秒时,液氢液氧发动机故障,导致推力瞬时大幅下降,致使火箭无法达到预定飞行速度与高度。最终,火箭二级与卫星在西太平洋坠海,发射任务失利。
经过一番复盘和改进之后,2019 年 12 月 27 日 20 时 45 分,搭载着实践二十号卫星的长征五号遥三火箭顺利发射升空。
2020 年 1 月 5 日,卫星经历七次轨道机动后,在 3.6 万公里高度的地球同步轨道成功定点。这意味着,东 5 平台首次成功发射。
东 5 平台可以说是中国的"希望之星"。它的发射重量 10 吨,可以承载有效载荷 2 吨,提供有效载荷功率 22 千瓦,设计寿命长达 16 年。
它采用了桁架式结构、大功率供配电系统、先进综合电子以及大推力多模式电推进等先进技术,具有"高承载、高功率、高热耗、高控制精度"的特点,技术指标国际领先。
未来几年,东 5 平台就是我们国家的主力公共卫星平台,将会参与国际商业卫星的市场竞争。
最近十年以来,卫星通信发展的一个重要方向,就是卫星互联网。
究竟什么是卫星互联网?什么是高通量卫星?卫星互联网是如何发展起来的?国际国内的卫星竞争格局如何?
且看下篇:《风雨沧桑 50 年:中国卫星通信的发展历程(下)》(关于卫星互联网的最强科普)
参考文献:
1、《我国卫星通信系统研制工作的历史回顾》,魏学兴;
2、《70 年 70 人"话"通信 | 闵士权:天上一颗星,人间几十载》,闵士权;
3、《中国卫星通信产业发展白皮书》,赛迪智库;
4、《卫星通信 见证中美邦交正常化》,人民邮电报;
5、《中国卫星事业发展史》,陈筠力;
6、《中国卫星通信新纪元的开辟》,汪春霆;
7、《中国通信卫星发展历程》,B站,文曜星河;
8、《通天盖地 45 年・中国卫星通信事业发展的伟大征程》,郭浩然 张钰伟 郭新哲 尹曙明;
本文来自微信公众号:鲜枣课堂 (ID:xzclasscom),作者:小枣君
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