如何評價實踐十三號衛星的發射?

實踐十三號衛星成功發射:堪稱「超級空中路由器」 國內首個電推進衛星

首顆帶電推進的國產衛星,通信容量超過以往通信衛星的總和,設計壽命達15年,可用于飛機高鐵上網……新技術、新功能很多。

如果一切順利,這顆衛星算是里程碑式的成績嗎?這顆衛星可能會遇到什麼問題嗎,比如它的前輩曾經發生的太陽翼失效、壽命達不到預期等?


算是國人的突破,但與國際先進水平(EchoStar19是220Gbps的總容量)仍有一個數量級的差距,但按照我國工業科技的增速,差距只是暫時的,何況我國也在研製百G和上T級別的通信衛星,趕超世界先進水平只是時間的問題。


實踐十三號是我國高通量通信衛星領域的一個突破,雖然距離國外通信衛星巨頭還有較大差距。對於地面通信網路尚無法普及區域,高通量通信衛星將解決這通信的最後幾公里。
1、為何是ka頻段?
ka頻段一般是17到31Ghz之間,根據國際電聯規劃,分配給衛星的ka通信鏈路下行一般是17.7Ghz到20.2Ghz之間。跨度達2.5Ghz,相當大。想像一下,如果現在0到2.5Ghz的頻段都被用在哪些地方?地面移動用的是900Mhz 1800Mhz附近頻段,導航衛星用了1200Mhz到1600Mhz之間的某些頻段,wifi用了2.1Ghz到2.3Ghz之間的頻段,也就是說單ka頻段通信可以用的頻率資源遠遠高於低頻率的現有資源,這是高通量衛星通信選用ka頻段的原因。當然ka頻段的劣勢在於其對降雨非常敏感,一般統計認為,全球範圍內降雨對ka頻段造成的衰減在99%的概率是10dB以內。什麼意思呢,就是說99%的時間,降雨對ka頻段能量造成的衰減是小於10倍的。有什麼辦法解決這個問題?這就是高通量衛星要解決的。

高通量衛星其實相當於把地面移動基站搬到天上,相對於傳統的衛星通信用的單個波束,高通量衛星用的是多波束。打個比方,如果全中國只有一個移動通信基站,頻段資源擺在那,很明顯,同時上網的人數明顯是有限制的。但是如果全中國建了成百上千個基站,你在北京用的頻段和我在上海用的頻段哪怕重合,也沒關係,我倆不在一個小區內,互相不影響。這在工程上叫做空間分集,通過這種方式把總的通信容量成百上千倍地放大。ka頻段衛星做成多波束後,其波束寬度達到地面將是幾百公里,這跟地面幾公里就一個基站的布設是沒法比的。因此地面基站是通過多布基站來提高整體通信容量,而每個基站可用的頻率是明顯沒有ka頻段高的。高通量通信衛星是通過布設較多的虛擬波束基站(比如整個中國80個)來提高通信容量,而且由於是ka頻段,其每個波束可用的頻率資源是遠高於地面基站的,也就是說一個高通量衛星波束可覆蓋的用戶數是地面一個基站覆蓋用戶數的幾十倍,不足是沒辦法做到那麼多的覆蓋波束。所以選用ka頻段進行通信的原因是因為其頻段資源,那麼現在需要解決的問題就是怎麼抗降雨衰減。工程實現上的方法有提高衛星發射功率(對於一個只覆蓋一個省的波束而言,衛星同樣的發射功率,地面用戶接收到的功率比覆蓋全中國的波束要強上幾十倍)和可變速率編碼調製(就是降雨時把通信速率降下來,出太陽了再把數據調上去)。
2,實踐十三號的通信容量算不算高?可供多少人用?
20Ghz的容量是用戶下載和上傳的容量和,跟國外先進高通量衛星相比不算高。有過統計,根據人上網時段的概率,晚上21點左右是上網的高峰期。

再通過概率模型,以每個人每月25GB下載和5GB上傳來算,20Gbps的容量大概可供10萬用戶。

這並不是說高通量衛星完全沒法和地面移動通信網路相比。高通量通信衛星的角色定義是地面基站無法布設區域,海洋,飛機,地廣人稀的地方等傳統地面網路無法普及布設的點。
3,與國外差距多大?
國外高通量衛星應用成熟,現有的衛訊,歐星等均有上百Gbps,國內尚處於追趕階段。制約通信容量的主要技術難題是高通量衛星平台的能力。一個高通量波束需要衛星配備一個功率放大器,一般來說,現在設計的一個波束配備的放大器功耗在120w左右,什麼意思?就是說實踐十三號的26個波束起碼需要衛星平台給它提供3120w的功率,再加上平台自身的功率,整個衛星需要支撐5000w以上,實踐十三號用的是東方紅3B平台,能源支持不能再大了。東方紅四平台可以提供10.5kw的功耗,理論上可以支持近80個波束,但是曾經發生過給奈及利亞通信衛星的太陽帆板失效問題。再來看下國外衛星平台水平,波音BSS-700,18kw。勞拉LS-1300,25kw。泰阿SB-4000,15kw。中國現在正在研製的東方紅五號平台能力與上述國外先進衛星平台相當。除此之外,大平台意味著重量大,沒有相應的火箭,造的出衛星也發不到地球同步軌道上。無論在火箭和衛星上,和Superpower美帝的差距肯定是存在的,中國目前在大推力火箭和大衛星平台方面都在追趕,不可能一蹴而就,而且這是在眾多技術封鎖下取得的成果。(向老一輩的航天人和眾多現在在一線的航天人致敬)


實踐十三號「不是」首個電推進衛星。


我覺得新聞似乎有問題,新聞上說實踐十三是ka,ka本來不是太適合星地鏈路(星間鏈路倒是不錯),畢竟這是個對傳輸路徑上水汽含量敏感的東西。或者就是它是個有嚴格使用限制的東西,需要在晴好,無雲進行星地鏈路傳輸。


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