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一文看懂 | 上半年全球發(fā)射衛(wèi)星概況及發(fā)展趨勢(shì)

 太空與網(wǎng)絡(luò) 2020-11-04

2018年前6個(gè)月全球共發(fā)射火箭55次,飛行器總數(shù)達(dá)177顆(詳見表1)。

從國別來看,中美各占18次并列榜首,俄羅斯發(fā)射9次緊隨其后。

從發(fā)射角度來看,55次中成功54次,部分成功1次,即1月25日歐洲Ariane 5 ECA火箭因控制分系統(tǒng)的程序問題,未能將2顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道,后續(xù)只能依靠衛(wèi)星自身推進(jìn)系統(tǒng)入軌定點(diǎn),其中采用全電推平臺(tái)的SES-14衛(wèi)星使用電推進(jìn)系統(tǒng)于8月實(shí)現(xiàn)定點(diǎn),Al Yah-3衛(wèi)星采用化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn),使用電推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行位置保持。值得關(guān)注的是美國的重型獵鷹火箭和獵鷹9號(hào)Block 5火箭在上半年均進(jìn)行首秀。

表1  2018上半年全球發(fā)射衛(wèi)星統(tǒng)計(jì)表

從飛行器角度來看,全部飛行器按國別來分:美國72顆,中國41顆,歐盟26顆,俄羅斯8顆,其他國家30顆,僅中美兩國發(fā)射的衛(wèi)星已占全部衛(wèi)星的63.8%。

按業(yè)務(wù)功能分為:通信衛(wèi)星40顆,導(dǎo)航衛(wèi)星8顆,遙感衛(wèi)星54顆,試驗(yàn)衛(wèi)星41顆,其他飛行器34顆。按軌道分為:140顆LEO衛(wèi)星,18顆GEO衛(wèi)星,11顆MEO衛(wèi)星,1顆HEO衛(wèi)星,7顆星際軌道飛行器。7顆星際飛行器包括中國發(fā)射的鵲橋、龍江一號(hào)和二號(hào)3顆探月衛(wèi)星、美國發(fā)射的鼴鼠、瓦力和伊芙3顆火星探測(cè)衛(wèi)星以及1個(gè)特斯拉紅色電動(dòng)跑車搭乘重型獵鷹火箭直飛火星(圖1)。其中,鵲橋衛(wèi)星是嫦娥四號(hào)登月探測(cè)器的月球中繼衛(wèi)星,龍江一號(hào)和二號(hào)衛(wèi)星則用于超長波射電天文觀測(cè);鼴鼠衛(wèi)星用于火星陸地探測(cè),瓦力和伊芙則是其伴飛通信衛(wèi)星。

衛(wèi)星故障方面,除前述因火箭問題未能將2顆衛(wèi)星送入軌道外,另有3顆衛(wèi)星(美國軍事衛(wèi)星Zuma、印度GSAT-6A、中國龍江一號(hào))在火箭發(fā)射成功后因衛(wèi)星故障導(dǎo)致失敗外,其余172顆飛行器未見異常工作報(bào)道。

圖1  特斯拉紅色跑車飛離地球

從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,遙感衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì),尤其是中國發(fā)射的遙感衛(wèi)星超過發(fā)射總數(shù)的一半,另外試驗(yàn)衛(wèi)星和飛往空間站的衛(wèi)星中也有多顆遙感衛(wèi)星未列入遙感類別統(tǒng)計(jì)。遙感衛(wèi)星發(fā)射數(shù)目眾多的原因,一方面是由于全球?qū)Φ厍蛴^測(cè)的需求旺盛,另一方面是因?yàn)檫b感星座的部署,例如上半年狐猴星座(Lemur-2)發(fā)射了10顆衛(wèi)星,鴿群星座(Flock,圖2)發(fā)射了5顆衛(wèi)星。

值得一提的是,鴿群星座由美國的衛(wèi)星成像初創(chuàng)公司星球?qū)嶒?yàn)室(Planet Labs)研制,旨在建立最廉價(jià)、快捷、適用性更強(qiáng)的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng),將建成全球規(guī)模最大的地球遙感影像衛(wèi)星星座,實(shí)現(xiàn)對(duì)全球每天一次的重復(fù)觀測(cè)頻率,將是世界上唯一具有全球高分辨率、高頻次、全覆蓋能力的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。

圖2  鴿群衛(wèi)星在軌飛行示意圖

通信衛(wèi)星的部署已經(jīng)顯著朝兩個(gè)方向發(fā)展,一個(gè)是GEO軌道的大型通信衛(wèi)星,另一個(gè)則是與LEO軌道的通信衛(wèi)星星座。以美國為例,上半年發(fā)射的20顆通信衛(wèi)星中,LEO銥星第二代星座(圖3)占據(jù)15顆,LEO立方體衛(wèi)星Space BEE星座一次發(fā)射4顆,GEO通信衛(wèi)星發(fā)射1顆,即美國空軍航天司令部的AFSPC-11衛(wèi)星,據(jù)悉該衛(wèi)星將完成美國空軍的連續(xù)廣播增強(qiáng)衛(wèi)星通信(CBAS)和增強(qiáng)對(duì)地靜止實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)(EAGLE,簡稱老鷹)。

2018上半年發(fā)射的高通量衛(wèi)星有3次7顆:1月25日,Al Yah-3衛(wèi)星與SES-14衛(wèi)星以“一箭雙星”方式升空;3月9日,O3b星座成功發(fā)射4顆MEO衛(wèi)星;6月4日,SES-12衛(wèi)星發(fā)射成功。目前全球已有26個(gè)衛(wèi)星運(yùn)營商投資數(shù)十顆高通量衛(wèi)星或載荷,使得高通量衛(wèi)星和低軌大容量通信衛(wèi)星星座成為通信衛(wèi)星的熱點(diǎn)。

圖3  Iridium Next衛(wèi)星在軌飛行示意圖

導(dǎo)航衛(wèi)星部署方面,中國的6顆北斗系列衛(wèi)星是成為絕對(duì)主力,另外印度和俄羅斯各發(fā)射一顆導(dǎo)航衛(wèi)星。此外,面對(duì)航天技術(shù)日新月異的發(fā)展,各國發(fā)射了各式各樣的試驗(yàn)衛(wèi)星,空間站上也搭載進(jìn)行了多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。值得一提的是,部分試驗(yàn)衛(wèi)星嘗試通信、導(dǎo)航和遙感等技術(shù)融合發(fā)展,搭載導(dǎo)航通信一體化載荷、微型商業(yè)遙感相機(jī)、星載船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)設(shè)備、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)載荷等載荷,開展相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。

根據(jù)上述的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,對(duì)衛(wèi)星的發(fā)展做出如下分析。

1  衛(wèi)星星群發(fā)展趨勢(shì)

隨著衛(wèi)星星座和編隊(duì)飛行等技術(shù)的發(fā)展,集群化的衛(wèi)星星座成為目前衛(wèi)星行業(yè)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),特別是依靠微小衛(wèi)星構(gòu)建的星群將成為衛(wèi)星通信、地球觀測(cè)和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的主要手段。小衛(wèi)星星群以其成本低、周期短、機(jī)動(dòng)高、組網(wǎng)強(qiáng)、技術(shù)新等優(yōu)勢(shì),最大程度地提升了全球系統(tǒng)組網(wǎng)運(yùn)營能力。

目前,通信衛(wèi)星星群的發(fā)展已有Iridium NEXT(LEO)、O3b(MEO)和Inmarsat-5(GEO,圖4)等各種軌道星座,另有OneWeb、Starlink、Leosat和Telesat等LEO通信星座正在設(shè)計(jì)研制;地球觀測(cè)星座有Flock和Lemur等低軌衛(wèi)星星座;導(dǎo)航衛(wèi)星有美國的GPS、中國的北斗、歐洲的Galileo和俄羅斯的GLONASS等星座。然而小衛(wèi)星星座的發(fā)展存在每用戶平均收入(ARPU)較低的問題,導(dǎo)致在發(fā)展前期難以判定投資的合理性,因此針對(duì)星群的商業(yè)模式和投資分析也已成為研究的核心問題之一。

圖4  Inmarsat-5系列衛(wèi)星在軌飛行示意圖

綜合分析航天器發(fā)展態(tài)勢(shì)可知,衛(wèi)星星群已經(jīng)不再以單一功能為主,而是側(cè)重于在太空部署“傳感器+數(shù)據(jù)傳輸+導(dǎo)航控制”綜合功能的網(wǎng)絡(luò),從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、自組織、智能化的星間“通信-導(dǎo)航-遙感”一體化網(wǎng)絡(luò),并可以動(dòng)態(tài)調(diào)整衛(wèi)星的數(shù)量和編隊(duì)構(gòu)型。

目前星群常用的配置形式為分布式空間系統(tǒng),包括星座、星群和編隊(duì)飛行等,通過組網(wǎng)協(xié)同工作,或多顆衛(wèi)星共同完成同一任務(wù),或各自攜帶不同載荷從而擴(kuò)展星群的業(yè)務(wù)能力,從而提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性和重置性。

分布式空間系統(tǒng)中衛(wèi)星之間需要交換的數(shù)據(jù)主要包括:科學(xué)觀測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、航天器狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)。隨著地球遙感、空間觀測(cè)、高速數(shù)傳等業(yè)務(wù)的急速增長,星群之間的通信系統(tǒng)成為了最關(guān)鍵部分,負(fù)責(zé)傳遞衛(wèi)星有效載荷的數(shù)據(jù),因此國外通常為各種功能的星群配以天基通信中繼系統(tǒng)(如歐洲的EDRS系統(tǒng)),或星群本身具備較強(qiáng)的空間通信中繼能力(如美國的Iridium NEXT系統(tǒng))。

通過星間通信鏈路,不僅可以支持大容量的星間高速數(shù)傳、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交付,而且不再需要使用大量的地基中繼系統(tǒng)和全球跟蹤系統(tǒng),還可以提供小衛(wèi)星姿態(tài)控制服務(wù)。星間通信通過交換姿態(tài)與位置信息,可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航與編隊(duì)控制,并維持航天器間的時(shí)間同步性。因此星間高速通信組網(wǎng)(星間激光鏈路或Ka高速傳輸鏈路)是星群實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠、高效組網(wǎng)工作的核心和基礎(chǔ)。

針對(duì)衛(wèi)星星群的星間通信體系結(jié)構(gòu)研究多集中在物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。物理層連通是星群組網(wǎng)傳輸?shù)幕A(chǔ),目前仍以射頻鏈路為主,但已經(jīng)開展激光鏈路實(shí)用性應(yīng)用;然后無論是何種星間鏈路,衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)是其最關(guān)鍵的技術(shù)。鏈路層以MAC協(xié)議作為研究重點(diǎn),解決系統(tǒng)內(nèi)多星之間的鏈路共享問題,需滿足自適應(yīng)性、伸縮性、信道利用率、延遲、吞吐量和公平性等需求的變化。

但是目前對(duì)于衛(wèi)星星群間網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的研究較少,隨著星群規(guī)模的增加,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和復(fù)雜程度隨之提升,需要深入開展網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)研究工作。因此星群的重置性是其備受關(guān)注的需求,在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)線的應(yīng)用和協(xié)議應(yīng)檢查節(jié)點(diǎn)故障或新增加的節(jié)點(diǎn),自我重新配置以維持任務(wù)目標(biāo)。

2  衛(wèi)星與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合

星群對(duì)空間衛(wèi)星體系的結(jié)構(gòu)帶來了極大的變革,促進(jìn)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信、遙感、移動(dòng)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展。衛(wèi)星通信有效地促進(jìn)了新一代空間技術(shù)的快速發(fā)展,尤其是在新型的星群通信體系結(jié)構(gòu)出現(xiàn)后,衛(wèi)星通信的數(shù)據(jù)傳輸速率提高、傳輸延遲降低、覆蓋范圍擴(kuò)大。

通過對(duì)全球發(fā)射航天器的統(tǒng)計(jì)可知,遙感數(shù)據(jù)的傳輸和應(yīng)用成為衛(wèi)星應(yīng)用的第一動(dòng)力源,更進(jìn)一步則需要建立基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)挖掘和應(yīng)用處理體系。隨著智能手機(jī)的普及、數(shù)據(jù)傳輸需求的激增,通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù),可以使智能手機(jī)用戶等終端獲得直觀的應(yīng)用體驗(yàn),涵蓋了衛(wèi)星通信、移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸、大數(shù)據(jù)應(yīng)用和遙感信息應(yīng)用等領(lǐng)域。

因此,未來衛(wèi)星應(yīng)用應(yīng)該具備高速移動(dòng)數(shù)據(jù)接入和處理能力,從而滿足互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所需的低延遲、持續(xù)覆蓋、數(shù)據(jù)率高的需求,數(shù)據(jù)傳輸速率需要達(dá)到Mbps量級(jí)以上。

目前,SpaceX和SES等公司已經(jīng)開始研究低軌小衛(wèi)星星座以提供全球?qū)拵Х?wù),OneWeb(圖5)、O3B、Leosat等公司計(jì)劃通過建設(shè)星座提供全球數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。OneWeb使用自安裝的小型用戶終端,手機(jī)和WIFI設(shè)備可與用戶終端通信對(duì)接,然后再由用戶終端與衛(wèi)星進(jìn)行聯(lián)通。O3B使用專業(yè)的大型地面終端,地面終端與本地基礎(chǔ)設(shè)施相連,衛(wèi)星可作為蜂窩塔與移動(dòng)核心網(wǎng)間的鏈路節(jié)點(diǎn)。近年來部署的高通量衛(wèi)星系統(tǒng)采用與地面蜂窩系統(tǒng)類似,通過多個(gè)點(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)空間與頻率分集復(fù)用方式,可提供高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?wù)。

圖5  OneWeb衛(wèi)星在軌飛行構(gòu)想圖

3  高通量通信衛(wèi)星的發(fā)展

高通量通信衛(wèi)星使用相同頻帶資源可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量是傳統(tǒng)通信衛(wèi)星數(shù)倍甚至數(shù)十倍,通信容量可達(dá)數(shù)百Gbps甚至Tbps量級(jí)。高通量衛(wèi)星能大幅降低每比特成本,可以經(jīng)濟(jì)、便利地實(shí)現(xiàn)各種新應(yīng)用,已成為衛(wèi)星通信行業(yè)真正改變游戲規(guī)則的技術(shù),預(yù)計(jì)到2020年高通量衛(wèi)星的容量將達(dá)到近5Tbps,隨著寬帶大容量通信星座的建成,屆時(shí)通信容量將增加到40Tbps以上。

以Visat-3衛(wèi)星和OneWeb星座為代表的通信衛(wèi)星將引領(lǐng)了高通量衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)水平,高通量通信衛(wèi)星的發(fā)展將按照網(wǎng)絡(luò)寬帶化、覆蓋全球化、傳輸高頻化、載荷靈活化、應(yīng)用移動(dòng)化、運(yùn)營多元化、天地一體化等方向發(fā)展。通過高通量衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新,驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)應(yīng)用行業(yè)不斷發(fā)展,個(gè)人上網(wǎng)、企業(yè)數(shù)據(jù)傳輸、基站回傳、飛機(jī)通信、航海通信、軍事通信等都對(duì)高通量衛(wèi)星提出了重大需求,其應(yīng)用場(chǎng)景越來越廣泛。

針對(duì)高通量衛(wèi)星的發(fā)展,需要進(jìn)一步擴(kuò)大系統(tǒng)通信容量,降低單位帶寬成本,使高通量衛(wèi)星具備與地面寬帶通信水平相當(dāng)?shù)母?jìng)爭力。通過規(guī)?;?biāo)準(zhǔn)化、市場(chǎng)化生產(chǎn)用戶收發(fā)終端,充分降低高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的制造成本和信息獲取成本。為了實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸,除Ka頻段外,采用激光和Q/V等高頻段通信技術(shù)滿足需求。

在全球覆蓋方面,鑒于海上無法大規(guī)模建設(shè)通信基站群和地面基站覆蓋較小難以滿足飛機(jī)等高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等問題,應(yīng)該優(yōu)先從滿足航海和航空高通量通信的角度出發(fā)研制高通量衛(wèi)星,而陸地范圍的高通量通信則可以交給地面通信系統(tǒng),各展所長實(shí)現(xiàn)天地融合,構(gòu)建全球高通量信號(hào)無縫連接。

高通量天地一體化通信系統(tǒng)的建設(shè),應(yīng)以政府指導(dǎo)為牽引,企業(yè)建設(shè)為主體、市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的商業(yè)發(fā)展模式,開展多元化運(yùn)營模式,通過衛(wèi)星靈活載荷設(shè)計(jì)來滿足市場(chǎng)需求變化或企業(yè)商業(yè)模式的變化,重點(diǎn)構(gòu)建“一帶一路”空間信息走廊重大工程,積極挖掘和培育具有高黏著度的高通量衛(wèi)星通信應(yīng)用新方向,通過多種應(yīng)用綜合發(fā)展高通量衛(wèi)星。

4  衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)拓展應(yīng)用

目前,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)已具備全天候、近實(shí)時(shí)、高精度的特點(diǎn),可持續(xù)發(fā)射L頻段導(dǎo)航信號(hào),廣泛應(yīng)用于定位、導(dǎo)航和授時(shí)(Positioning, Navigationand Timing,PNT)等領(lǐng)域。隨著導(dǎo)航星座完成部署,需要進(jìn)一步開展天基、地基和空基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè),通過增加衛(wèi)星或地面參考站,向用戶提供衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道參數(shù)、電離層改正參數(shù)和載荷狀況,提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度、可用性和完好性。

隨著各導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的逐漸完善,觀測(cè)站的增加,其應(yīng)用范疇將越來越廣泛,例如通過GNSS進(jìn)行表面反射信號(hào)遙感技術(shù)研究等。GNSS持續(xù)向地球播發(fā)無線電信號(hào),其中部分信號(hào)會(huì)被地球表面反射。從粗糙表面反射回來的GNSS延遲信號(hào)可以提供直射和反射信號(hào)路徑的不同信息。

這些信息包括反射信號(hào)的波形、幅值、相位和頻率等的變化,極化特征的變化直接與反射面相關(guān),結(jié)合接收機(jī)天線位置和介質(zhì)信息,利用延遲測(cè)量觀測(cè)和反射表面屬性可以確定表面粗糙度和表面特性,即GNSS+R反射測(cè)量。GNSS+R作為當(dāng)前GNSS和遙感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和交叉點(diǎn),在海洋、陸地、水文、植被和冰雪等遙感應(yīng)用方面取得顯著進(jìn)展。

此外,在Lemur-2星座衛(wèi)星上安裝的STRATOS GPS大氣測(cè)量載荷也拓展了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用范疇。大氣測(cè)量載荷采用GPS接收機(jī)來跟蹤數(shù)顆位于地球中軌(MEO)的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星,測(cè)量它們的信號(hào)到達(dá)本星的時(shí)延信息,并測(cè)量信號(hào)傳遞路徑在穿過地球大氣時(shí)產(chǎn)生的路徑彎曲角度,從而可以幫助人們了解大氣內(nèi)溫度、壓力和濕度等重要參數(shù)。

5  遙感衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展

回顧2017年及2018上半年,全球發(fā)射的遙感衛(wèi)星數(shù)量已是當(dāng)前衛(wèi)星發(fā)展的主力軍。根據(jù)地球觀測(cè)領(lǐng)域“未來十年(2016-2025)戰(zhàn)略規(guī)劃”中確定的可持續(xù)發(fā)展、氣候變化和防災(zāi)減災(zāi)等三大優(yōu)先發(fā)展事項(xiàng),未來將重點(diǎn)在生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)管理、防災(zāi)減災(zāi)、能源和礦產(chǎn)資源管理、糧食安全、基礎(chǔ)設(shè)施和交通系統(tǒng)管理、公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)、城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展、水資源管理等領(lǐng)域等八個(gè)社會(huì)受益領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)信息服務(wù),為決策制定提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)、信息及知識(shí)。

美國在地球遙感的科學(xué)目標(biāo)主要是增進(jìn)對(duì)全球變化的認(rèn)識(shí),預(yù)測(cè)地球系統(tǒng)的變遷,同時(shí),積極推動(dòng)谷歌等企業(yè)直接參與全球綜合地球觀測(cè)。

歐盟提出的哥白尼等計(jì)劃,更加注重滿足用戶需求,保持歐洲地球觀測(cè)技術(shù)的獨(dú)立性和領(lǐng)先地位,通過地平線2020計(jì)劃致力于推動(dòng)歐洲與亞洲開展廣泛的多邊合作研究。

日本地球觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃已逐漸形成了具有其自身特點(diǎn)的地球觀測(cè)系統(tǒng)戰(zhàn)略規(guī)劃和體系,例如積極發(fā)展“先進(jìn)觀測(cè)衛(wèi)星”系列商業(yè)光學(xué)成像衛(wèi)星,目標(biāo)是建立長期的、覆蓋全球的、時(shí)間序列一致的地球觀測(cè)數(shù)據(jù)。

遙感衛(wèi)星未來發(fā)展將瞄準(zhǔn)由單星應(yīng)用向綜合應(yīng)用發(fā)展,從局域觀測(cè)向全球監(jiān)測(cè)應(yīng)用發(fā)展,在多領(lǐng)域綜合應(yīng)用中提高定量產(chǎn)品精度,堅(jiān)持同類型衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的長期觀測(cè)積累和對(duì)比應(yīng)用,組建全球接收站網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模與能力,加強(qiáng)實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,完善全球綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、定標(biāo)場(chǎng)、真實(shí)性檢驗(yàn)場(chǎng)、模擬與仿真實(shí)驗(yàn)室等組成的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證體系,進(jìn)一步提高關(guān)鍵星載設(shè)備、器件、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)與軟件產(chǎn)品的質(zhì)量等。

通過遙感衛(wèi)星技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,更好地服務(wù)于全球可持續(xù)發(fā)展,加快遙感衛(wèi)星技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進(jìn)程,建立長期連續(xù)、穩(wěn)定自主、全球覆蓋、時(shí)間序列一致、協(xié)調(diào)配套的衛(wèi)星地球觀測(cè)系統(tǒng)。

6  衛(wèi)星軟件定義技術(shù)發(fā)展

2017年5月,歐洲通信衛(wèi)星公司(Eutelsat)宣布再訂購至少兩顆“量子”衛(wèi)星(圖6),由3顆衛(wèi)星構(gòu)成星座實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。“量子”衛(wèi)星是首顆真正意義上的軟件定義衛(wèi)星,是軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于通信衛(wèi)星的典型代表,其可重構(gòu)性特征能滿足未來不斷發(fā)展的通信需求。

衛(wèi)星軟件定義技術(shù)是新一代開放架構(gòu)的衛(wèi)星系統(tǒng),支持用戶需求可定義、有效載荷動(dòng)態(tài)重組、應(yīng)用軟件動(dòng)態(tài)重配、衛(wèi)星功能動(dòng)態(tài)重構(gòu),利用軟件定義無線電(SDR)技術(shù)提升衛(wèi)星有效載荷能力。隨著通信、互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、軟件的技術(shù)的迅猛發(fā)展,軟件定義正成為一種新的必然發(fā)展趨勢(shì),將其與衛(wèi)星技術(shù)相結(jié)合,可有效提高衛(wèi)星產(chǎn)品的軟件密集度,逐步增強(qiáng)衛(wèi)星功能和性能,通過通用產(chǎn)品的提前研制,可極大地縮短研發(fā)周期,降低研制成本。

衛(wèi)星軟件定義技術(shù)為發(fā)展智能衛(wèi)星創(chuàng)造良好的前提條件,能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功能和性能的持續(xù)演進(jìn),可以加快新型科研成果在衛(wèi)星工程中的應(yīng)用轉(zhuǎn)化速度。

軟件定義衛(wèi)星包括天基超算平臺(tái)、星載操作環(huán)境、軟件化有效載荷、應(yīng)用軟件等多個(gè)方面,涉及多個(gè)學(xué)科、多個(gè)專業(yè)。預(yù)計(jì)軟件定義衛(wèi)星未來將從以下5個(gè)方面取得進(jìn)展:建立軟件定義衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系;研制適用于軟件定義的關(guān)鍵有效載荷設(shè)備,包括專用ASIC、DSP和FPGA芯片技術(shù),數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器技術(shù),超寬帶接收機(jī)和功率放大器等設(shè)備;研制軟件定義衛(wèi)星技術(shù)在軌試驗(yàn)平臺(tái);持續(xù)研發(fā)和改進(jìn)星載操作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備和軟件程序的即插即用;建立健全應(yīng)用軟件庫,拓展應(yīng)用需求領(lǐng)域和技術(shù)支撐范圍。

圖6  歐洲量子衛(wèi)星在軌飛行構(gòu)想圖

7  綜合發(fā)展建議

我國航天產(chǎn)業(yè)應(yīng)進(jìn)一步完善航天產(chǎn)業(yè)宏觀管理,在統(tǒng)籌規(guī)劃和應(yīng)用政策等方面加強(qiáng)引導(dǎo),深度貫徹軍民融合要求,實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)業(yè)天地一體化建設(shè)、制造與應(yīng)用相結(jié)合發(fā)展;

努力擴(kuò)大衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)規(guī)模,提升衛(wèi)星應(yīng)用水平,強(qiáng)化業(yè)務(wù)化服務(wù)能力,形成完整的航天應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈條;

深度推進(jìn)和落實(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源分層級(jí)開放共享,建立衛(wèi)星數(shù)據(jù)的公益性應(yīng)用和商業(yè)性應(yīng)用等分級(jí)共享模式,避免相近的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源的重復(fù)建設(shè)以及國際衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的重復(fù)購買,節(jié)約和優(yōu)化國有資源和經(jīng)費(fèi)的使用;

對(duì)于元器件、設(shè)備設(shè)施的國產(chǎn)化,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域從經(jīng)費(fèi)、政策、考評(píng)等方面的支持,鼓勵(lì)通過試驗(yàn)衛(wèi)星在軌驗(yàn)證等方式進(jìn)行科技創(chuàng)新,強(qiáng)化基礎(chǔ)能力建設(shè)。

航天產(chǎn)業(yè)將以應(yīng)用為中心,以政府為牽引,以市場(chǎng)為導(dǎo)向,以企業(yè)為主體,以創(chuàng)新為動(dòng)力,天地統(tǒng)籌規(guī)劃,加強(qiáng)基礎(chǔ)能力建設(shè),推進(jìn)數(shù)據(jù)分級(jí)共享,協(xié)調(diào)軍民融合發(fā)展,促進(jìn)社會(huì)化多元投資運(yùn)作,拓展航天產(chǎn)業(yè)鏈,提高應(yīng)用規(guī)模,帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和科技實(shí)力扎實(shí)穩(wěn)步提升,整體上實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)業(yè)由試驗(yàn)應(yīng)用型向業(yè)務(wù)服務(wù)型的轉(zhuǎn)變,顯著提高衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和效益。

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