過去數月,航天器制造商勞拉空間系統公司(SSL)的3顆大型通信衛星的建造工作進入收尾階段,其中兩顆是為加拿大衛星通信運營商Telesat公司打造的。該公司隨后啟動了衛星發射計劃,兩顆衛星相繼進入距離地球3.6萬千米的同步軌道,雖然地球不停地轉動,但衛星在空中始終懸停在特定點。
由于這兩顆衛星具有獨特的優點,它們將在未來15年向亞洲和美洲提供包括寬帶互聯網服務的高速通信。
7月22日,Telstar 19 Vantage發射升空。憑借7000公斤的重量,它成為最重的商業通信衛星。創紀錄的19V及它的兄弟Telstar 18 Vantage(9月9日發射)在其他方面也值得關注。
它們有何特別之處?18V和19V有特色的天線能夠傳輸一種波束,極大地提升數據吞吐量。此外,SSL在生產和定制這兩顆衛星時使用了3D打印技術。
地球同步通信衛星的收發信號能夠覆蓋廣泛的區域。“借助地球同步軌道,一顆衛星可以覆蓋地球約1/3的范圍。”位于馬薩諸塞州坎布里奇的電信咨詢機構——北方天空研究所的高級分析師卡洛琳?貝爾(Carolyn Belle)表示,由另一角度看,這些衛星能夠覆蓋全球近一半的人口。
眾多潛在用戶散布在一個巨大的區域,歷史上通信衛星均使用寬波束覆蓋。但是,SSL的代理首席技術官羅布?施瓦茨(Rob Schwarz)說,點波束日漸普及。點波束是一束聚焦的電磁能,它能夠將更多的數據傳輸到更小的區域,這是寬波束無法達到的。
施瓦茨表示:“這就好比人類的眼睛和昆蟲的復眼。人類的眼睛是寬視域,而昆蟲的復眼像是點波束。”就像蜻蜓的復眼一樣,18V和19V上裝配的天線所產生的點波束聚焦方向略有不同,相同的頻帶可多次使用而不受干擾。
18V和19V最終將憑借其點波束和寬波束俯瞰地球,其原理類似于在眼睛上安裝復式隱形眼鏡。施瓦茨稱:“背景是寬波束覆蓋。在密集區域,我們將增加點波束協助覆蓋。”
根本上來說,點波束的功能類似于手機信號塔。衛星在一個地區使用一個特定的頻段,衛星地面站調準這一頻段進行信號發送和接收。施瓦茨稱:“這就像把手機放在特定的信號塔中。”
18V和19V的點波束和寬波束使用Ku(12~18吉赫)和Ka(26~40吉赫)波段。盡管更高頻率的波段在大氣中(尤其是在多雨的氣候下)信號損失更大,但因其數據傳輸速率要高于常用于衛星通信的C波段(4~8吉赫),近年來, Ku和Ka波段日漸普及。
SSL的兩顆全新通信衛星以及第3顆為印尼國有運營商印尼電信公司(Telkom Indonesia)生產的梅拉?普蒂赫(Merah Putih,8月7日發射)均基于常用的SSL1300系列架構。此外,這些衛星還需要專門的天線陣列,支持Telesat的點波束。
SSL位于加利福尼亞州帕洛阿托,SSL發射的Telstar衛星在天線支桿處擁有3D打印組件,可支撐天線和衛星控制的跟蹤設備。3D打印加速了設計流程,能創造出與傳統組裝組件同樣牢固,且外形更復雜的接頭,還無需棘手的焊接。
此技術同樣能夠降低成本,盡管地球同步衛星依然昂貴。說到發射成本,分析師貝爾表示:“每顆地球同步衛星成本高達數十億美元。”一些創業公司正在探尋更小型的近地軌道衛星,而貝爾認為,大型衛星因其高效節能和每比特數據極低的成本,依然具有活力。
至于這3顆新型通信衛星,每顆衛星在發射后必須憑自身的推進器用10天左右的時間才能到達其最終目的地——地球同步軌道。到達地球同步軌道后即展開太陽能電池組,打開天線。SSL在聯絡每顆衛星的同時會檢查各個系統,確保設備正常運轉。接下來的30~40天,SSL會指導和照料衛星運作,之后將其轉交給運行者。
如果未來15年內運轉良好,那么每顆衛星在推進燃料耗盡之前,將進入更高層的死亡軌道。施瓦茨稱:“死亡軌道專為完成任務的衛星而設。”
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原文標題:新型點波束提升通信衛星的帶寬
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