实践十三号卫星到底是干啥的？

shuszhao

1月23日，我国首颗高通量通信卫星实践十三号在轨交付，正式投入使用。实践十三号卫星投入使用后，将纳入“中星”卫星系列，命名为“中星十六号”卫星。实践十三号卫星是我国技术试验、示范应用和商业运营成功结合的典范，突破了制约我国航天技术跨越发展的诸多瓶颈技术，在轨开展一系列试验应用并取得了丰硕成果，为“航天强国”“宽带中国”建设提供了有力支撑。

实践十三号卫星是我国自主研发的新一代高轨技术试验卫星，于2017年4月12日在西昌卫星发射中心成功发射，在轨测试期间，圆满完成了平台技术和载荷技术两大类，高效热控技术、锂离子蓄电池技术、电推进技术、高轨激光通信系统、Ka频段宽带通信载荷系统等11个试验项目。

实践十三号卫星创造了我国及世界通信卫星多个“首次”。

——首次在我国通信卫星上应用Ka频段宽带技术，通信总容量达20Gbps，超过了我国已研制发射的通信卫星容量总和，标志着我国卫星通信进入高通量时代。

——首次在国际上开展高轨卫星与地面的双向激光通信试验，速率最高达到5Gbps，标志着我国在空间高速信息传输这一尖端技术领域走在了世界前列，使我国成为国际上首个掌握该项技术的国家。

——首次在我国高轨长寿命通信卫星上工程化应用地球敏感器、Ka频段宽带接收机等国产化产品，改变了相关产品长期依赖进口的现状，实现了卫星关键核心单机的自主可控。

——首次在我国卫星上配置电推进分系统来完成全寿命期的轨道位置定点工作，推动我国卫星平台技术全面跨入电推进时代。

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这里想特别说一下为飞机轮船高铁提供的上网服务。

还记得那些连动图都不敢点开的日子吗？那时候很多微信文章都喜欢这样的提醒，“慎点，本文有视频/X张图，土豪请随意”。

如果按这个标准衡量的话，我们用了不到两年的时间，都已经成为土豪了。

但是，在地面正常环境下网上“冲浪”很嗨的人们，乘坐高铁、船舶或飞机时，却会感觉好似“被拍在了沙滩上”。

高铁、船舶上信号不好是常见现象，而到了空中，直接啥信号都没有。

这是为啥？

因为在地面上，我们有这些“人人喊打”的基站啊！

（等等，你说乘坐高铁时也是在地面上？嗯，你说的没错。这个问题我们稍后回答……）

拜“基站辐射有害身体健康”这个著名的谣言所赐，世界各地大爷大妈们对基站一直抱有战天战地战人生的斗志。为了应对，各国都有让人惊奇的基站伪装技术：
它们藏在路标、“空调”、棕榈树、仙人掌、路灯甚至旗杆里……

                               
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伪装起来的基站（图片来自于网络）

而你也一定懂得，每当大爷大妈们成功发现它们之时，就是你手机丢失信号之时。

其实，飞机起飞前后是可以使用基站的，但因为飞机要与指挥台通信，电话可能干扰飞机信号，所以基站通信被禁用，手机都要关机；

然而到了飞机飞行的高度，大概是7000-12000米，显然就没有基站了。

这里比云层都高，运营商们纷纷表示“让宝宝们上天”真得做不到啊。

北美有那种往天上“广播”的基站可以服务于手机，可是这个网络需要大量地面基站的建设，且基本只能覆盖国内部分的航线，飞出国境外也无能为力，总体性价比并不高。
而且即使是最新的移动通信技术，在链接超过150公里/小时的终端时就会不稳，对于运动速度动辄超过300公里/小时的高铁而言，速度和质量更是无法保证，而飞机更是一个小时800公里都飞出去了，这让我该咋连？

既然群众们已经诚心诚意得提出了问题，科学家也不好意思不解决呀。

为了解决问题，科学家们拿着基站找到了航天工程师：要不，你们帮帮忙把它们送上天？

普通的基站显然是不行的，这时就要靠通信卫星了，我们先讲讲它的发展历史。

事实上，1957年人类发射的首颗卫星Sputnik 1就是一个单向通信卫星：它以固定工作频率向地面发射无线电信号（我国首颗卫星东方红一号也是同样道理）。

                               
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Sputnik 1的复制品©维基百科

但仅在一年后，美国就发射了拥有信号中继功能的SCORE卫星，已然能实现信号中继传递。

1960年，美国还发射了一个奇葩的气球卫星Echo 1，转发地面信号。它就像一个巨大的镜子，用来反射信号。

                               
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巨大的“气球”通信卫星Echo 1 ©NASA

直到今天，人类已经发射了2000多颗通信卫星，它们分布在由低到高的不同轨道上。其中的大部分卫星停留在距离赤道正上空35786千米的高空上，在这里，卫星的运动周期恰好和地球自转完全同步，相当于从地面看“静止”在那里，用来实现信号通讯再合适不过。

而由于站得高看得远，基本上三颗隔120度分布的地球静止通信卫星就可以实现全球通讯。

通信卫星已然发挥出了巨大作用，最典型的就是不受天气、地理和信号基站限制的卫星电话，在人迹罕至的海洋、山区和极地地区有着不可替代的作用，在被灾害破坏的地区也能快速恢复通讯链接。

因为从理论上讲，在地球上任何一点，卫星电话都是可以直接使用的，而且可以跳过任何中间服务商（这也是为什么在绝大部分国家卫星电话是必须有授权的，否则可能用来从事谍报活动，属于违法行为）。

                               
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汶川地震中，抗灾英雄们从5000米高空跳伞救灾 ©中国军网

汶川地震后，由于通信基站破坏严重，我们失去了与震中地区的通讯联系。解放军首批15名伞兵空降茂县，在随后的7天里，他们徒步了220公里。他们还用携带的卫星电话第一时间报告了灾区的第一手信息，对救灾起到了巨大作用。同样的事情基本会出现在任何一个重大灾难中，世界各地皆是如此。

但传统的通信卫星受限于有效载荷重量、转发器数量、电源供应、信号波段和频率等，总信号容量有限。由于信号容量太小，打电话发电视信号还可以，但大规模传递信号（多用户上网）则黔驴技穷；信号宝贵，价格极高，基本上卫星电话收费都要一分钟10美元计，而一个卫星电话终端价格也要以万计。

而且，这些卫星所能提供的网络很慢。

随着科技进步，新一代高通量通信卫星（HTS，High Throughput Satellite）进入眼帘。按照定义，高通量的名字体现在它比起传统通信卫星信号通量（1 Gbit/s级别）多2倍以上，但实际上这个倍数普遍超过20倍，目前世界最先进的ViaSat-1卫星已经达到了140 Gbit/s级别通量。

这种巨大的进步是因为这种卫星比起传统通信卫星，有几个重大改进：

1. 信号频段更好

传统通信卫星普遍使用4-8GHz的C波段，频率较低且太过拥挤。而高通量通信卫星则广泛使用更高频率的Ku波段（12-18GHz）和Ka波段（27-40GHz），同样的天线能发射的信号强度显著提升，高频信号受电离层影响较小，可用波段宽度也大大增加；这就好比把土路换成了高速公路。

2. 卫星平台提升

随着硬件的进步，卫星的电力系统和导航制导与控制系统等能力大大提升，我国最新型的东方红五号平台已经开始应用国际上最先进的离子电推进技术，使得平台能够支持更多硬件持续更长时间工作；这就好比一辆桑塔纳直接换成了大奔。

3. 转发器数量提高

决定一个通信卫星容量的重量指标是转发器数量，由于新型卫星平台的支持，信号转发器的数量直线上升；这就好比一条单车道的路换成了N车道。

好了，我们可以想一下，是在一条单车道的土路上开桑塔纳爽，还是在一条双向N车道的高速公路上开奔驰体验好？

高通量通信卫星带来的好处还有，体验感（上网速度）大大提升，耗油量（上网费用）却大大降低。
在这种前提下，不少航空公司已经推出了空中上网服务，在对客机进行改装后，可以接收高通量通信卫星信号，在客舱内装置一个路由器，就可以提供高至平流层的WiFi服务了。

但由于目前高通量通信卫星依然数量较少，所以上网费用很高，而且速度与地面依然没法比。

“太贵用不起怎么办啊？”
“哥们儿，我给你个建议，去邀请中国制造入场啊！”

我国在2017年4月12日发射了中国首颗高通量通信卫星实践十三号。它使用了Ka波段多波束宽带通信系统，也搭载了先进的激光通信系统，还使用了电推进长期维持轨道。通信总容量达到20 Gbit/s，超过了中国以往所有通信卫星容量总和。