歐洲量子衛星項目概述

科技 05-30

編輯整理：中國電科發展戰略研究中心

隨著天基系統功能多樣化程度不斷加深，其弊端也逐步顯現，即一旦發射到預定軌道，衛星的功能特性就基本固化。即便可以通過在軌維護等手段實現有限的功能升級、修改，也必須付出高昂的代價。為此，國內外紛紛研究如何將軟體無線電理念用於衛星設計，即「軟體星」理念——「有效載荷基於軟體無線電通用硬體平台，衛星功能由軟體來定義的衛星系統」。歐洲量子衛星（Eutelsat-Quantum）項目就是對「軟體星」的探索。

一、概述

歐洲通信衛星公司（Eutelsat）和歐洲航天局（ESA）於2015年7月9日簽訂一份價值1.8億歐元（1.98億美元）的合同，研製被稱為Eutelsat-Quantum的新一代量子衛星，該衛星基於軟體無線電理念，可視作是首顆真正意義上的軟體定義衛星。2017年5月，Eutelsat公司表示計劃再訂購至少2顆量子衛星，形成3顆衛星構成的星座，以實現全球覆蓋。Eutelsat高級副總裁Willy Guilleux在5月16日新加坡亞太Milsatcom大會上稱，已經預售了第一顆衛星的一半容量。

空中客車防務與航天公司是Eutelsat-Quantum衛星項目的主承包商，並負責提供載荷；英國小衛星製造商薩里衛星技術公司（SSTL）提供「地球靜止軌道微衛星平台」（GMP）。

第1顆Eutelsat-Quantum為全Ku頻段衛星，頻段能夠被匹配（be paired），因此不受國際電信聯盟（ITU）對不同地區頻率規定的影響。設計壽命15年，衛星容量達到6-7Gb/s，可為載荷提供5KW功率的電源，最大發射重量3500kg，最大負載450kg。該衛星將於2019年由SpaceX公司發射，部署於大西洋上空西經12.5度GEO軌道，具有覆蓋美洲、歐洲和非洲的能力。

第2顆Eutelsat-Quantum將在2020到2021年左右發射，可能會覆蓋亞洲。Eutelsat公司表示衛星可以支持其他波段，包括軍用和民用Ka波段。

二、特點

量子衛星的最大特點就是採用了軟體無線電理念，因此，其某些功能參數是可重構的、靈活的、可通過軟體定義的。具體來說，該衛星在如下幾方面有著無與倫比的靈活性：

覆蓋範圍可重構。Eutelsat-Quantum衛星將採用西班牙的空客防務CASA子公司提供的相控陣天線，允許控制者通過地面指令控制波束，能夠通過軟體定義覆蓋區形狀、方向，進而實現軟體定義的覆蓋時間、覆蓋區域（即，「空分+時分的覆蓋範圍跳變」，如下圖所示）的方式來提高通信容量利用率。

軟體可重構的覆蓋範圍（示例）

帶寬可重構。可通過軟體來控制通信衛星的帶寬。

功率與頻率配置可重構。用戶可自定義「功率-頻率」配置。

基於資源重構的抗干擾。即，通過快速重構相關資源，實現干擾抵消、干擾隔離。

三、目標

具備改變衛星覆蓋範圍和在軌功率的能力是商業衛星運營商長期以來夢寐以求的目標。商業衛星運營商常常抱怨地面通信技術可在幾年之內進行更新換代，而地球靜止軌道通信衛星的設計常常在發射的前兩三年便已「凍結」，在15年的在軌時間裡都不會變化。Eutelsat-Quantum項目旨在改變這種情況。歐洲通信衛星公司首席執行官表示，「多虧了Eutelsat-Quantum項目及其軟體擴展應用，我們無需移動衛星，便可實現在夏天覆蓋地中海、冬天覆蓋加勒比海、或跟蹤無人機、艦艇、飛機或艦隊，為客戶提供當前通信衛星所不具備的靈活性。這是歐洲通信衛星公司、空客、ESA和英國航天局的合作創新。