我國衛星技術取得重大突破！激光通信技術世界領先！
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1月23日，我國首顆高通量通信衛星實踐十三號在軌交付、投入使用，將納入「中星」衛星系列，命名為「中星十六號」衛星。實踐十三號衛星是我國自主研發的新一代高軌技術試驗衛星，於2017年4月12日在西昌成功發射，經過長達9個多月的變軌和試驗，至少取得五個方面重大突破。
我國衛星通信進入高通量時代
實踐十三號衛星首次應用Ka頻段寬頻技術，通信總容量達20Gbps，超過了我國已研製發射的通信衛星容量總和，使我國成為繼美、歐等少數發達國家後掌握Ka頻段寬頻通信這一先進技術的國家，可為中國地區等區域用戶提供服務，促進寬頻衛星通信在高鐵、船舶、飛機等移動載體以及企業聯網、應急通信、軍事等領域的應用。它與一般通信衛星相比，具有容量大、速率高、價格低、終端輕便、組網快捷等獨特優勢。
儘管這樣的帶寬水平不算很好，與國際最高水平的80Gbps—100Gpbs的帶寬有差距，但是，我國去年發射失敗的實踐十八號通信容量已經達到70Gbps，接近國際先進水平。
實現衛星關鍵核心單機的自主可控
首次在我國高軌長壽命通信衛星上工程化應用地球敏感器、Ka頻段寬頻接收機等國產化產品，改變了相關產品長期依賴進口的現狀，衛星使用壽命達到國際先進水平的15年。
走開衛星技術試驗和示範應用的路子
首次在我國衛星上將技術試驗和示範應用相結合，加速科研的應用轉化，既滿足新技術在軌試驗的目的，又滿足載荷示範應用的要求，提高工程綜合效益。
我國太空動力技術全面跨入電推進時代
實踐十三號衛星首次配置電推進系統來完成全壽命期的軌道位置定點工作（無需消耗化學推進劑），推動我國衛星平台技術全面跨入電推進時代，推進效率比常規化學推進提升10倍以上，這是我國太空動力技術的重大革命——電推進技術即將全面取代化學推進技術。
我國電推進技術研究雖然起步晚，但發展很快。電推進系統分靜電式、電磁式和電熱式三種類型。實踐十三號衛星採用的是靜電式，也叫離子推進器，而霍爾電推進系統是靜電式的另一種形式。離子推進器的原理是先將氣體電離，然後用電場力將帶電的離子加速後噴出，以其反作用力推動航天器。由於帶電離子在推進器中會被加到10—18千米/秒的超高速度，因而工質的使用效率非常高，帶來的直接好處就是高達3000秒比沖。
實踐十三號衛星安裝了四台200毫米口徑的LIPS-200離子推進器，這是由中國航天科技集團公司五院510所自主研製的中國首個衛星用200毫米離子電推進系統，地面壽命及可靠性試驗累計工作時間達到6000小時，開關機3000次。單台推進器的額定推力40mN，比沖達3000秒，而化學火箭發動機中比沖最高的氫氧發動機只有400多秒，它的最大好處是可以大大減少衛星攜帶的推進劑數量。原來一顆衛星需要帶3噸的化學推進劑，採用電推進之後，理論上只需要帶300公斤推進劑，對於衛星減重和增加有效載荷效果顯著，也大大降低了衛星發射成本。
地球同步衛星變軌示意圖（近地軌道—轉移軌道—同步軌道，每次到近地點加速）
2015年，SpaceX一次發射了兩顆全電推進的通信衛星，其中一顆是中國香港亞洲通信公司的ABS-3A。這顆衛星安裝是波音的四台XIPS-25離子推進器，比沖達3500秒，但總推力僅有165mN。而一張80克的A4紙的質量約為4.99克，在地球上的重力約為48.9mN,也就是說該衛星推力還不足以吹起4張A4紙。由於推力非常小，ABS-3A衛星的加速度也小得可憐，因而變軌到地球同步軌道將花費6-8個月的時間。不過，這對於壽命15年的通信衛星也是非常划算的，畢竟大大降低了發射成本。
從對比中可以看出，我國的離子推進器單台推力40mN、比沖3000秒，與波音的單台推力41.2mN、比沖3500秒的水平基本接近。在此基礎上，我國又開發了LIPS-200+、LIPS-100、LIPS-300系列離子電推進系統，功率從1千瓦—5千瓦量。中國空間技術研究院計劃2020年完成50千瓦量級大功率推力器的關鍵技術攻關。如果將40個這樣的推進器組成陣列，可讓300噸量級的飛船在200天左右到達火星。
另外，由502所研製的新一代霍爾電推進系統曾首次安裝在實踐十八號衛星上，可惜發射失敗。據該所主任設計師毛威講，相比國外同類產品，此套霍爾電推進器在比沖、效率等方面性能指標可提升20%以上。該系統曾在天宮二號上成功進行了試驗。英國《觀察者網》曾報道，若中國的霍爾電推進器研製成功，可70天抵達火星。
筆者戍天九思認為，雖然目前電推進器推力很小，但由於它往外噴射的帶電離子流是超高速的、效率很高，因而消耗推進劑很少，動力比較持久。特別是在真空、無阻力、微重力的太空環境下，又因為所需能量由太空取之不盡、用之不竭的太陽能轉化而來，所以電推進器必然是一種高效的、持久的動力來源。
電推進技術是人類太空動力技術的重大革命，標誌著一個星際遠征的時代即將到來！特別是隨著太陽能利用效率和電推進技術的進步，人類星際遠征的腳步會越來越近！讓電推進系統的力量更強大一些吧！讓星際遠征的時代來得更早一些吧！
高軌星地雙向激光通信技術全球領先
實踐十三號衛星首次在國際上開展高軌衛星與地面的雙向激光通信試驗，速率最高達到5Gbps，標誌著我國在空間高速信息傳輸這一尖端技術領域走在了世界前列，使我國成為國際上首個掌握該項技術的國家。
此次試驗由哈爾濱工業大學馬晶、譚立英教授所帶領的衛星激光通信團隊負責，攻克了多項國際難題，開創了國際衛星激光通信發展的新局面，獲得2項國家科技發明獎和70多項國家授權發明專利，並研製出5代適應不同軌道衛星的終端產品。
一是試驗鏈路跟蹤穩定，在距地球3.6萬公里高度的衛星與地面站之間，攻克光束「針尖對麥芒」般的高精度捕獲難題，有效克服了衛星運動、平台抖動、複雜空間環境等因素影響，成功實現光束信號的快速鎖定和穩定跟蹤，有平均捕獲時間2.5秒，1小時跟蹤穩定度為100%。筆者跟蹤研究認為，這可能是最大的技術難點，主要得益於我大功率激光技術的重大突破和「墨子」號量子通信衛星激光精準跟蹤技術的經驗積累。
二是傳輸速率高，國際首次實現了高軌星地激光雙向通信，最高速率達5Gbps，國際領先，實用化意義重大。
三是通信質量好，國際上首次實現了高軌星地600Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、5Gbps多種數據率的激光通信。
四是採用多項自主創新先進技術，在衛星與地面間首次採用波分復用激光通信技術，並對高速激光信息接收與轉發、遠距離高速激光通信大氣影響補償等多項關鍵技術進行了驗證，為後續軍民業務應用奠定了基礎。
衛星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠、保密性好、抗干擾能力強、成本較低等優點，是建設空間信息高速公路不可替代的手段，也是當前國際信息領域的前沿科學技術。尤其是高軌星地激光通信技術，技術難度極大，是當前各國競相開發的熱點。
我國在激光通信和量子通信技術上的重大突破，將徹底打破美國信息網路霸權，我國信息技術受制於人的局面將一去不復返了，也必將為我國信息安全和後續天地一體化信息網路國家重大科技工程的實施奠定了堅實基礎，還具有廣泛的軍事價值，意義重大，影響深遠。
注:圖片來自互聯網
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