致軍民融合辦公室：建議國家優先考慮建設赤道中圓地球軌道激光幹路中繼衛星星座

最新 06-12

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寬頻星座走出去：上合會議和一帶一路

（NEXT）

前不久兩會期間，裝備發展部召開的軍民融合商業航天專家論證會上，邀請了國內各家商業航天企業一起為發展中國商業航天領域的軍民融合事業出謀劃策。由於保密限制，筆者沒有過多解釋這方面的進展。

在提交給習近平主席領導的軍民融合辦公室的意見徵集方案中，世域天基的郭正標同志提出國家隊應該優先建設可以給國內各大遙感或者低軌通訊衛星使用的激光幹路中繼衛星星座，相對於我們之前建設的天鏈一號系列地球同步軌道中繼衛星而言，這個星座的容量更大，成本更低，兼容性更強，獲得回報的預期更理想，特別適合今天軍民大環境背景，可作為商業航天示範性工程進行規劃。其實這個激光中繼方案是世域天基鵲橋衛星星座的一部分，考慮到系統設計的合理性，郭正標認為充分合作共享或許更符合未來星座潮流，也是降低開發建設難度的不二選擇。可以有多個主體聯合開發研製，共建共享共用。

新聞背景：美創企AUDACY商業數據中繼衛星星座獲批

發展中繼衛星通訊是實踐共建共用共享的大膽嘗試

從星座構想發展歷程來看

該建議主要依據

1.軌道選擇2.激光鏈路3.通訊標準

為什麼選擇赤道中圓MEO軌道

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1.赤道中圓MEO軌道

▲O3B mpower

首先先介紹一下為什麼很有必要建設中地球軌道MEO中繼衛星星座。眾所周知，衛星軌道類型大致上可以分成高中低軌三種，也包括GEO地球同步軌道和傾斜地球同步軌道(IGSO)中圓軌道MEO以及太陽同步軌道SSO這類低軌細分的軌道類型。一般來說中軌道地球衛星主要是指衛星軌道距離地球表面2000～20000km的地球衛星。軌道高度介於LEO低軌和HEO高軌之間，所以它的屬性軌道參數相比LEO比較穩定，軌道周期較長，能提供穩定的對地波束覆蓋。相對於高軌的時延來說，中軌道也能像LEO一樣滿足地面移動通訊的要求。更為重要的是MEO相比GEO而言，對軌道資源的依賴性要小很多，地球同步軌道軌位非常稀缺，早已成為各國爭奪的焦點，甚至有企業花點數億去購買軌位資源。MEO軌道的使用避免了這一矛盾，畢竟在廣泛的空間當中，這一特定的場景資源非常豐富。

▲軌道類型

我們這裡舉幾個例子

1.北斗系統當中的MEO衛星，尤其是北斗三代幾乎都是MEO衛星，穩定的運行周期對地面終端的可視鏈路建立便利性是選擇這一構型的重要因素。

2.國際海事衛星inmarsat-P系統是國際海事衛星組織建造的一個全新結構的21世紀全球個人衛星移動通信系統.第一、第二代海事衛星只使用靜止軌道衛星,只能覆蓋地球緯度70°以上的區域.第三代海事衛星採用同步和中軌道衛星結合的方案.由4顆同步軌道衛星和12顆高度為10 000 km中軌道衛星相結合,分布在7個軌道平面上(與赤道平面有一定的夾角).在這個高度上,衛星沿軌道旋轉一周的時間為四分之一天.由於軌道高度的降低,可減弱高軌道衛星通信的缺點。從名字就能看出來它選擇MEO恰好就是利用了對其地球空間分布合理，對地面用戶覆蓋均衡的特性。

在這一我要說赤道中圓軌道部署衛星的優勢。赤道平面上的衛星相比傾斜軌道能更好的覆蓋低緯度地區，尤其是目前相對經濟比較落後的海島國家。同時還能給我國低緯度地區提供穩定的通訊服務。典型的案例就是O3B選擇的近赤道軌道MEO設計，目前看來也是市場反饋比較好的軌道應用場景。將這些軌道特性複合起來，選擇赤道中圓軌道MEO星座優勢不言而喻。

2.激光幹路中繼傳輸服務

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那麼為什麼MEO比較適合用來做激光中繼服務場景呢？激光通訊技術為無線通訊的一種，它以光信號作為傳輸信息的載體，在空間中直接傳輸。激光通訊技術由於其單色性好、方向性強、光功率集中、難以竊聽、本錢低、安裝快等特點，而引起各國的高度重視。激光比較適合作為主幹路傳輸用途，能充分發揮激光鏈路帶寬大的優勢，假設只是用於低軌之間，一方面增大了衛星的體積，而且部署數量會很多，不利於星座的整體設計和未來運營。

衛星中繼服務是一個目前看來需求比較強烈的市場，其一現在大量發射的遙感衛星及其星座，需要依賴全球各地的測控站，尚且不能形成實時數據回傳的能力，這制約了遙感衛星在國防，交通等巨大市場空間的應用。有了實時遙感數據下行的能力可以供軍隊作戰，機場指揮調度場景使用。更為重要的是我國由於地理位置局限，全球政治的高度複雜，很難在全球各地落地建設衛星測控站。有了這個激光幹路傳輸系統，就可以實現不依賴全球部署測控站的目標。

有了MEO的激光環路，還差一步，那就是如何把高帶寬的激光鏈路信息傳說到地面來，如果還是回到微波下行，那麼激光幹路傳輸的效果和意義就要大打折扣。激光由於其特性所以很難再大氣環境下做長距離傳輸，必須選擇大氣環境非常穩定的區域。這裡所說的大氣環境穩定，指的是儘可能選擇海拔高度高，大氣稀薄，雲層遮蓋少，氣候條件穩定的地點建設大型激光傳輸地面站，並通過地面站所連接的光纖未來，往激光幹路信息接入的互聯網路中來。

這個激光傳輸站的選擇非常考究。不過我國地理風貌非常豐富，有比較合適的地點。關注量子通信網路的朋友應該知道我以前發射量子通信衛星，就是選擇了建設在西藏阿里的激光站進行量子信息傳輸。

3.制定空間數據傳輸協議實現衛星通信載荷製造標準化

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如果這個激光幹路中繼衛星星座沒有統一的標準，各自為政，後期星座建設成立之後無法實現低軌衛星和中繼衛星之間的鏈路鏈接就得不償失了。為此在建設之前我們應該團結國內星座企業，由國家標準權威部門出面協調，制定行業規範。比如統一低軌和中軌之間微波傳輸的頻率，通訊制式，數據傳輸標準。通過採購標準化的星間鏈路載荷實現低成本的衛星星座建設。

2016年筆者曾經和空中客車的高層溝通過鵲橋衛星星座當中的MEO衛星的設計細節，此刻「歐洲數據中繼系統」的首個激光通信中繼載荷EDRS-A已於2016年1月30日成功發射，邁出了構建全球首個衛星激光通信業務化運行系統的重要一步。EDRS-A可提供激光和Ka波段兩種雙向星間鏈路，星間傳輸速率可達1.8吉比特/秒。在完成一系列在軌測試後，EDRS-A於2016年6月成功傳輸了歐洲哨兵1A雷達衛星的圖像，並於2016年7月進入業務運行階段。EDRS-A載荷實現在軌服務，表明歐洲已率先實現星間高速激光通信技術的業務化應用，是近年來歐洲航天技術快速發展的一個重要里程碑。

空中客車作為主要承包商，計劃於2020年將「歐洲數據中繼系統」擴展成為全球覆蓋系統，形成以激光數據中繼衛星與載荷為骨幹的天基信息網，實現衛星、空中平台觀測數據的近實時傳輸。他們特別希望國內世域天基公司的低軌衛星可以使用他們的激光中繼衛星網路。不過促成筆者注意到應該著力制定行業規範的原因也是處於國際上需要新的統一的解決方案的動力都來自於國情，因為星座設計之間存在的問題使得我們不可能直接使用空客的衛星服務。鵲橋衛星星座使用60Ghz免授權頻段作為星間傳輸頻率方案，並不足以兼容他們的KA鏈路，何況國內民營公司還不擁有其KA的頻率資源。目前就CCSDS國際空間數據系統諮詢委員會也在研究如何就光學系統單獨建立下一代的數據傳輸方案。接下來將在這個領域有很多事情可以做，期待有國家隊力量主導的MEO激光幹路衛星早日提上日程來，其中讓民營企業有更多的參與機會也是非常重要的，畢竟眾人拾柴生態才能旺起來。

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