新型點(diǎn)波束提升通信衛(wèi)星的帶寬

過(guò)去數(shù)月，航天器制造商勞拉空間系統(tǒng)公司（SSL）的3顆大型通信衛(wèi)星的建造工作進(jìn)入收尾階段，其中兩顆是為加拿大衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商Telesat公司打造的。該公司隨后啟動(dòng)了衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，兩顆衛(wèi)星相繼進(jìn)入距離地球3.6萬(wàn)千米的同步軌道，雖然地球不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，但衛(wèi)星在空中始終懸停在特定點(diǎn)。

由于這兩顆衛(wèi)星具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它們將在未來(lái)15年向亞洲和美洲提供包括寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的高速通信。

7月22日，Telstar 19 Vantage發(fā)射升空。憑借7000公斤的重量，它成為最重的商業(yè)通信衛(wèi)星。創(chuàng)紀(jì)錄的19V及它的兄弟Telstar 18 Vantage（9月9日發(fā)射）在其他方面也值得關(guān)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(shù)據(jù)吞吐量。此外，SSL在生產(chǎn)和定制這兩顆衛(wèi)星時(shí)使用了3D打印技術(shù)。

地球同步通信衛(wèi)星的收發(fā)信號(hào)能夠覆蓋廣泛的區(qū)域?！敖柚厍蛲杰壍?，一顆衛(wèi)星可以覆蓋地球約1/3的范圍?！蔽挥隈R薩諸塞州坎布里奇的電信咨詢機(jī)構(gòu)——北方天空研究所的高級(jí)分析師卡洛琳?貝爾（Carolyn Belle）表示，由另一角度看，這些衛(wèi)星能夠覆蓋全球近一半的人口。

眾多潛在用戶散布在一個(gè)巨大的區(qū)域，歷史上通信衛(wèi)星均使用寬波束覆蓋。但是，SSL的代理首席技術(shù)官羅布?施瓦茨（Rob Schwarz）說(shuō)，點(diǎn)波束日漸普及。點(diǎn)波束是一束聚焦的電磁能，它能夠?qū)⒏嗟臄?shù)據(jù)傳輸?shù)礁〉膮^(qū)域，這是寬波束無(wú)法達(dá)到的。

施瓦茨表示：“這就好比人類的眼睛和昆蟲(chóng)的復(fù)眼。人類的眼睛是寬視域，而昆蟲(chóng)的復(fù)眼像是點(diǎn)波束。”就像蜻蜓的復(fù)眼一樣，18V和19V上裝配的天線所產(chǎn)生的點(diǎn)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(diǎn)波束和寬波束俯瞰地球，其原理類似于在眼睛上安裝復(fù)式隱形眼鏡。施瓦茨稱：“背景是寬波束覆蓋。在密集區(qū)域，我們將增加點(diǎn)波束協(xié)助覆蓋?！?/p>

根本上來(lái)說(shuō)，點(diǎn)波束的功能類似于手機(jī)信號(hào)塔。衛(wèi)星在一個(gè)地區(qū)使用一個(gè)特定的頻段，衛(wèi)星地面站調(diào)準(zhǔn)這一頻段進(jìn)行信號(hào)發(fā)送和接收。施瓦茨稱：“這就像把手機(jī)放在特定的信號(hào)塔中。”

18V和19V的點(diǎn)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(hào)損失更大，但因其數(shù)據(jù)傳輸速率要高于常用于衛(wèi)星通信的C波段(4～8吉赫)，近年來(lái)， Ku和Ka波段日漸普及。

SSL的兩顆全新通信衛(wèi)星以及第３顆為印尼國(guó)有運(yùn)營(yíng)商印尼電信公司（Telkom Indonesia）生產(chǎn)的梅拉?普蒂赫（Merah Putih，8月7日發(fā)射）均基于常用的SSL1300系列架構(gòu)。此外，這些衛(wèi)星還需要專門的天線陣列，支持Telesat的點(diǎn)波束。

SSL位于加利福尼亞州帕洛阿托，SSL發(fā)射的Telstar衛(wèi)星在天線支桿處擁有3D打印組件，可支撐天線和衛(wèi)星控制的跟蹤設(shè)備。3D打印加速了設(shè)計(jì)流程，能創(chuàng)造出與傳統(tǒng)組裝組件同樣牢固，且外形更復(fù)雜的接頭，還無(wú)需棘手的焊接。

此技術(shù)同樣能夠降低成本，盡管地球同步衛(wèi)星依然昂貴。說(shuō)到發(fā)射成本，分析師貝爾表示：“每顆地球同步衛(wèi)星成本高達(dá)數(shù)十億美元?！币恍﹦?chuàng)業(yè)公司正在探尋更小型的近地軌道衛(wèi)星，而貝爾認(rèn)為，大型衛(wèi)星因其高效節(jié)能和每比特?cái)?shù)據(jù)極低的成本，依然具有活力。

至于這3顆新型通信衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星在發(fā)射后必須憑自身的推進(jìn)器用10天左右的時(shí)間才能到達(dá)其最終目的地——地球同步軌道。到達(dá)地球同步軌道后即展開(kāi)太陽(yáng)能電池組，打開(kāi)天線。SSL在聯(lián)絡(luò)每顆衛(wèi)星的同時(shí)會(huì)檢查各個(gè)系統(tǒng)，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。接下來(lái)的30～40天，SSL會(huì)指導(dǎo)和照料衛(wèi)星運(yùn)作，之后將其轉(zhuǎn)交給運(yùn)行者。

如果未來(lái)15年內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，那么每顆衛(wèi)星在推進(jìn)燃料耗盡之前，將進(jìn)入更高層的死亡軌道。施瓦茨稱：“死亡軌道專為完成任務(wù)的衛(wèi)星而設(shè)。”