“把基站搬到卫星上”：天地一体化信息网络试验卫星“天象”1、2星三大看点
看着壮阔无边的大洋 ， 想到网络世界冲浪？身处万米之高的航班 ， 想让手机时刻在线？这样的想法 ， 正逐渐变为现实 。
日前 ， 长征十一号海射运载火箭顺利升空 ， 成功将七颗国产卫星送入预定轨道 。 其中顶着“天地一体化信息网络试验卫星”名头的“天象”1、2星 ， 将为帮助实现“实时互联”出一份力 。 新华社采访人员走进“兄弟俩”的诞生地——中国电子科技集团有限公司 ， 一探它们的神奇本领 。
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2019年6月5日 ， 我国首次固体运载火箭海上发射技术试验取得成功 。 新华社采访人员 朱峥 摄
名叫“天象” ， 有故事
“天象”一语 ， 彰显出这两颗卫星的雄心 。 作为由中国电科牵头研制的卫星 ， 它们是国内首个实现传输组网、星间测量、导航增强、对地遥感等功能的综合性低轨卫星 。 双星并峙 ， 则是未来低轨道星座系统建设的最简网络模型 。
“随着人类活动空间的不断拓展、全球空间信息网络技术的快速发展 ， 建设高轨、低轨和地面建设相互联结‘天地一体化信息网’已是大势所趋 。 ”“天象”卫星项目总设计师、中国电科首席专家孙晨华透露 ， 这张网的低轨接入网规划有60颗综合卫星与60颗宽带卫星 。 利用星间链路与星间路由技术 ， 在极少数地面关口站的支持下 ， 就能实现全球无缝窄带与宽带机动服务 。
低轨接入网 ， 也叫作低轨星座系统 。 貌似高冷的技术名词 ， 却已在我们生活中有所应用 。 譬如为人所熟知的铱星、全球星、OBCOMM星等三大系统 ， 就是在轨运营的低轨接入网 。 然而 ， 这一领域对中国来说仍是空白 。
“空间频率资源是有限的 ， 并且低轨接入网技术十分复杂、建设难度大 。 ”孙晨华说 ， 尤其是高动态多轨道多星条件下的星地、星间传输组网协议体系 ， “看不见、摸不着 ， 却是系统的神经网络和灵魂 ， 是系统能否正常运行的关键” 。
卫星专家表示 ， “天象”1、2星虽是两颗低轨试验小卫星 ， 意义却并不小 。 “兄弟俩”希望通过微小型平台、微小型载荷、小代价的软件定义、软件重构等方式 ， 为今后我国低轨接入网建设提供技术验证和支撑 。
卫星虽小 ， 本领强
“天象”1、2星 ， 每颗卫星仅重65公斤 ， 刨去燃料、太阳能板、外结构等部件 ， 留给地面科研人员的有效载荷不足15公斤 。 然而 ， 就是在如此有限的条件下 ， 两颗卫星实现了“浓缩的都是精华” 。
据中国电科介绍 ， 卫星上搭载有国内首个基于“软件定义网络”功能的天基路由器 。 两颗卫星已实现基于低轨星间链路的组网传输 ， 并构建起基于软件重构功能的开放式验证平台 。 这些功能的实现 ， 在国内均属首次 。
孙晨华表示 ， 在卫星上 ， 科研人员构建了一个地面指令、地面上载、卫星软件重加载的开放试验平台 。 由于卫星一旦上天 ， 就不可能通过硬件集成的方式增加新的功能 。 开放平台意味着一旦有需要 ， 就可以通过软件来定义新的功能 ， 实现小卫星功能的拓展 ， 或者实现新的功能组合 。
“天象”卫星搭载有国内首个适应高动态条件的天基路由器 。 孙晨华说 ， 这是卫星搭载的一项关键核心技术 。 天基路由器包含路由计算和数据转发两项技术 。 路由计算非常复杂 ， 资源消耗量大 ， 对中央处理器的要求比较高 。 “天象”卫星 ， 实现了路由计算和数据转发的分离 。 路由计算由地面负责 ， 减轻了卫星的算力负担 。
星间链路 ， 是卫星装载的另一项关键核心技术 。 据介绍 ， 天象卫星的星间链路采用了高动态的传输体制 ， 通过较高速率的可靠的组网传输 ， 实现各种数据、图片、语音、视频信息在星间、星地传输 。 通俗地说 ， 两颗天象小卫星通过星间链路实现“信息共享” 。
正是通过天基路由器、星间链路、天基网络控制三者分工协同、紧密合作 ， 星间组网传输才得以实施 。 它们就如同地面网络的网关硬件、传输协议与光纤 ， 让原本孤单的小卫星通联为一个网络系统 。
未来服务 ， 前景广
受访的卫星专家表示 ， “天象”卫星利用先进的技术 ， 不仅能实现双星组网传输 ， 包括各种信息数据、语音、视频、图片的高质量实时传输 ， 还兼具星间测量、导航增强、对地遥感等多项功能 。
天象卫星项目副总设计师蔚保国说 ， 本次两颗组网的多功能综合低轨小卫星 ， 构建了低轨导航增强运控原型系统和地面监测评估系统 ， 可为后续低轨接入网实时精密定轨、星座构型保持、通导协同增强的科学试验提供关键技术支撑 ， 未来对提升北斗导航增强以及广域高精度无人驾驶导航定位能力具有重要意义 。
对公众而言 ， 两颗肩负探路意义的小卫星 ， 或为满足实时在线的需要掀开新篇章 。 技术专家表示 ， 今后卫星通信将更加普及 ， 可以为用户提供成本更加低廉、信号更加优质、速率更高的数据传输服务 ， 实现个人在移动通信困难的特殊场景中的“通信自由” 。 同时 ， 它也为物联网进入寻常百姓家提供更大的技术便利 。
孙晨华说 ， 低轨接入网建成后 ， 将填补我国低轨星座的空白 。 这将为国内、国际用户 ， 为我国以及“一带一路”沿线国家乃至全球用户 ， 提供天基物联网、天基航空航海监视、移动宽带接入的无死角信息服务 。
新华社采访人员胡喆、萧海川
编辑李小虎
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