已有高轨道通信卫星 中国为何要打造低轨道卫星？
12月22日7时51分，中国航天科工集团“虹云工程”首星在酒泉卫星发射中心由长征十一号火箭成功发射，标志着我国低轨宽带通信卫星系统建设迈出了实质性的一步。
1984年4月，我国首颗地球静止轨道通信卫星“东方红”2号发射成功。这颗试验通信卫星的发射成功使中国成为世界上第五个自行发射地球静止轨道卫星的国家。据不完全统计，从1984年至今，中国发射了20余颗高轨道通信卫星，基本满足国家国防和社会的通信需求，并成功出口委内瑞拉、玻利维亚、巴基斯坦等国。既然已经发射了不少高轨道通信卫星，为何还要“虹云工程”低轨道通信卫星呢？
2018年珠海航展上展出的“虹云工程”卫星模型。 澎湃新闻记者 谢瑞强 图
地球同步轨道通信卫星的能与不能
以往，通信卫星主要停留在地球同步轨道。该轨道运行周期等于地球自转周期，不考虑轨道摄动时，在地球同步轨道上运行的卫星每天相同时刻经过地球上相同地点的上空，对地面观测者而言，每天相同时刻卫星出现在相同的方向上，这样它们相对于地面基站来说就是稳定的，能够确保提供连续服务，并且轨道高度高，覆盖范围也广。
但地球同步轨道卫星也有其“难言之隐”，由于轨道资源有限，只能在一个拥挤的环境下工作。随着地球同步轨道卫星的增多，这条轨道已经变得越来越拥挤。（注：两颗卫星之间必须保持1000公里以上的距离，以避免出现碰撞和干扰）。
相关资料指出，地球同步轨道通信卫星还有一个主要缺点是其传输时延大，一般为500ms（ms为时间单位，数值越小，延迟越短）左右，而低轨卫星高度大大降低带来的主要优势之一是时延大大缩短，新兴低轨通信星座大都能够实现50ms以内的时延，与地面光纤网络相当，这也使其可以支持在线游戏或视频聊天等基于实时或近实时数据传输的应用。
随着小卫星技术的发展，越来越多的国家或企业开始重视发展低轨道通信卫星。美国的“OneWeb”“Star Link”卫星，中国的“虹云工程”、“鸿雁星座”等都是此类低轨道卫星通信星座。
“与大卫星相比，单颗小卫星成本较低，易于批量生产，发射的选择也更多，可以搭载发射，也可以专门一箭多星发射，多颗小卫星组网也可以实现甚至超出单颗大卫星功能和性能，现在不少遥感卫星、低轨道通信卫星都选择小卫星以及微小卫星平台。”航天专家庞之浩此前接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访时表示。
低轨卫星通信并非是近几年的新生事物，上世纪90年代就有多个星座计划提出，比如大众比较熟悉的“铱星”和“全球星”，目前的低轨道卫星通信和以往有不同之处，以前主要是服务于卫星电话，现在是互联网。
以美国OneWeb卫星星座为例，该卫星星座包含720颗低轨卫星和在轨备份星，这些卫星分布在18个轨道面上，每个轨道面上40颗卫星。星座总容量高达5.4Tbit/s(数据传输速率单位，主要有Kbps、Mbps、Gbps与Tb/s），每颗卫星的容量为7.5Gbit/s，可为用户提供下行200Mbit/s和上行50Mbit/s速率的互联网接入服务，时延约为30ms，与光纤网络相当。
“有这样的星座，偏远山区、海上航行的船舶、飞机等都可以使用速度相当于家里的互联网，给人们生活带来巨大的改变。”庞之浩说。
“虹云”卫星可让人们在偏远地区随时随地上网
根据中国航天科工集团此前公布的信息，“虹云工程”计划共发射156颗卫星，整个“虹云工程”分为三个阶段：第一阶段，2018年底发射首星，第二阶段，“十三五”末发射4颗业务试验星，第三阶段，到“十四五”中期完成天地融合系统建设，具备全面运营条件。
通过组网卫星在轨运行，它们将在距离地面1000公里的轨道上组网运行，基本实现覆盖全球的宽带互联网接入。组建完成后，可以实现网络无差别的全球覆盖，无论在海域还是无人岛或者飞机，都能接上互联网，和外界保持通信流畅。
“虹云工程”总设计师向开恒接受媒体采访时表示，此次发射的“虹云工程”首星是我国首颗低轨宽带通信技术验证卫星，到2020年底前将发射的“虹云工程”4颗业务试验星。卫星首次将毫米波相控阵技术应用于我国低轨宽带通信卫星，能够利用动态波束实现更加灵活的业务模式。
“多波束相控阵天线技术，可以随时调整波束的位置，实现用户在哪、波束就在哪。” “虹云工程”的研究人员表示。
谈到规划中将于2020年底前发射的“虹云工程”4颗业务试验星，向开恒指出，“虹云工程”首星作为技术验证星，主要瞄准核心关键技术的验证和在轨应用的示范，后续4颗业务试验星基本上是全新的卫星，其瞄准将来业务星座、为业务星座去设计，在首星基础上，要大幅度提升业务试验星的功能性能，卫星平台也要大幅改进。
“虹云工程”的低轨宽带通信卫星系统并不是一个封闭的通信系统，其建设非常开放，未来将开展国际合作。据中新网22日刊文报道，向开恒表示，““虹云工程”国际合作一定会有，而不是会不会有的问题”。
向开恒指出，“虹云工程”系统作为低轨的通信星座，全球覆盖是它的天然属性，所以系统建设将来走国际化，开展国际运营一定是必然的一步。至于合作模式，“虹云工程”一直秉持很开放的态度，可能会跟全球各国和国内各地的运营商合作，甚至于推动更深入的合作，包括互相投资、合作建立运营公司等。同时，星座的结构件及星载部组件，也都会进行全球采购。所有这些，目标都是为建设一个有利于经济社会发展、服务民生的天基互联网系统贡献力量。
据介绍，“虹云工程”建设由中国航天科工二院空间工程发展有限公司承担，该公司总经理邹广宝说，虹云工程系统首先会在中国国内推广运营，并逐步推向国际。未来“虹云工程”会加大国际合作力度，在商业运营上实现分担风险、扩大市场。
他透露，为满足“虹云工程”系统建设需要，中国航天科工正在武汉国家航天产业基地建设具备卫星批产能力的智能化卫星生产线，将为“虹云工程”后续星座组网建设奠定基础。
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