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通信衛星是指在地球軌道上作為無線電通信中繼站的人造地球衛星。通信衛星一般採用地球靜止軌道,這條軌道位於地球赤道上空35786公里處。

1 通信衛星 -概述

通信衛星通信衛星

在通信衛星出現之前,地球上遠距離的兩地之間要進行通信有兩種方法;一種是利用電纜,另一種是用地面無線電設備。

50年代末,人造地球衛星上天以後,人們很快就想到,在遠距離通信中可以利用人造衛星。美國於1960年8月發射了第一顆這樣的衛星。這顆衛星直徑是30米,取名「回聲1號」。

最初,人們只能發射離地面幾千公里高的通信衛星。這種通信衛星保持在地面通信站上空的時間很短,一晝夜裡面可通信時間總共只有幾十分鐘。後來,人們發射了一種大橢圓軌道的通信衛星,把衛星從遠地點拉到離地面30000多公里的高空。這種衛星保持在地面通信站上空的時間一晝夜可以達到十幾小時,但是還不能達到全天通信。1963年2月,美國首先發射了一個地球同步軌道的通信衛星。地球同步軌道衛星能「固定」在地球赤道上空的某一點,當這種衛星在地面通信站上空的時候,就能達到24小時的連續通信。從理論上說,如果沿地球赤道上空均勻布置三顆地球同步軌道的通信衛星,那麼,除兩極地區以外,幾乎可以達到全球連續通信。

由於地球同步軌道通信衛星具有這樣優越的通信條件,因此,它是近40多年來發展最迅速的一種人造地球衛星,並且變成了商用通信工具。1964年8月,正式成立了由8個國家參加的「國際通信衛星財團」。從1965年4月到2003年,由這個財團提供經費,由美國研製發射了9種型號的國際通信衛星。使用國際通信衛星的國家已經有100多個。

2 通信衛星 -基本結構

實用通信衛星均為轉髮型有源通信衛星,裝有通信轉發器和天線,對接收到的信號進行變頻、放大和轉發。反射型無源通信衛星的反射信號太微弱,沒有實用價值。

通信衛星是世界上應用最早、最廣的衛星之一,許多國家都發射了通信衛星。通信衛星一般由衛星結構、電源系統、溫控系統、姿控系統、天線系統、轉發器系統等組成。

3 通信衛星 -類別

按軌道可分為靜止通信衛星和非靜止通信衛星;按服務區域不同可分為國際通信衛星、區域通信衛星和國內通信衛星

按用途可分為專用通信衛星和多用途通信衛星,前者如電視廣播衛星、軍用通信衛星、海事通信衛星、跟蹤和數據中繼衛星等,後者如軍民合用的通信衛星,兼有通信、氣象和廣播功能的多用途通信衛星等。

4 通信衛星 -運行與軌道

運行軌道運行軌道

作為無線電通信中繼站。通信衛星像一個國際信使,收集來自地面的各種「信件」,然後再「投遞」到另一個地方的用戶手裡。由於它是「站」在36000公里的高空,所以它的「投遞」覆蓋面特別大,一顆衛星就可以負責1/3 地球表面的通信。如果在地球靜止軌道上均勻地放置三顆通信衛星,便可以實現除南北極之外的全球通信。當衛星接收到從一個地面站發來的微弱無線電信號后,會自動把它變成大功率信號,然後發到另一個地面站,或傳送到另一顆通信衛星上后,再發到地球另一側的地面站上,這樣,我們就收到了從很遠的地方發出的信號。

通信衛星一般採用地球靜止軌道,這條軌道位於地球赤道上空35786公里處。衛星在這條軌道上以每秒3075米的速度自西向東繞地球旋轉,繞地球一周的時間為23小時56分4秒,恰與地球自轉一周的時間相等。因此從地面上看,衛星象掛在天上不動,這就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天線可以固定對準衛星,晝夜不間斷地進行通信,不必像跟蹤那些移動不定的衛星一樣而四處「晃動」,使通信時間時斷時續。現在,通信衛星已承擔了全部洲際通信業務和電視傳輸。

地球靜止軌道通信衛星雖然具有覆蓋面積大、控制簡單等一系列的優越性,但是也有其不足之處。地球靜止軌道只有一條,在這一條軌道上不可能放置太多的衛星,否則它們之間會產生無線電干擾,因而其軌道資源十分緊張。世界上越來越多的國家為建立自己獨立的衛星通信系統競相向地球上空的靜止軌道發射自己的通信衛星。50多年來,全世界已經發射的航天器達6000多顆,其中絕大多數是衛星。由於靜止衛星數目的不斷增加,致使有限的地球靜止軌道上擠滿了通信衛星,特別是在歐洲、印度洋和美洲的三個靜止軌道弧段內,軌道不足的矛盾日益尖銳。按照以往的衛星技術,兩顆靜止衛星間隔在1度以上,信號干擾強度才不致影響通信質量。後來隨著衛星技術的提高,特別是抗干擾能力的增強,兩顆相鄰衛星的間隔可以縮短,但也不能無限靠近。因此,靜止軌道所能容納的通信衛星數量仍然是有限。

5 通信衛星 -發展史

通信衛星通信衛星

1958年12月,美國發射世界上第一顆試驗通信衛星「斯科爾」,開始了衛星通信實驗階段。

1963年美國和日本通過「中繼1號」衛星第一次進行了橫跨太平洋的電視傳輸。

1964年8月19日,美國把「辛康3號」衛星直接送入國際日期變更線附近的赤道上空,使之成為第一顆真正的靜止通信衛星,並利用這顆衛星成功地轉播了東京奧運會的實況。

1965年發射地球軌道通信衛星「國際通信衛星」Ⅰ號,衛星通信進入實用階段。

70年代,通信衛星進一步向專業化方向發展,出現了各種專用通信衛星。

到1984年底,世界各有關國家共發射了670多顆通信衛星,其中地球同步通信衛星有179顆。使用衛星通信的國家和地區已達170多個,衛星通信已成為現代通信的重要手段。

前蘇聯的通信衛星命名為「閃電號」,包括閃電1、2、3號等。由於前蘇聯國土遼闊,「閃電號」衛星大多數不在靜止軌道上,而在一條偏心率很大的橢圓軌道上。

中國於1984年和1986年先後發射了一顆地球同步試驗通信衛星和一顆地球同步通信衛星。

6 通信衛星 -技術水平

最能體現通信衛星技術水平的是國際通信衛星9號。該系列衛星是由美國勞拉空間系統公司建造的FS1300型高功率大容量通信衛星。國際通信衛星9號發射重量為4680千克,在軌設計壽命為13年,裝有44個C波段轉發器和12個Ku波段轉發器。C波段設計有全球波束、半球波束和區域波束,Ku波段設計有兩個高功率點波束,兩種轉發器可覆蓋不同的區域。該衛星為用戶提供的服務包括網際網路、電話、電視、企業網服務以及天地混合網解決方案等。國際通信衛星9號共計發射了7顆。從服務內容上講,通信衛星的發展趨勢之一是建立移動衛星通信網。

其他的移動衛星通信網還有:國際海事衛星組織在20世紀末期發射的國際移動衛星系統,美國移動衛星公司和加拿大TMI公司經營的北美移動通信衛星,印度尼西亞PSN牽頭髮射的亞洲蜂窩衛星,美國軌道科學公司和加拿大全球通信公司共同組建的全球衛星通信星座(Orbcomm),美國勞拉公司和高通公司共同組建的全球星(Globalstar)全球移動衛星通信系統等。

7 通信衛星 -服務範圍

通信衛星通信衛星

通信衛星按其業務涉及的範圍可以分三類:國際通信衛星、區域通信衛星和國內通信衛星。

國際通信衛星是主要經營國際電信業務的通信衛星,其中最著名的是國際通信衛星組織所經營的國際通信衛星(INTELSAT),它們代表著世界衛星通信產業發展的典型歷程;

區域通信衛星是某個地區的多個國家共同使用的通信衛星,如亞洲衛星、亞太衛星等。

國內通信衛星是用於覆蓋本國領土的通信衛星。由於國內通信衛星建造費用較低,投入運行周期短,是「快、好、省」的建立國家基礎電信網路的重要手段,因此頗受發展中國家的青睞,截至目前,除發達國家外,已有許多發展中國家建立了自己的國內通信衛星系統。

8 通信衛星 -發展趨勢

通信衛星的發展趨勢是:採用頻率復用技術,引入更高頻段和發展星上信息處理技術,以增大通信容量和簡化通信終端設備,開闢新的通信業務和降低費用,將進一步向提高保密性、抗干擾性、靈活性和生存能力發展。

9 通信衛星 -產生的效益

通信衛星能夠產生巨大的經濟效益與社會效益。

通信衛星通信衛星

應用通信衛星可產生直接效益、二次效益和三次效益。直接效益是指直接經營通信衛星業務的部門產生的效益,二次效益是指直接應用通信衛星的部門如通信部門產生的效益,三次效益是指通信終端用戶產生的效益。

國際通信衛星組織承擔了60%以上的國際通信業務,年收益達5億美元。通信部門使用國際通信衛星使通信工業的年收益達80億美元,這些二次收益比直接收益放大了15倍。衛星通信的發展能夠促進社會整體通信產業的發展。

以衛星電視教育來說,無論對於發展中國家還是發達國家都十分重要。它可以解決邊遠地區師資缺乏、教育設施差的問題,對普及教育和培養師資都起到了很大的作用。通過衛星開展電視教育,可以對廣大農村和邊遠地區進行文化和科技知識教育,對於農業經濟的發展起到了巨大的作用。通信衛星在電視教育、醫療衛生、文化娛樂、災害預報等方面產生的效益十分巨大,對社會的進步起到了重大的作用,而且影響非常深遠。

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