航天科技五院西安分院研制实践十三号有效载荷实现卫星上网功能

乘国内飞机也能上网刷朋友圈、查收E-mail，将不再是遥远的梦想。

4月12日，随着中国首颗高通量通信卫星实践十三号（中星十六号）发射成功，我国开启卫星“宽带中国”的新时代。待卫星业务开通后，除飞机之外，用户在轮船、高铁及沙漠、山林等地面基站信号覆盖不到的偏远地区，也能享受到宽带多媒体互联网服务。

卫星要实现上网功能，必须依靠具备相应功能的有效载荷系统。中国航天科技集团公司五院西安分院作为国内最具实力的卫星有效载荷研制单位，为实践十三号卫星提供的天线分系统和转发器分系统使卫星的互联网应用变为现实。

通信总容量超20Gbps 几千飞机可同时上网

由于飞机在快速移动过程中所处的空间特点，地面互联网中转站要么无法架设，要么无法足量建设，乘客通过地面方式上网并不可行。

据西安分院负责实践十三号卫星有效载荷研制的卫星副总设计师周颖介绍，为了破解这一难题，实践十三号卫星由空间段（卫星）、地面段（关口站）和用户段（终端）构成。

“高通量通信卫星可以作为一个信号中转站，通过无线电信号转发使飞机上乘客的手机、电脑等与地面关口站连接。而关口站通过光缆与互联网相连，可以向用户发送上网信号。”周颖解释道。

作为我国首颗高通量通信卫星，实践十三号的通信总容量达20Gbps，超过中国此前研制的通信卫星容量总和。通信容量的扩充意味着传输能力更强。一般而言，一架飞机所需的最大通信容量只有20Mbps，在全部飞机通信容量满负荷的情况下，实践十三号能满足一千架左右的飞机同时上网。

“通常情况下，所有飞机通信容量同时满负荷占用的情况极为少见，因此实践十三号实际上可使几千架飞机同时上网。”西安分院副院长马伊民说。

多波束天线蜂窝式覆盖 卫星应用功能自定义

实践十三号卫星的成功发射，带动了我国通信卫星的技术变革，拉开了我国高通量卫星发展的大幕。

传统的广播电视通信卫星的工作频段低、带宽窄，属于广域覆盖。为了大幅提高卫星性能，满足宽带互联网所需要的“高能量”集中传输，实践十三号卫星装载了我国首副Ka频段多波束天线，工作频段提高、带宽加大，对地面进行小范围覆盖。通过多波束及频率复用，实践十三号卫星能得到同等轨道频谱的常规卫星数倍或数十倍的可用频率资源，极大降低了宽带成本。

“我们将传统的广播电视卫星广域波束天线分解为26个波束，形成蜂窝式覆盖，技术的复杂度和难度急剧提升。每一个波束都需要精确指向，星上的‘毫厘之差’都会导致地面的‘谬之千里’。”周颖说。

高通量通信卫星不仅可以满足用户的个性化上网需求，同时还能实现功能自定义，融合打电话、广播电视节目转播及上网功能于一体，大大提高了卫星的利用率和灵活性。

构建空天地一体化设计 通信总容量将至1Tbps

2013年，西安分院承担研制的我国首颗高通量卫星实践十三号项目正式立项。攻关团队瞄准用户需求和高通量卫星的工作特点，着手进行设计开发。

在有效载荷系统设计方案制定之前，考虑到卫星覆盖区域内的用户互联网通信需求、用户终端的类型、地面关口站的选址及信号在雨雪环境中的衰减情况，西安分院与卫星运营商中国卫通公司用半年时间完成了空天地一体化系统设计，全面掌握了终极用户（个人用户及企业用户）人口数量、密度及潜在需求。

可以想象，未来不论是身在万米高空的飞机还是茫茫大海的船舶上，或是乘着列车的漫漫旅途中，只要有“无限WIFI”实践十三号的陪伴，用户就可以随时随地接收卫星通信信号，方便便捷地进行网上冲浪。

此外，实践十三号卫星还将应用于旅游、远程医疗、教育、科学考察、灾害应对指挥、应急通信等，进一步拓展我国卫星技术新的应用领域，对我国未来经济社会发展和增加民众福祉产生深远影响。

“十三五”期间，我国研制的多颗基于高通量载荷与常规通信载荷混搭的通信卫星将陆续发射。西安分院作为我国通信卫星有效载荷研制的主力军，正结合国家天地一体化信息网络工程、“一带一路”空间信息走廊工程等，研发出Q/V通信、激光通信、柔性转发等技术，不断提高有效载荷的成熟度。

“这次实践十三号卫星采用的是东三B平台，20Gbps的通信总容量实现了‘质’的突破。未来，高通量卫星搭配东四、东五平台，单星容量可达150Gbps-1Tbps，更将逐渐实现‘量’的变化。”西安分院院长李军说。