我国卫星技术发展中的应用

黄静 陈昭华

【摘要】我国航天事业起始于1956年，经过六十多年的发展，目前已经成为世界航天强国，在通信卫星、导航卫星、遥感卫星、载人航天、空间站建设等方面都处在世界前列。本文概述目前我国通、导、遥卫星的发展现状和未来趋势，并介绍了近年来我国商业卫星的发展现状和趋势。

【关键词】通信卫星;导航卫星;遥感卫星;商业卫星

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.20.004

1. 概述

1956年国防部第五研究院的成立标志着我国航天事业的开端，1958年我国着手建设了第一个卫星发射中心——酒泉卫星发射中心，到1970年，长征一号运载火箭首次发射，成功将我国第一颗人造卫星——东方红一号准确送入预定轨道。我国成为世界上第五个能独立研制和发射人造卫星的国家。在随后的50年中，我国成功发射了东方红二号、亚洲一号、中星10号、中星16号等通信卫星，北斗一、二、三号导航卫星，高分系列、遥感系列、资源系列、天绘系列等遥感卫星，截止到2021年6月，我国在轨卫星数607颗，其中运行卫星数460颗，是世界上卫星拥有量第二大的国家。

本文主要介绍我国卫星事业中通信、导航、遥感卫星的发展情况和未来发现规划，并介绍近年来我国商业航天的发展现状和趋势。

2. 通信卫星

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射空间电磁波来实现信息传输的通信技术。在赤道上空等间隔分布的3颗同步轨道通信卫星可以实现除两极部分地区外的全球通信。在现有卫星通信市场上，地球同步轨道卫星通信系统仍占主导地位。通信卫星是世界上应用最早、最广的卫星之一。

通过通信卫星进行通信相较于传统通信具有覆盖范围广、通信容量大、链路稳定性好等优点。卫星通信一跳的通信距离最远为18000公里，覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址连接，进行及时通讯。此外无线通信的频率越高可利用的频带宽度就越宽，信道容量就越大，可避免频道间的干扰。而卫星通信一般使用1-10GHz的微波波段，有很宽频率范围，可在两点间提供多条话路，因此通信容量大。卫星链路大部分在大气层以上的宇宙空间，属于恒参信道，传输损耗小，电波传输稳定，因此链路稳定性好，

早在1975年我国发射东方红系列通信卫星的工程就全面展开，从1984年开始，我国陆续发射了东方红二号、三号、四号卫星，鑫诺卫星2号、6号，委内瑞拉1号、巴基斯坦1R号，中星10号、16号等通信卫星。随着应用需求的扩大，通信卫星向着宽带化、多媒体化方向发展，对高通量卫星（HTS）的需求日益凸显。我国目前高通量卫星中星16号已经实现了我国除西北、东北的大部分陆地和近海近300km海域的覆盖，支持百万终端和多类型终端，卫星总容量为20Gbps。计划未来通过发射中星系列卫星逐步实现全国国土和近海的基本覆盖，2025年实现全球覆盖。

3. 导航卫星

在现代导航技术中，卫星导航系统能够提供位置、速度、时间（PVT）信息，是定位、导航、授时（PNT）服务能力形成的基石。卫星导航系统首次将全球空间和时间信息的能力集于一体，同时解决了高精度、高动态、实时性、全球性、全天候等一系列难题，真正实现了空间和时间信息的有机统一，具有重大意义。

全球卫星导航系统目前在网使用的，经过联合国卫星导航委员会认定供应商有：中国的北斗卫星导航系统（BDS），美国的GPS卫星导航系统，俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）和欧洲的伽利略（GALILEO）。

GPS全球定位系统是目前使用最广泛最成熟的卫星定位导航系统。GPS系统是由美国在19世纪七十年代开始研制的定位系统，于1994年建成使用。该系统由24颗卫星组成，包括21颗工作卫星和3颗备份卫星。GPS在军用领域可提供达到厘米甚至是毫米级别的导航/定位精度，是美国GPS制导类炸弹和导弹的精度保证。在民用方面，GPS则提供10m级的定位和导航精度。

伽利略卫星定位系统由欧洲委员会和欧空局共同负责，于1999年首次公布伽利略卫星导航系统计划，共发射了三十颗卫星，在2016年投入使用。伽利略卫星导航系统的最大优点是精度高，其免费定位精确度可达到一米以内，付费服务精确度更高，达到厘米以内。

俄罗斯从前苏联时期的1976年就开始推进和美国GPS相抗衡的“格洛纳斯”系统，但随着20世纪90年代初期陷入经济危机，计划被迫中断。从1993年开始独立建立。从2003年起，GLONASS系统进入全面升级阶段，2007年实现俄罗斯境内卫星导航定位服务，2009年实现全球服务。

北斗定位系统是我国自主研制的全球定位系统。2003年建成了基于北斗一号系统三颗导航卫星的全球定位系统，并开始投入使用。经过17年的发展，今年已经随着北斗三号卫星系统的第30颗卫星成功发射，完成了北斗全球卫星导航系统的星座部署。北斗卫星一共发射了59颗卫星，包含4颗北斗一号卫星，20颗北斗二号卫星，5颗北斗三号试验卫星和30颗北斗三号卫星，除去试验、失效、退役的卫星，目前在网的卫星数量一共是45颗。

4. 遥感卫星

遥感卫星是一种利用卫星上所装载的遥感器对地球表面和低层大气进行光学或电子探测，以获取有关信息的应用卫星。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，能连续地对地球表面某指定地域進行遥感，主要有气象卫星、陆地卫星和海洋卫星三种类型。

在气象卫星方面主要为风云系列，目前在轨9颗（FY-2C/D/E/F、FY-3B/C/D、FY-4A），主要提供全球连续观测，具备全球、定量、多光谱、高光谱的大气、陆表、海洋三类特性参数获取能力，技术水平国际领先，也在开展国际数据共享合作。中国是世界上在轨气象卫星数量最多、种类最全的国家，形成全天时、全天候、分钟级的气象预报、大气环境监测、气象灾害监测、防灾减灾、海域使用管理以及全球气候观测、全球气候变化应对能力。在海洋系列卫星方面，我国已成功发射3颗海洋卫星（HY-1A/B、HY-2A），为海洋环境预报和全球气候变化研究提供卫星遥感信息，提供全球海洋高精度、多要素同步测量能力。在陆地观测卫星方面，主要有高分卫星系列、资源卫星系列、环境卫星系列和商业遥感系列。

5. 商业卫星

2014年11月，国务院颁发《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，文件首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设，鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星，提供市场化、专业化服务。从2015年后，国家陆续出台了多项促进商业航天发展的政策，以推动我国商业航天事业的发展。随着政策的逐渐开放，涌现了一大批民营企业，同时资本快速注入大力推动了我国商业航天的迅速发展，在火箭发射、卫星制造、卫星应用等领域均有新的突破。

2015年10月7日，由长光卫星技术有限公司自主研发的“吉林一号”在中国酒泉衛星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射，拉开了我国商业航天大幕。截止到2019年12月31日，共累计发射23次，仅2019年就发射了40颗商业卫星，目前发射的商业卫星主要是100公斤以下的微纳卫星，覆盖通信、遥感、技术试验等多个领域。

我国在轨的商业遥感卫星中，“高景一号”是首个完全由中国制造、发射和运营的0.5米分辨率商业遥感卫星星座;“珠海一号”是国内目前唯一完成发射并组网的商用高光谱卫星星座。“吉林一号”2019年新发射的高分03A星具备低成本、低功耗、低重量、高分辨的特点。

目前商业通信卫星方面，航天科技集团正在推进全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统建设，即“鸿雁星座”计划，是我国投资规模最大的国家级商业航天项目。计划通过数百颗卫星构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统，实现全球任意地点的互联网接入。此外还有低轨宽带通信卫星系统的虹云工程、低轨窄带通信卫星星座的行云工程。

中国在刚开始研制卫星时，就开始发展了科学探测与技术试验卫星系列。“潇湘一号”实验卫星的成功发展来开了我国科学实验商业卫星的序幕。

6. 总结

经过六十多年的发展，我国在运载火箭、人造卫星、载人航天、空间应用等领域均取得了世界瞩目的成就。随着2015年国家对商业航天的支持，更是为我国航天事业的快速发展注入了新的活力。2020年7月31日北斗三号全球卫星导航系统的正式开通、2020年天问一号火星探测器的成功发射，这一系列的成绩都离不开“航天精神”，只要坚持自主创新、坚持对外开放、攻克技术难关，中国航天定会续写新篇章。

参考文献：

[1]庞立新，李杰，冯建元.高通量通信卫星发展综述与思考[J].无线电通信技术，46（4）：6.

[2]刘天雄，周鸿伟，聂欣，等.全球卫星导航系统发展方向研究[J].航天器工程，30（2）：12.

[3]林明森，张有广，袁欣哲.海洋遥感卫星发展历程与趋势展望[J].海洋学报，2015，37（1）：1-10.

[4]王小军.中国商业航天的发展与未来[J].导弹与航天运载技术，2020，000（001）：1-6.