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新华网专电:中国卫星的中国声音

作者:新华网 发表时间:2015年11月09日  

  新华网北京11月9日电 随着《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》公布,中国进一步参与国际航天商业竞争的意图更加明显。

  虽然自1970年就发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”,中国的卫星事业在相当长的时间内仍然遭遇有卫星、无产业的尴尬。时至今日,在卫星应用领域关键系统、设备上的制约,仍是中国航天事业急需解决的瓶颈问题。

  另一方面,在中国跃居世界第二大经济体、以及“一带一路”全球性倡议提出之后,越来越多的中国人走出国门,面临复杂的自然、社会环境,他们需要来自中国卫星事业的支持。

  中国航天科技集团公司航天恒星科技有限公司总经理王海涛告诉记者:“当前全球航天技术的主流已进入大规模工业化生产阶段,必然要进入广泛的商业化应用阶段。这对于始自国防军工行业的中国卫星产业而言,既是机会,又是挑战。”

  航天历来体现国家意志,十年规划彰显中国发展民用航天的坚定决心:将在政策、投资、税收等方面全面支持,强力推动产业发展。而关键技术的创新和突破将是实现目标的关键。

  从单向到双向的中国卫星

  中国是全球第五个完全依靠自身力量将通信卫星送入太空的国家。

  “事实上,‘东方红一号’还不是纯通信卫星,电子音乐发声器是这个卫星的核心部分。”航天恒星科技有限公司卫星通信事业部副总工杨博说,“对中国卫星通信具有很大促进作用的,应该是1972年尼克松和田中角荣访华时带来的地球站。”

  彼时,尼克松的访华团携带了“神秘的黑匣子”。从他踏上中国领土的第一步起,彼岸的美国人民可以在电视机前看见总统的一举一动。

  这次播出由中方与美国卫星通信公司合作,在北京首都机场组建了一个临时性的卫星地球站。作为某种国家主权的象征,卫星通信设备虽由美方提供,但卫星地球站的建设和管理由中方完成。尼克松访华之后,将携带设备赠与中方,在上海建成了中国第一个卫星地球站,即上海卫星地球站。

  到上世纪80年代,我国已陆续从国外引进了一些卫星通信系统设备,在能源等重要部门组建了专用卫星通信网。

  作为世界性潮流,卫星地球站设备趋于小型化,天线口径由几十米缩小到十几米或几米。VSAT(Very Small Aperture Terminal,小型地球卫星站)卫星通信也进入中国。

  邮电通信部门最早组建了VSAT国家骨干通信网,主要承担西藏、新疆等边远地区的通信保障任务或作为有线通信备用,以及用作应急通信设施。

  “中国卫星通信发展的过程,一开始是实验类型,也就是广播类型,单向广播,电视这种。”杨博介绍,“之后渐渐发展成双向通信。”这个关键就是卫星应用系统。

  “卫星不是一颗,而应该是一个系统。如果不能实现卫星通信系统在空间和地面两部分的有效组合,把卫星发射到太空就没有用处。”杨博说。

  如今,从只能发出声音的“东方红一号”,到可以双向通讯、乃至自动化的卫星通信系统,随着民用领域的不断扩大,中国从一个拥有卫星的国家终于成为一个拥有卫星产业的大国,虽然这每一步都充满艰辛。

  从450工程到503所

  在1986年实用性静止轨道卫星“东方红二号”升空以前,中国的空间事业都处于实验阶段。

  1974年,为解决“东方红二号”通信卫星自主转段、转移轨道、准同步轨道和同步轨道的测控问题,建立通信卫星地面测控站迫在眉睫。原七机部在闽西研制统一载波测控系统,代号450工程。

  建站任务异常艰巨。450工程办公室成立之初的16人,需在周围无遮挡、无微博干扰的开阔场地建立天线场,以实现对测控系统的全系统联试。3年时间,边工作边建设,趟平了荒山坡建成“450-1”测试场地及标校塔,同时开发了多种型号卫星天线。这项工程不但推动了中国卫星应用的起步和发展,也初步建立了一支通信卫星地面测控总体技术队伍。

  1986年,中国已形成比较完整的卫星研究、设计、制造、实验体系,成功发射了19颗不同类型的科学试验卫星、返回式对地观测卫星和同步归到通信卫星,并着手第二代应用卫星系统研制工作。

  国家各经济部门都对卫星应用提出迫切要求。为了适应中国空间事业由试验阶段向应用阶段转移,1986年6月21日,原国防科工委批复,原航天工业部下发文件,批准将原航天部450工程办公室、航天五院计算站和航天五院506工程处信息室、五院通信站等单位联合组建成立北京卫星信息工程研究所,代号“503”。

  成立之初,中央批复的静止气象卫星系统工程任务就落到了503所肩上,总承“风云二号”气象卫星指令和数据接收站(CDAS)任务。彼时,只有美国、日本和欧共体成功研制并投入使用CDAS站,中国尚属空白。

  如果研制不成功,一来影响初建的503所信誉,二来失去地面总体地位。“503所与CDAS站共存亡”成为当时全所口号。

  令人振奋的是,CDAS站中最为复杂、关键的S/DS系统的攻关试验成功,极大鼓舞了研制人员士气,解除了国家卫星气象中心的担心,打消了从日本进口的念头,提高了新生的503所在用户心中的地位。初样研制、试验验证、正样投入,1997年,CDAS站顺利完成“风云二号”卫星在轨测试任务,正式移交国家气象中心。

  90年代初,地面通讯不发达之时,503所建成了亚洲地区规模最大的深圳证券卫星通信网,实现了国家短时间内大量密集数据流动任务。

  从高动态GPS接收机的星、船搭载,“资源二号”卫星地面站及图像处理工程,到“北斗一号”导航卫星地面基本型用户机交付。“503所从主要从事通信卫星地面站,慢慢发展做卫星通信、导航等。”航天恒星科技有限公司副总经理邹光南说,“十二五”后期,参与国际竞争成为以503所为基础改制而成的航天恒星科技有限公司的主要任务。

  卫星上天不是全部

  “过去一段时期内,卫星制造产业与卫星应用产业的发展,相对不够均衡,”邹光南解释说,“但其实用户需要的是服务,是卫星应用产品。”

  市场的变化是:以前各个用户喜欢自己建一套卫星通信系统,拉一支队伍,建一个站,卫星通信、遥感自己处理。但渐渐的,谁也不愿意养这些人、养这些设备。

  基于此,2004年,中国空间技术研究院——原航天五院成立卫星应用系统部,以航天恒星科技股份有限公司运营。卫星应用概念正式提出。

  503所则成为中国空间技术研究院整合优势资源搭建而成的卫星应用产业化发展平台,同时是中国航天科技集团公司卫星应用研究院的主要支撑单位。

  与目前中国在轨商业通信卫星多达18颗不同,“之前天上的通信卫星大部分都是国外的,国产只有一两颗。”邹光南说,“‘东方红四号’大卫星平台也是这时候研制的。天上卫星慢慢走向国内自主、国产化,卫星地面也该相应配套”。为此,2006年Anovo1.0卫星通信系统研发工程上马。

  需要特别指出的是,虽然当时卫星通信在中国已得到了广泛应用、成为国计民生的重要支撑体系,但是国内VSAT系统除天线外,绝大多数设备依靠进口。

  这样,一方面在关系国家安全和商业安全的关键领域,卫星通信系统成为瓶颈:政府部门的有关视频会议必须使用有线传输系统,远在海外的大型国有企业也面临通信安全问题。这在中国国家利益日趋复杂的背景下,也是一个无法回避的问题。

  另一方面,一旦关键设备无法进口,中国的卫星通信产业将面临釜底抽薪的危险。上世纪90年代初西方世界对中国的技术禁运,航天首当其冲。

  2015年11月,航天恒星科技有限公司发布了Anovo2.0系统。

  “自己拿锤子砸椅子”

  Anovo1.0卫星通信系统也是一个双向VSAT大容量系统。“当时国内根本没研制双向VSAT大容量系统的。”航天恒星科技有限公司卫星通信事业部副部长石云说,“以前VSAT可能只是简单的点对点,十几个、二十几个小规模的终端集网,小网络技术机制。”

  从Anovo1.0到Anovo2.0,“只有国际标准,能看到一些国外厂家的设备,但设备说明书都很简单,具体怎么做这个东西来完全不知道。”石云说。她是最早加入团队的成员。

  “不可能有技术转让,这是最核心的东西,谁也不会告诉你。”石云说,“全靠我们自己拿锤子砸椅子。”

  刚起步时十个人左右,除去四五十岁专家级的领头人,其他都是二十多岁的硕士、博士。即使壮大到百余人,团队平均年龄也不过28岁。想起那段漫长的攻关,石云说,“初生牛犊不怕虎,研究这个产品,劲儿特别足。”

  仿真模块是前期攻关最关键的阶段,计算机软件模拟,看“房子”是不是能搭起来,“梁”能不能撑得住。

  Anovo1.0的前期最大目标是4000个终端在线,Anovo2.0则可以达到最高百万级。“过去就好像我们只修了两条车道,造再多的车都跑不上去。”石云说,“要开辟更宽的路。”

  然而,“路越宽越堵。”石云说,“人越来越多,车次越来越频繁,调度难度越来越大,产品的核心基础怎么能让所有人满意?”

  这就靠各个环节对各种精准参数的复杂累积。杨博说:“一个细小的参数没有给对,就会出现问题。”

  “因为对这个产品真有感情,所以发现调试过程中的某个小问题,就会立刻解决,不需要领导督促。”石云说,每天晚上大家吃完加班饭就聚在一起,讨论分析。

  产品设计甚至在心里成了“魔怔”。“一个问题没想好怎么解决,脑子是清空不了的。”石云着了魔,晚上睡不着,早上睁眼也在寻思,“做梦都在想。”

  她举了一个微调的例子:带宽有限,用户很多,预测到突发问题,要下达信令,但问题就出在几毫秒甚至微秒的时间差上——若从北京出发,上卫星落地西安,36000公里。第一个让西安调整时间的信令刚传达出去还未落地,第二个再次调整的信令又出发了,由于时间差,连调两次都不准确。发现问题后,必须要等待它极细微的时间差,最终才能确保时间同步。

  “这可是调度的关键问题。解决了同步,解决了信令,解决了用户的介入,这是系统的一大核心。”她说。

  三九天的极北漠河

  2011年底,Anovo1.0正式发布,标志着中国很多行业长期依靠进口VSAT设备进行卫星通信系统组网的局面即将终结。

  航天恒星科技有限公司卫星通信事业部张德鹏回忆,为了服务客户,“基本上中国全部地方我都去过”。

  虽然在城市中移动4G覆盖较广,但在中西部80%的区域都没有网络覆盖。这正是卫星通信的广阔空间。

  张德鹏清晰地记得,2013年1月13日,三人应用团队赴漠河国家林业森林防火办,专门测量设备低温工作。

  此前,单机设备已经在温箱中度经受过几次零下40摄氏度的考验,“我有60%的信心。”剩下40%的担忧是因为赴现场测验的是整个系统,而卫星天线之前由于体积大很难放在高低温箱里,所以对天线、线缆都是考验。

  三九天,漠河,中国极北之地,中午的温度仅为零下三十一二度,早晚达到零下45摄氏度。室内外温差60度,对人机都是考验。

  到漠河的第二天测试即告开始。所有设备放在室外两小时以后再开机,看设备是否正常启动,开展工作,天线能否自动对星,电机可否驱动,整个系统的链路、电话视频数据能否传输。

  “线放在那儿,半小时不收就已经冻硬了。DV在室外拍一会儿就显示不行了,手机也一样。”张德鹏回忆,“人在外面工作十分钟,手拍脸都没有任何感觉,必须回屋里暖和一会儿。”

  测试了两三天,效果让团队十分满意。“之前低温是在实验室内,这次在典型地区真实环境下,一切指标验证成功,对我们是很大的鼓舞。”

  民族品牌的保障

  张德鹏带着设备走过了阿坝州,翻过高原,给森林警察下载地图处理现场火情,也收集过遥感数据,还参与了南海调研,负责“雪龙号”的通信保障工作。

  海上没有手机信号,船上只有一部海事卫星电话,满足一两个人使用。张德鹏团队搭建了两个系统,其中一个是移动基站,保证了全船在全航程中可以随时随地跟家人联系,发信息,打电话。

  “史无前例。”他说,“很多人纳闷,怎么船出海几十海里还有信号,而且满格。”

  当时2兆的带宽,可以满足13个人同时通话。船上还建立了视频会议系统,可以随时和北京视频通信、实现调度。

  从Anovo1.0到Anovo2.0,最让团队骄傲的是,我们不但是产品的提供商,也是系统解决方案集成方。而国内的产品竞争者,很多是拿国外的产品来竞争。“可能是从国外休斯、卫讯买来的,或者是贴牌。”

  与国外产品相比,除却信息安全,民族自主品牌“成本肯定低于国外服务商,我们现在希望做到他们一半或者三分之二的价格。”王海涛解释说,“而且我们比国外服务商驻中国当地办事处的服务反馈速度要快得多。”

  从1.0的4000终端到2.0的百万终端,研发团队再次突破了调度问题和硬件支撑难度,让上百万用户得到更好的用户体验。

  随着VSAT系统的建成,集成卫星定位功能的卫星电话“飒图”亦开发完毕。折叠后体积0.01立方米和小于8000克的重量,让驴友甚至更多的户外测量、科考团队实现了宽带接入、打电话等可能。

  “2015年世锦赛,驴友带着‘飒图’在怀柔露营一夜,手机没有任何信号,但看体育赛事完全没有问题。”张德鹏说。

  从1.0升级到2.0,“我们逆水行舟,不进则退。”石云说,“再过两三年,可能3.0、4.0也会推出,我们始终在紧跟国际水准,甚至会超越它。”

  来源: 新华网

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