通信卫星(communications satellite)是指用作无线电通信中继站的人造地球卫星。卫星通信系统的空间部分。通信卫星转发无线电信号,实现卫星通信地球站(含手机终端)之间或地球站与航天器之间的通信。一颗地球静止轨道通信卫星大约能够覆盖40%的地球表面,使覆盖区内的任何地面、海上、空中的通信站能同时相互通信。在赤道上空等间隔分布的3颗地球静止轨道通信卫星可以实现除两极部分地区外的全球通信。通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一,美国、前苏联/俄罗斯和中国等众多国家都发射了通信卫星。1965年4月6日,世界上第一颗实用型商用通信卫星发射成功。

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    中文名称
    通讯卫星
    外文名称
    communication satellite
    定义
    用于通信的人造地球卫星
    所属学科
    通信科技(一级学科)卫星通信(二级学科)

    1简介

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    在通信卫星出现之前,地球上远距离的两地之间要进行通信有两种方法;一种是利用电缆,另一种是用地面无线电设备。

    通信卫星通信卫星

    50年代末,人造地球卫星上天以后,人们很快就想到,在远距离通信中可以利用人造卫星。美国于1960年8月发射了第一颗这样的卫星。这颗卫星直径是30米,取名“回声1号”。

    最初,人们只能发射离地面几千公里高的通信卫星。这种通信卫星保持在地面通信站上空的时间很短,一昼夜里面可通信时间总共只有几十分钟。后来,人们发射了一种大椭圆轨道的通信卫星,把卫星从远地点拉到离地面30000多公里的高空。这种卫星保持在地面通信站上空的时间一昼夜可以达到十几小时,但是还不能达到全天通信。1963年2月,美国首先发射了一个地球同步轨道的通信卫星。地球同步轨道卫星能“固定”在地球赤道上空的某一点,当这种卫星在地面通信站上空的时候,就能达到24小时的连续通信。从理论上说,如果沿地球赤道上空均匀布置三颗地球同步轨道的通信卫星,那么,除两极地区以外,几乎可以达到全球连续通信。

    由于地球同步轨道通信卫星具有这样优越的通信条件,因此,它是近40多年来发展最迅速的一种人造地球卫星,并且变成了商用通信工具。1964年8月,正式成立了由8个国家参加的“国际通信卫星财团”。从1965年4月到2003年,由这个财团提供经费,由美国研制发射了9种型号的国际通信卫星。使用国际通信卫星的国家已经有100多个。

    2基本结构

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    实用通信卫星均为转发型有源通信卫星,装有通信转发器和天线,对接收到的信号进行变频、放大和转发。反射型无源通信卫星的反射信号太微弱,没有实用价值。

    通信卫星是世界上应用最早、最广的卫星之一,许多国家都发射了通信卫星。通信卫星一般由卫星结构、电源系统、温控系统、姿控系统、天线系统、转发器系统等组成。

    3发展历史

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    1958年12月,美国发射世界上第一颗试验通信卫星“斯科尔”,开始了卫星通信实验阶段。

    通信卫星通信卫星

    1963年美国和日本通过“中继1号”卫星第一次进行了横跨太平洋的电视传输。

    1964年8月19日,美国把“辛康3号”卫星直接送入国际日期变更线附近的赤道上空,使之成为第一颗真正的静止通信卫星,并利用这颗卫星成功地转播了东京奥运会的实况。

    1965年发射地球轨道通信卫星“国际通信卫星”Ⅰ号,卫星通信进入实用阶段。

    70年代,通信卫星进一步向专业化方向发展,出现了各种专用通信卫星。

    到1984年底,世界各有关国家共发射了670多颗通信卫星,其中地球同步通信卫星有179颗。使用卫星通信的国家和地区已达170多个,卫星通信已成为现代通信的重要手段。

    前苏联的通信卫星命名为“闪电号”,包括闪电1、2、3号等。由于前苏联国土辽阔,“闪电号”卫星大多数不在静止轨道上,而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

    中国于1984年和1986年先后发射了一颗地球同步试验通信卫星和一颗地球同步通信卫星。

    4主要类别

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    (一) 按应用分类

    可分为海事卫星移动系统(MMSS)、航空卫星移动系统(AMSS)和陆地卫星移动系统(LMSS)。

    海事卫星移动系统主要用于改善海上救援工作,提高船舶使用的效率和管理水平,增强海上通信业务和无线定位能力。航空卫星移动系统主要用于飞机和地面之间为机组人员和乘客提高话音和数据通信。陆地卫星移动系统主要用于为行驶的车辆提供通信。

    (二) 按轨道分类

    通信卫星的运行轨道有两种。一种是低或中高轨道。在这种轨道上运行的卫星相对于地面是运动的。它能够用于通信的时间短,卫星天线覆盖的区域也小,并且地面天线还必须随时跟踪卫星。另一种轨道是高达三万六千公里的同步定点轨道,即在赤道平面内的圆形轨道,卫星的运行周期与地球自转一圈的时间相同,在地面上看这种卫星好似静止不动,称为同步定点卫星。它的特点是覆盖照射面大,三颗卫星就可以覆盖地球的几乎全部面积,可以进行二十四小时的全天候通信。

    (三) 按频率分类

    按照该卫星所使用的频率范围将卫星划分为L波段卫星,Ka波段卫星等等。

    (四) 按服务区域分类

    随着航天技术日新月异的发展,通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分,有全球、区域和国内通信卫星。顾名思义,全球通信卫星是指服务区域遍布全球的通信卫星,这常常需要很多卫星组网形成。而区域卫星仅仅为某一个区域的通信服务。而国内卫星范围则更窄,仅限于国内使用,其实各种分类方式都是想将卫星的某一特性更强地体现出来,以便人们更好的区分各种卫星。 

    5运行轨道

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    作为无线电通信中继站。通信卫星像一个国际信使,收集来自地面的各种“信件”,然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它是“站”在36000公里的高空,所以它的“投递”覆盖面特别大,一颗卫星就可以负责1/3 地球表面的通信。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星,便可以实现除南北极之外的全球通信。当卫星接收到从一个地面站发来的微弱无线电信号后,会自动把它变成大功率信号,然后发到另一个地面站,或传送到另一颗通信卫星上后,再发到地球另一侧的地面站上,这样,我们就收到了从很远的地方发出的信号。

    东方红三号通信卫星东方红三号通信卫星

    通信卫星一般采用地球静止轨道,这条轨道位于地球赤道上空35786公里处。卫星在这条轨道上以每秒3075米的速度自西向东绕地球旋转,绕地球一周的时间为23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看,卫星象挂在天上不动,这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星,昼夜不间断地进行通信,不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”,使通信时间时断时续。现在,通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。

    地球静止轨道通信卫星虽然具有覆盖面积大、控制简单等一系列的优越性,但是也有其不足之处。地球静止轨道只有一条,在这一条轨道上不可能放置太多的卫星,否则它们之间会产生无线电干扰,因而其轨道资源十分紧张。世界上越来越多的国家为建立自己独立的卫星通信系统竞相向地球上空的静止轨道发射自己的通信卫星。50多年来,全世界已经发射的航天器达6000多颗,其中绝大多数是卫星。由于静止卫星数目的不断增加,致使有限的地球静止轨道上挤满了通信卫星,特别是在欧洲、印度洋和美洲的三个静止轨道弧段内,轨道不足的矛盾日益尖锐。按照以往的卫星技术,两颗静止卫星间隔在1度以上,信号干扰强度才不致影响通信质量。后来随着卫星技术的提高,特别是抗干扰能力的增强,两颗相邻卫星的间隔可以缩短,但也不能无限靠近。因此,静止轨道所能容纳的通信卫星数量仍然是有限。

    6技术水平

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    最能体现通信卫星技术水平的是国际通信卫星9号。该系列卫星是由美国劳拉空间系统公司建造的FS1300型高功率大容量通信卫星。国际通信卫星9号发射重量为4680千克,在轨设计寿命为13年,装有44个C波段转发器和12个Ku波段转发器。C波段设计有全球波束、半球波束和区域波束,Ku波段设计有两个高功率点波束,两种转发器可覆盖不同的区域。该卫星为用户提供的服务包括因特网、电话、电视、企业网服务以及天地混合网解决方案等。国际通信卫星9号共计发射了7颗。从服务内容上讲,通信卫星的发展趋势之一是建立移动卫星通信网。

    其他的移动卫星通信网还有:国际海事卫星组织在20世纪末期发射的国际移动卫星系统,美国移动卫星公司和加拿大TMI公司经营的北美移动通信卫星,印度尼西亚PSN牵头发射的亚洲蜂窝卫星,美国轨道科学公司和加拿大全球通信公司共同组建的全球卫星通信星座(Orbcomm),美国劳拉公司和高通公司共同组建的全球星(Globalstar)全球移动卫星通信系统等。

    7发展趋势

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    通信卫星的发展趋势是:采用频率复用技术,引入更高频段和发展星上信息处理技术,以增大通信容量和简化通信终端设备,开辟新的通信业务和降低费用,将进一步向提高保密性、抗干扰性、灵活性和生存能力发展。

    8产生效益

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    通信卫星能够产生巨大的经济效益与社会效益。

    应用通信卫星可产生直接效益、二次效益和三次效益。直接效益是指直接经营通信卫星业务的部门产生的效益,二次效益是指直接应用通信卫星的部门如通信部门产生的效益,三次效益是指通信终端用户产生的效益。

    国际通信卫星组织承担了60%以上的国际通信业务,年收益达5亿美元。通信部门使用国际通信卫星使通信工业的年收益达80亿美元,这些二次收益比直接收益放大了15倍。卫星通信的发展能够促进社会整体通信产业的发展。

    以卫星电视教育来说,无论对于发展中国家还是发达国家都十分重要。它可以解决边远地区师资缺乏、教育设施差的问题,对普及教育和培养师资都起到了很大的作用。通过卫星开展电视教育,可以对广大农村和边远地区进行文化和科技知识教育,对于农业经济的发展起到了巨大的作用。通信卫星在电视教育、医疗卫生、文化娱乐、灾害预报等方面产生的效益十分巨大,对社会的进步起到了重大的作用,而且影响非常深远。

    参考资料

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    [1].人民网:通信卫星
    [2].中国通信网:通信卫星简介

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    标签: 卫星 天文 科技

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    • 更新时间:2014-12-15
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