通信卫星

2003年10月13日10:25  

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    通信卫星是用来进行远距离无线电通信的卫星。
    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。用电缆进行通信,保密性好,传输也比较稳定,但是敷设和维护电缆的成本昂贵。用无线电进行通信,按照无线电波波长的不同,可以分为三种。最早使有的是长波波段(波长从10000米到1000米)。这种波主要是沿地面传播,由于大地对电波的吸收作用,使电波强度随传播距离的增加而迅速衰减。为了弥补这种衰减损失,发射机的发射功率必须高达几千瓦,还要把天线架设在几百米高的塔上,所以长波通信工程巨大。此外,长波传输的信息容量很小,还会产生严重失真,因此,现在已经很少采用无线电长波进行通信。后来人们利用无线电短波(波长从100米到10米)进行通信,这种电波是依靠地球上空的电离层的反射进行传播的。可是,电离层随昼夜、季节和地理位置而变化;另外,电离层还受到太阳活动的影响,因此,短波通信很不稳定。最近几十年来,人们开始广泛采用无线电微波进行通信。无线电微波(波长从1米到1毫米)能传输的信息容量很大,又比较稳定。但是,这种电波像光线一样只能在视距("看得见")范围里直线传播,地球上两地相隔很远,不在视距范围里,就无法利用无线电微波进行直接通信。为了克服这种弱点,人们想出了像接力赛跑那样的中继方法,每隔50公里左右设立一个中继站,中继站接收到前一站发来的无线电信号后,进行放大,然后再发向下一站,这样,可以把信息传到很远很远的地方。但是,设置许多中继站,也要耗费巨大的资金,特别是要在崇山峻岭和浩瀚的大洋上建立中继站,就更加困难了。
    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"。实际上它是一颗镀铝塑料薄膜制成的气球。由于从这颗卫星反射回地面的无线电波仍然很微弱,要接收这样微弱的无线电波,要求地面接收站设有高灵敏度的接收机,或者要求地面发射站设有大功率的发射机。所以用卫星来反射无线电波进行远距离通信仍然有很大困难。为了加强从卫星上反射回地面的无线电波,人们就把卫星做成像地面上的微波中继站一样,卫星接收到地面发来的无线电波以后,进行放大,然后再发向地面。目前工作的通信卫星都采用这种方法。
    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雷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月到现在,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。
    随着通信业务的增加和空间技术的发展,各国研制了许多不同用途的通信卫星。例如,适用于某一国家或某一地区的国内通信卫星;专门为军事服务的国防通信卫星;提供船舰使用的海事通信卫星;提供卫星测轨和数据传输的跟踪和数据中继卫星;为家庭提供直接电视广播服务的广播卫星等等。
    美国从 1976年开始研制跟踪和数据中继卫星(TDRS)。在地球静止轨道上适当部署三颗跟踪和数据中继卫星,则相当于把三个地面测控通信站搬到了空间,它能对轨道高度在200~12000公里范围内的所有用户卫星、载入飞船和空间站实现连续跟踪和数据通信。
跟踪和数据中继卫星质量为2270公斤,六面体,两块太阳电池板展开后宽17.4米。可提供1850瓦电功率。星上装有KU波段和S波段合用的两个抛物面天线,直径达4.9米。另外,星上还装有一个工作在S波段的相控阵天线,可以同时为20个用户卫星服务。
    电视广播卫星的无线电发射功率比通信卫星要大得多。通信卫星的无线电发射功率通常只有几瓦到几十瓦,而电视广播卫星的无线电发射功率可以达到几百瓦。由于电视广播卫星具有这样大的无线电发射功率,因此地面接收站不需要像通信卫星那样要有几十米直径的抛物面接收天线,而只需要半米或几米直径的抛物面接收天线。电视广播卫星上天,有电视机的家庭都能直接接收从电视广播卫星上发来的电视节目。电视广播卫星非常适合于像我们这样幅员辽阔、人口众多均国家。例如,只要发射两颗广播卫星,不需要像现在这样庞大的微波干线和许多中继站,就能把中央电视台的节目送到广大的农村和山区。这将大大丰富我们的科学文化生活。
    我国于1984年发射试验通信卫星,之后又成功发射了多颗地球同步实用通信卫星。
    我国试验通信卫星发射时质量为900公斤,进入静止轨道质量为420公斤。从远地点发动机喷口至天线顶端的最大高度为3.l米,星体直径2.1米。
    我国试验通信卫星的通信频段,选用国际电联规定的频段,上行6225~6425兆赫兹,下行4000~4200兆赫兹。星上有两套转发锅,可 24小时全天候通信。通信转发器由 11个部件组成。它构成完整的接收、放大、变频和发射系统。接收机采用了低噪声的隧道二极管放大器,为了提高放大增益,采用中频放大。为了满足舰船实时通信的需要,在转发器内除设置转播电视的宽带信道之外,还设置窄带信道,使转发增益提高6个分贝,末级功率放大器采用行波管放大器。

来源:中国运载火箭技术研究院

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(责任编辑:赵竹青)
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