在信息時代，沒有手機信號、沒有WiFi是一件十分鬧心的事情，我們日常用的手機、筆記本電腦之所以能通話、能上網，靠的是地面移動通信系統，而當我們乘坐飛機或者到達偏遠山區時，由于地面的通信系統覆蓋不到，這里或者對于普通人來說直接不能通信或者信號時斷時續，要想實現通信就需要靠衛星了。

中國的移動衛星通訊系統起步比較晚，在很長一段時間里還沒有自己的移動通訊衛星，在10年前的汶川大地震中，中國只能租用國外的衛星電話與災區進行聯系、實施救援。

之后，在孫家棟院士的倡導之下，中國開始了移動通訊衛星系統的研發，終于在2016年8月6號成功發射了天通一號移動通訊衛星。

經過兩年的在軌測試，今年天通一號衛星開始為商用通信服務，中國自主衛星電話開始正式放號。下面就為大家介紹一下這個具有里程碑意義的移動通信衛星——天通一號。

（一）什么是移動通信衛星？

簡單來說，移動通信衛星就是可以為移動用戶之間提供通信服務的衛星。

自1982年移動通信衛星正式提供商業服務以來，衛星移動通信就引起了國際社會的極大關注。此后，隨著技術的不斷成熟，移動通信衛星也開始向個人用戶提供服務。

目前移動通信衛星可以根據其運行軌道分為三種：地球靜止軌道移動通信衛星、低軌道移動通信衛星和中軌道移動通信衛星。

1.地球靜止軌道移動通信衛星：適合大型運輸裝備

中國在98年抗洪救災時使用的國際移動衛星3號是該類型移動通信衛星的典型代表。

這種衛星具有通信距離較遠、信號較弱、地面設備較大等缺點，只能在大型的運輸裝備上使用，比如輪船、飛機和汽車等。

即便是有比較先進的便攜式地面手持設備，在使用之前也需要找準國際移動衛星，并且在通話時設備不能移動。

但是隨著技術的發展，該類型也出現了可以提供個人業務的通信衛星。

2.低軌道移動通信衛星：信號損耗小，覆蓋區域廣

這種衛星是目前移動通信衛星發展的熱點類型，具有運行軌道低、便于發射的特點。此外，由于其信號傳輸線路短，因而具有衰減損耗小、時間延遲短、可以獲得最有效的頻率復用等優點，同時也可以實現全球覆蓋。

而且，由于體積和質量較小，這類衛星的研發和生產周期大大縮短，研發費用也大大降低。其中具有代表性的就是銥星和全球星，中國的天通一號衛星也屬于這一類型。

（天通一號衛星）

3.中軌道的移動通信衛星：3顆就可以覆蓋全球，但區域有限

這種衛星運行的軌道高度介于低軌道和地球靜止軌道之間。

通常這一軌道的移動通信衛星只需要3顆就可以實現全球覆蓋，要遠遠小于中軌道和低軌道的衛星數量，但是這種軌道的衛星覆蓋不到南極和北極地區。其典型代表就是ICO衛星。

（二）衛星要想完成任務，平臺、有效載荷一個都不能少

一個能夠完成特殊任務的航天器是由平臺和有效載荷組成的。

航天器的有效載荷指的是航天器上能夠直接實現其在軌運行的特定任務的儀器、設備、工作人員等。航天器的有效載荷是確保航天器在軌工作的一個重要因素，有效載荷的選擇和設計直接影響了特定航天任務的實現程度。

天通一號衛星是中國目前自主研制載荷規模最大的通信衛星，其使用的平臺是東方紅四號，該平臺包括電源、測控、數據管理、姿態和軌道控制、推進、結構與機構、熱控等系統，使用了全三軸穩定控制方式，設計壽命為15年。平臺的輸出總功率為8000-10000瓦，并具有擴展至10000瓦以上的能力，能為有效載荷提供約6000-8000瓦的功率。該平臺可承有效載荷重量600-800公斤，整星最大發射重量可達5200公斤。

（東方紅四號衛星平臺）

面對衛星復雜的系統，天通一號衛星在設計過程中使用了三維數字化設計和高密度分組集成的機電熱一體化系統設計，將多臺單機的功能融合到一臺單機上，使其復雜的系統集成變得更加高效。

同時，為了使衛星的性能能夠滿足格外嚴格的一致性要求，在衛星的研發過程中，研究團隊在選用原材料、制作和調試元器件以及對元器件測試等過程中進行了非常嚴格的一致性控制。

（衛星結構圖）

（三）天線在太空慢慢展開，整個過程需要好幾天

由于受到航天運載工具的運載空間和功率的限制，衛星等航天器的天線在發射階段需要折疊起來固定在運載工具有效載荷艙內，待航天器進入軌道后，再在地面控制中心的指令下逐步完成展開動作，然后鎖定并保持為工作狀態。

可以說，天線的可展開性和可建造性是現代空間天線的一個顯著特征，也是各國在現代航天技術活動中研究的重點內容。

天通一號移動通信衛星采用的天線是環形可展開衛星天線。該天線的結構分為四個主要部分：可展開環形桁架、金屬反射網和柔性張力索網、張力彈簧陣、動力展開機構。該天線在發射時為收攏狀態，位于衛星的有效載荷艙內，升空后于外層空間按指令順序展開。

（環形可展開衛星天線展開狀態）

其展開過程主要為兩步：

第一步展開，天線反射器結構保持在收攏狀態下，隨支撐臂繞離星體運動，并于指定位置展開，此過程較短，在數分鐘內即可以完成。

（天線第一步展開過程）

第二步展開，天線反射器結構上下兩端解鎖，然后在展開機構的驅動下，環形桁架執行展開運動，直至完全展開為工作狀態并鎖定。

此過程展開較為緩慢，時間較長，可以根據星體在軌情況分階段進行，一般展開過程歷時數小時或數十小時，整個過程將歷時數天至數十天。

（天線第二步展開過程）

大型可展開天線的應用，使衛星可以實現大范圍區域實時信號覆蓋的同時，避免地形等因素的影響，實現對多種地形的全面覆蓋，并且可以在惡劣的環境下保持正常通信。

此外，天通一號衛星在大型可展開天線的設計過程中使用了多種新技術，使大型可展開天線的研制水平得到了有效的提升。

（四）為了提高接收信號靈敏度，研究團隊攻克了無源互調難題

天通一號通信衛星融合了通信衛星頻率復用技術和星載大型可展開天線，使衛星接收信號的靈敏度和衛星通信容量得到了有效的提升。

首先，由于天通一號衛星工作在低頻段，其信號在傳輸過程中具有損耗小、雨衰（降雨損耗）小等特點，可以滿足通信質量要求。

而天通一號通信衛星之所以能實現高靈敏度工作，主要是因為研發團隊成功攻克了低無源互調（PIM）這一世界難題。

我們知道，所有的無源器件，比如天線、電纜和連接器、定向耦合器等，都會產生互調失真。由于天線的接收靈敏度高，所以在進行大功率發射時產生的雜波會落入接收通道，形成自身干擾，這就是無源互調。

無源互調會導致通信能力降低，使原來可以同時支持5000路通話的衛星只能支持500路甚至更低的通話，更有甚者會導致衛星接收系統失效。

（無源器件）

長期以來，有關解決無源器的互調失真的測量技術一直被國外公司所掌握，他們壟斷了相關測試產品的市場。在天通一號衛星的研制過程中，研發團隊經過艱難的技術攻堅，終于用無源互調綜合抑制方法攻克了這一技術難關，并在此基礎上開發出了低成本的商用無源互調測量系統。

結語

中國是一個自然災害高發的國家，在搶險救災的過程中需要有成熟可靠的通信設備確保和災區聯系的暢通。衛星移動通信有著“應急通信第一反應器”的美譽，在災害救援的過程中扮演著重要的角色。

今年首次面向商用市場放號，標志著天通一號開始走向市場?？梢灶A見的是，在不久的將來，天通一號將能夠提供個人通信、遠洋漁業、海洋運輸、航空客運以及科考調研等各方面的服務，隨著技術的成熟，它還可以向科考、勘探等高端的商業用戶提供更為成熟的服務。