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上半年全球发射卫星概况及生长趋势
2018-09-14 / 阅读次数：1973
作者 | 韩慧鹏（中国空间手艺研究院通讯卫星事业部）
2018年前6个月全球共发射火箭55次 ，航行器总数达177颗（详见表1）。
从国别来看 ，中美各占18次并列榜首 ，俄罗斯发射9次紧随厥后。
从发射角度来看 ，55次中乐成54次 ，部分乐成1次 ，即1月25日欧洲Ariane 5
ECA火箭因控制分系统的程序问题 ，未能将2颗卫星送入预定轨道 ，后续只能依赖卫星自身推进系统入轨定点 ，其中接纳全电推平台的SES-14卫星使用电推进系统于8月实现定点 ，Al
Yah-3卫星接纳化学推进系统实现定点 ，使用电推进系统举行位置坚持。值得关注的是美国的重型猎鹰火箭和猎鹰9号Block 5火箭在上半年均举行首秀。
从航行器角度来看 ，所有航行器按国别来分：美国72颗 ，中国41颗 ，欧盟26颗 ，俄罗斯8颗 ，其他国家30颗 ，仅中美两国发射的卫星已占所有卫星的63.8%。
按营业功效分为：通讯卫星40颗 ，导航卫星8颗 ，遥感卫星54颗 ，试验卫星41颗 ，其他航行器34颗。按轨道分为：140颗LEO卫星 ，18颗GEO卫星 ，11颗MEO卫星 ，1颗HEO卫星 ，7颗星际轨道航行器。7颗星际航行器包括中国发射的鹊桥、龙江一号和二号3颗探月卫星、美国发射的鼹鼠、瓦力和伊芙3颗火星探测卫星以及1个特斯拉红色电动跑车搭乘重型猎鹰火箭直飞火星（图1）。其中 ，鹊桥卫星是嫦娥四号登月探测器的月球中继卫星 ，龙江一号和二号卫星则用于超长波射电天文视察；鼹鼠卫星用于火星陆地探测 ，瓦力和伊芙则是其伴飞通讯卫星。
卫星故障方面 ，除前述因火箭问题未能将2颗卫星送入轨道外 ，尚有3颗卫星（美国军事卫星Zuma、印度GSAT-6A、中国龙江一号）在火箭发射乐成后因卫星故障导致失败外 ，其余172颗航行器未见异常事情报道。
从上述统计效果可知 ，遥感卫星发射数目占有显著优势 ，尤其是中国发射的遥感卫星凌驾发射总数的一半 ，另外试验卫星和飞往空间站的卫星中也有多颗遥感卫星未列入遥感种别统计。遥感卫星发射数目众多的缘故原由 ，一方面是由于全球对地球视察的需求兴旺 ，另一方面是由于遥感星座的安排 ，例如上半年狐猴星座（Lemur-2）发射了10颗卫星 ，鸽群星座（Flock ，图2）发射了5颗卫星。
值得一提的是 ，鸽群星座由美国的卫星成像首创公司星球实验室（Planet
Labs）研制 ，旨在建设最廉价、快捷、适用性更强的遥感卫星数据获取系统 ，将建玉成球规模最大的地球遥感影像卫星星座 ，实现对全球天天一次的重复视察频率 ，将是天下上唯一具有全球高区分率、高频次、全笼罩能力的遥感卫星系统。
通讯卫星的安排已经显著朝两个偏向生长 ，一个是GEO轨道的大型通讯卫星 ，另一个则是与LEO轨道的通讯卫星星座。以美国为例 ，上半年发射的20颗通讯卫星中 ，LEO铱星第二代星座（图3）占有15颗 ，LEO立方体卫星Space
BEE星座一次发射4颗 ，GEO通讯卫星发射1颗 ，即美国空军航天司令部的AFSPC-11卫星 ，据悉该卫星将完成美国空军的一连广播增强卫星通讯（CBAS）和增强对地静止实验室试验（EAGLE ，简称老鹰）。
2018上半年发射的高通量卫星有3次7颗：1月25日 ，Al
Yah-3卫星与SES-14卫星以“一箭双星”方法升空；3月9日 ，O3b星座乐成发射4颗MEO卫星；6月4日 ，SES-12卫星发射乐成。现在全球已有26个卫星运营商投资数十颗高通量卫星或载荷 ，使得高通量卫星和低轨大容量通讯卫星星座成为通讯卫星的热门。
导航卫星安排方面 ，中国的6颗北斗系列卫星是成为绝对主力 ，另外印度和俄罗斯各发射一颗导航卫星。别的 ，面临航天手艺日新月异的生长 ，各国发射了林林总总的试验卫星 ，空间站上也搭载举行了多个试验项目。值得一提的是 ，部分试验卫星实验通讯、导航和遥感等手艺融合生长 ，搭载导航通讯一体化载荷、微型商业遥感相机、星载船舶自动识别系统（AIS）装备、广播式自动相关监视（ADS-B）载荷等载荷 ，开展相关手艺试验和验证事情。
凭证上述的统计效果 ，对卫星的生长做出如下剖析。
1、卫星星群生长趋势
随着卫星星座和编队航行等手艺的生长 ，集群化的卫星星座成为现在卫星行业的研究重点和生长趋势 ，特殊是依赖细小卫星构建的星群将成为卫星通讯、地球视察和物联网效劳的主要手段。小卫星星群以其本钱低、周期短、无邪高、组网强、手艺新等优势 ，最洪流平地提升了全球系统组网运营能力。
现在 ，通讯卫星星群的生长已有Iridium
NEXT（LEO）、O3b（MEO）和Inmarsat-5（GEO ，图4）等种种轨道星座 ，尚有OneWeb、Starlink、Leosat和Telesat等LEO通讯星座正在设计研制；地球视察星座有Flock和Lemur等低轨卫星星座；导航卫星有美国的GPS、中国的北斗、欧洲的Galileo和俄罗斯的GLONASS等星座。然而小卫星星座的生长保存每用户平均收入（ARPU）较低的问题 ，导致在生长前期难以判断投资的合理性 ，因此针对星群的商业模式和投资剖析也已成为研究的焦点问题之一。
综合剖析航天器生长态势可知 ，卫星星群已经不再以简单功效为主 ，而是着重于在太空安排“传感器+数据传输+导航控制”综合功效的网络 ，从而实现自顺应、自组织、智能化的星间“通讯-导航-遥感”一体化网络 ，并可以动态调解卫星的数目和编队构型。
现在星群常用的设置形式为漫衍式空间系统 ，包括星座、星群和编队航行等 ，通过组网协同事情 ，或多颗卫星配合完成统一使命 ，或各自携带差别载荷从而扩展星群的营业能力 ，从而提升了系统的顺应性和重置性。
漫衍式空间系统中卫星之间需要交流的数据主要包括：科学视察数据、导航数据、航天器状态数据、以及遥测�？厥�。随着地球遥感、空间视察、高速数传等营业的急速增添 ，星群之间的通讯系统成为了最要害部分 ，认真转达卫星有用载荷的数据 ，因别的洋通常为种种功效的星群配以天基通讯中继系统（如欧洲的EDRS系统） ，或星群自己具备较强的空间通讯中继能力（如美国的Iridium
NEXT系统）。
通过星间通讯链路 ，不但可以支持大容量的星间高速数传、实时数据交付 ，并且不再需要使用大宗的地基中继系统和全球跟踪系统 ，还可以提供小卫星姿态控制效劳。星间通讯通过交流姿态与位置信息 ，可以实现导航与编队控制 ，并维持航天器间的时间同步性。因此星间高速通讯组网（星间激光链路或Ka高速传输链路）是星群实现实时、可靠、高效组网事情的焦点和基础。
针对卫星星群的星间通讯系统结构研究多集中在物理层、链路层和网络层。物理层连通是星群组网传输的基础 ，现在仍以射频链路为主 ，但已经开展激光链路适用性应用；然后无论是何种星间链路 ，卫星天线的设计是其最要害的手艺。链路层以MAC协议作为研究重点 ，解决系统内多星之间的链路共享问题 ，需知足自顺应性、伸缩性、信道使用率、延迟、吞吐量和公正性等需求的转变。
可是现在关于卫星星群间网络路由手艺的研究较少 ，随着星群规模的增添 ，网络规模和庞洪水平随之提升 ，需要深入开展网络层的相关研究事情。因此星群的重置性是其备受关注的需求 ，在网络内实线的应用和协议应检查节点故障或新增添的节点 ，自我重新设置以维持使命目的。
2、卫星与互联网手艺团结
星群对空间卫星系统的结构带来了极大的厘革 ，增进实现卫星通讯、遥感、移动数据与互联网手艺的融合生长。卫星通讯有用地增进了新一代空间手艺的快速生长 ，尤其是在新型的星群通讯系统结构泛起后 ，卫星通讯的数据传输速率提高、传输延迟降低、笼罩规模扩大。
通过对全球发射航天器的统计可知 ，遥感数据的传输和应用成为卫星应用的第一动力源 ，更进一步则需要建设基于大数据手艺的卫星遥感影像数据挖掘和应用处置惩罚系统。随着智能手机的普及、数据传输需求的激增 ，通过“互联网+”手艺 ，可以使智能手机用户等终端获得直观的应用体验 ，涵盖了卫星通讯、移动数据传输、大数据应用和遥感信息应用等领域。
因此 ，未来卫星应用应该具备高速移动数据接入和处置惩罚能力 ，从而知足互联网和移动数据营业所需的低延迟、一连笼罩、数据率高的需求 ，数据传输速率需要抵达Mbps量级以上。
现在 ，SpaceX和SES等公司已经最先研究低轨小卫星星座以提供全球宽带效劳 ，OneWeb（图5）、O3B、Leosat等公司妄想通过建设星座提供全球数据和互联网效劳。OneWeb使用自装置的小型用户终端 ，手机和WIFI装备可与用户终端通讯对接 ，然后再由用户终端与卫星举行联通。O3B使用专业的大型地面终端 ，地面终端与外地基础设施相连 ，卫星可作为蜂窝塔与移动焦点网间的链路节点。近年来安排的高通量卫星系统接纳与地面蜂窝系统类似 ，通过多个点波束实现空间与频率分集复用方法 ，可提供高速数据传输等效劳。
3、高通量通讯卫星的生长
高通量通讯卫星使用相同频带资源可实现数据吞吐量是古板通讯卫星数倍甚至数十倍 ，通讯容量可达数百Gbps甚至Tbps量级。高通量卫星能大幅降低每比特本钱 ，可以经济、便外地实现种种新应用 ，已成为卫星通讯行业真正改变游戏规则的手艺 ，预计到2020年高通量卫星的容量将抵达近5Tbps ，随着宽带大容量通讯星座的建成 ，届时通讯容量将增添到40Tbps以上。
以Visat-3卫星和OneWeb星座为代表的通讯卫星将引领了高通量卫星的生长趋势和手艺水平 ，高通量通讯卫星的生长将凭证网络宽带化、笼罩全球化、传输高频化、载荷无邪化、应用移动化、运营多元化、天地一体化等偏向生长。通过高通量卫星手艺立异 ，驱动市场应用行业一直生长 ，小我私家上网、企业数据传输、基站回传、飞机通讯、航海通讯、军事通讯等都对高通量卫星提出了重大需求 ，其应用场景越来越普遍。
针对高通量卫星的生长 ，需要进一步扩大系统通讯容量 ，降低单位带宽本钱 ，使高通量卫星具备与地面宽带通讯水平相当的竞争力。通过规�；⒈曜蓟⑹谐』没辗⒅斩� ，充分降低高通量卫星通讯系统的制造本钱和信息获取本钱。为了实现大容量数据传输 ，除Ka频段外 ，接纳激光和Q/V等高频段通讯手艺知足需求。
在全球笼罩方面 ，鉴于海上无法大规模建设通讯基站群和地面基站笼罩较小难以知足飞机等高速运动目的等问题 ，应该优先从知足航海和航空高通量通讯的角度出发研制高通量卫星 ，而陆地规模的高通量通讯则可以交给地面通讯系统 ，各展所长实现天地融合 ，构建全球高通量信号无缝毗连。
高通量天地一体化通讯系统的建设 ，应以政府指导为牵引 ，企业建设为主体、市场需求为导向的商业生长模式 ，开展多元化运营模式 ，通过卫星无邪载荷设计来知足市场需求转变或企业商业模式的转变 ，重点构建“一带一起”空间信息走廊重大工程 ，起劲挖掘和培育具有高黏着度的高通量卫星通讯应用新偏向 ，通过多种应用综合生长高通量卫星。
4、卫星导航手艺拓展应用
现在 ，全球导航卫星系统（GNSS）已具备全天候、近实时、高精度的特点 ，可一连发射L频段导航信号 ，普遍应用于定位、导航和授时(Positioning,
Navigationand
Timing ，PNT)等领域。随着导航星座完成安排 ，需要进一步开展天基、地基和空基导航增强系统建设 ，通过增添卫星或地面参考站 ，向用户提供卫星钟差、卫星轨道参数、电离层纠正参数和载荷状态 ，提高卫星导航系统的导航精度、可用性和完好性。
随着各导航卫星系统的逐渐完善 ，视察站的增添 ，其应用领域将越来越普遍 ，例如通过GNSS举行外貌反射信号遥感手艺研究等。GNSS一连向地球播发无线电信号 ，其中部分信号会被地球外貌反射。从粗糙外貌反射回来的GNSS延迟信号可以提供直射和反射信号路径的差别信息。
这些信息包括反射信号的波形、幅值、相位和频率等的转变 ，极化特征的转变直接与反射面相关 ，团结吸收机天线位置和介质信息 ，使用延迟丈量视察和反射外貌属性可以确定外貌粗糙度和外貌特征 ，即GNSS+R反射丈量。GNSS+R作为目今GNSS和遥感领域的研究热门和交织点 ，在海洋、陆地、水文、植被和冰雪等遥感应用方面取得显著希望。
别的 ，在Lemur-2星座卫星上装置的STRATOS
GPS大气丈量载荷也拓展了卫星导航手艺的应用领域。大气丈量载荷接纳GPS吸收机来跟踪数颗位于地球中轨（MEO）的GPS导航卫星 ，丈量它们的信号抵达本星的时延信息 ，并丈量信号转达路径在穿过地球大气时爆发的路径弯曲角度 ，从而可以资助人们相识大气内温度、压力和湿度等主要参数。
5、遥感卫星手艺生长
回首2017年及2018上半年 ，全球发射的遥感卫星数目已是目今卫星生长的主力军。凭证地球视察领域“未来十年（2016-2025）战略妄想”中确定的可一连生长、天气转变和防灾减灾等三大优先生长事项 ，未来将重点在生物多样性和生态系统治理、防灾减灾、能源和矿产资源治理、粮食清静、基础设施和交通系统治理、公共卫生监测、城镇可一连生长、水资源治理等领域等八个社会受益领域提供实时信息效劳 ，为决议制订提供要害数据、信息及知识。
美国在地球遥感的科学目的主要是增进对全球转变的熟悉 ，展望地球系统的变迁 ，同时 ，起劲推动谷歌等企业直接加入全球综合地球视察。
欧盟提出的哥白尼等妄想 ，越发注重知足用户需求 ，坚持欧洲地球视察手艺的自力性和领先职位 ，通过地平线2020妄想致力于推动欧洲与亚洲开展普遍的多边相助研究。
日外地球视察卫星生长妄想已逐渐形成了具有其自身特点的地球视察系统战略妄想和系统 ，例如起劲生长“先进视察卫星”系列商业光学成像卫星 ，目的是建设恒久的、笼罩全球的、时间序列一致的地球视察数据。
遥感卫星未来生长将瞄准由单星应用向综合应用生长 ，从局域视察向全球监测应用生长 ，在多领域综合应用中提高定量产品精度 ，坚持同类型卫星遥感数据的恒久视察积累和比照应用 ，组建全球吸收站网基础设施规模与能力 ，增强实地丈量数据的验证 ，完善全球综合实验场、定标场、真实性磨练场、模拟与仿真实验室等组成的实验验证系统 ，进一步提高要害星载装备、器件、数据处置惩罚剖析系统与软件产品的质量等。
通过遥感卫星手艺的一连前进 ，更好地效劳于全球可一连生长 ，加速遥感卫星手艺的工业化和商业化历程 ，建设恒久一连、稳固自主、全球笼罩、时间序列一致、协调配套的卫星地球视察系统。
6、卫星软件界说手艺生长
2017年5月 ，欧洲通讯卫星公司（Eutelsat）宣布再订购至少两颗“量子”卫星（图6） ，由3颗卫星组成星座实现全球笼罩。“量子”卫星是首颗真正意义上的软件界说卫星 ，是软件无线电手艺应用于通讯卫星的典范代表 ，其可重构性特征能知足未来一直生长的通讯需求。
卫星软件界说手艺是新一代开放架构的卫星系统 ，支持用户需求可界说、有用载荷动态重组、应用软件动态重配、卫星功效动态重构 ，使用软件界说无线电（SDR）手艺提升卫星有用载荷能力。随着通讯、互联网、盘算机、软件的手艺的迅猛生长 ，软件界说正成为一种新的一定生长趋势 ，将其与卫星手艺相团结 ，可有用提高卫星产品的软件麋集度 ，逐步增强卫星功效和性能 ，通过通用产品的提前研制 ，可极大地缩短研发周期 ，降低研制本钱。
卫星软件界说手艺为生长智能卫星创立优异的条件条件 ，能实现卫星功效和性能的一连演进 ，可以加速新型科研效果在卫星工程中的应用转化速率。
软件界说卫星包括天基超算平台、星载操作情形、软件化有用载荷、应用软件等多个方面 ，涉及多个学科、多个专业。预计软件界说卫星未来将从以下5个方面取得希望：建设软件界说卫星的标准规范系统；研制适用于软件界说的要害有用载荷装备 ，包括专用ASIC、DSP和FPGA芯片手艺 ，数/模和模/数转换器手艺 ，超宽带吸收机和功率放大器等装备；研制软件界说卫星手艺在轨试验平台；一连研发和刷新星载操作情形 ，实现硬件装备和软件程序的即插即用；建设健全应用软件库 ，拓展应用需求领域和手艺支持规模。
7、综合生长建议
我国航天工业应进一步完善航天工业宏观治理 ，在统筹妄想和应用政策等方面增强指导 ，深度贯彻军民融合要求 ，实现航天工业天地一体化建设、制造与应用相团结生长；
起劲扩大卫星应用工业规模 ，提升卫星应用水平 ，强化营业化效劳能力 ，形成完整的航天应用工业链条；
深度推进和落实卫星数据资源分层级开放共享 ，建设卫星数据的公益性应用和商业性应用中分级共享模式 ，阻止相近的卫星数据资源的重复建设以及国际卫星数据产品的重复购置 ，节约和优化国有资源和经费的使用；
关于元器件、装备设施的国产化 ，应增强对相关手艺领域从经费、政策、考评等方面的支持 ，勉励通过试验卫星在轨验证等方法举行科技立异 ，强化基础能力建设。
航天工业将以应用为中心 ，以政府为牵引 ，以市场为导向 ，以企业为主体 ，以立异为动力 ，天地统筹妄想 ，增强基础能力建设 ，推进数据分级共享 ，协调军民融合生长 ，增进社会化多元投资运作 ，拓展航天工业链 ，提高应用规模 ，发动工业手艺水平和科技实力扎实稳步提升 ，整体上实现航天工业由试验应用型向营业效劳型的转变 ，显著提高卫星应用工业的规模和效益。
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