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目標300顆!中國啟動建設超低軌道衛星星座

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2023-07-14 09:23 | 稿件來源:香港新聞網

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香港新聞網7月14日電 近年來大規模的衛星星座成為航天界發展的重點領域之一。中國航天科工空間工程總體部13日在第九屆中國(國際)商業航天高峰論壇上宣布,將正式啟動超低軌通信、遙感一體星座建設。這個最終規模達到300餘顆衛星的大型星座系統在最終建成後,將具備“全球任一地點10分鐘內查訪”的即時業務響應和服務能力,這將為全球應急救援、火情監測、防災減災領域提供更加有效的數據和能力支撐。

超低軌衛星星座示意圖

超低軌衛星星座示意圖

超低軌衛星星座優勢在哪裡

《環球時報》報道,中國航天科工空間工程總體部超低軌通遙一體星座總設計師張楠介紹稱:“超低軌的概念主要還是從距離地面的高度來劃分的。”他表示,通常而言,低軌是指距離地面500-2000公里的軌道高度,遙感衛星一般在距離地面500-600公里的高度運行,中國正在建設的低軌寬帶通信衛星一般在距離地面1000公里的軌道高度運行。中國空間站則位於距離地面400公里的軌道。美國“星鏈”互聯網衛星星座的主要運行高度在550公里左右。而超低軌距離地面更近,軌道高度通常在300公里以下,未來中國超低軌通遙一體星座想要應用的空域範圍計劃將在150公里到300公里之間。

從國外和國內的情況來看,超低軌目前尚未大規模的開發應用,此前只開展過一些科學應用試驗。張楠表示,這是因為在該軌道高度上有殘留的空氣,它會對衛星的運行產生阻力,衛星想要在這個軌道上長時間運行,必然需要消耗更多的燃料,付出額外的代價才能抵消大氣阻力的作用。

張楠解釋稱:“相較於傳統軌道,超低軌的動力學環境複雜,稀薄大氣阻力、原子氧通量隨軌道降低以近指數規律增長,維持衛星長期穩定可靠運行,需要抵消衛星軌道由於更高的大氣阻力而快速衰減的影響,長期運行需要面對諸多技術挑戰。”

儘管超低軌長期運行需要面對諸多技術挑戰,目前尚未規模化應用開發,但投資價值巨大,美國、日本以及一些歐洲國家均已啟動相關商業或科學探空活動。

張楠介紹稱,“超低軌衛星因為距離地面更近,因此能够處理一些微弱信號,而在對地觀測的層面,距離地面更近也意味著對地觀測時看得更清楚。”超低軌衛星具有超高的價值,因軌道高度降低,對地“遙感”變為“近端”而獲得更低的成本和更高的觀測分辨率、更短的傳輸時延等,可實現同等分辨率下光學載荷重量、成本降低50%,合成孔徑雷達(SAR)載荷重量、成本均降低40%。

可以搭載不同載荷

在談及開展這一極具前瞻性和戰略性大型星座建設計劃的初衷時,中國航天科工空間工程總體部副總經理李艶彬介紹稱,當前中國的衛星遙感存在“成本高、效率低、應用少”等問題,無法全面保障搶險救災、應急調度等重大行動對關鍵信息時效性的迫切需求。因此,中國航天科工空間工程總體部提出超低軌通遙一體星座建設計劃,可利用超低軌衛星有效載荷成本低、通信時延小、用戶終端小型化等優勢,構築一個開放的分布式智能型網絡化超低軌空間基礎底座。這些衛星可以搭載不同載荷,輔以先進星載智能處理、星端直連、星間通信技術,從而能够更為快速、精準地獲取空間信息,滿足政府、企業甚至個人對於更高精度、高時效、高可靠空間決策信息方面的迫切需求。

中國啟動建設的這套超低軌通遙一體星座系統的空間分辨率將達到0.5米,空間信息能在15分鐘內直達用戶。通過星上的AI智能處理、衛星與用戶終端直連、星間通信等功能,可省去大量的地面集中數據處理環節,實現空間信息直達用戶終端,孵化出一個衛星直接服務於大眾的新型產業生態。

李艶彬形象地介紹稱:“屆時我們能够實現第一顆衛星接收用戶需求,第二顆衛星拍攝所需信息,第三顆衛星完成智能處理以及實現圖像數據在軌實時處理與智能識別,并將結果通過星間鏈路傳輸、星端鏈路快速分發的應用場景。”據介紹,這些能力可為應急救援、火情監測、防災減災領域提供有效的數據和能力支撐,衛星應用服務平台為用戶提供常態化的災情監測預警,應急事件發生後,星間傳輸和星上智能處理可以高效拍攝和提取關鍵信息,依託自主網絡直傳至車載或便攜終端,在15分鐘內為一線處置單元和前線指揮機構提供高時效的災區現場影像,高效支撐應急救援和輔助決策。

就商業價值而言,一方面,這套超低軌通遙一體星座對熱點區域或重點目標進行高分辨率實時觀測和目標特性獲取,通過銷售衛星及用戶終端產品(含軟件)、空間數據產品及增值服務來獲取商業利潤。另一方面,通過構建超低軌空間基礎底座打造新質新域產業生態,面向社會征集搭載載荷,實現互利共贏。

需要突破諸多關鍵技術

不過,想要實現這些目標,該項目團隊需要突破星間協同高效觀測和星上智能處理等關鍵技術。張楠介紹稱,該項目計劃在2023年完成超低軌通遙一體星座首發星發射,2024年完成9星業務驗證星簇發射,同時完成衛星數據公共服務平台建設,構建即時ToC遙感業務應用示範系統,提供1天級服務響應能力和信息直達用戶大眾。2026-2030年間,該項目將進入規模組網階段,計劃2030年完成300顆星在軌組網運行,提供可見光、SAR、高光譜、紅外多元服務體系,形成全球15分鐘響應能力。到2030年以後,完成業務系統全面建設,達到全球範圍10分鐘以內的即時業務響應和服務能力。

超低軌通遙一體星座衛星的設計壽命為5年,為了保證衛星能够長期在軌運行,主要采用兩種途徑。張楠介紹稱,首先從衛星的總體設計上,會對衛星的外形進行針對性的氣動設計,減少衛星的阻力,這樣相對而言就能減少衛星維持軌道高度所消耗的燃料量。而為了減少氣動對於衛星姿態的影響,衛星還將進行增穩設計,例如充分利用好衛星的太陽翼,這樣就能够讓衛星飛得更穩。此外,隨著電推進技術的日漸成熟,相關產品也將應用在超低軌通遙一體星座衛星上。目前國內已經有很多商業公司在致力於開發小型電推產品,這些電推產品不僅價格更低,而且使用壽命和可靠性也在同步提升,在采用這種電推進技術後,就能够大幅減少衛星維持軌道高度所消耗的燃料重量。

關於超低軌通信、遙感一體星座的具體研製情況,張楠透露稱,“目前超低軌通遙一體星座首發星已完成正樣產品設計與投產,首星將搭載光學遙感相機、星載智能處理設備、原子氧探測器等有效載荷,計劃12月發射。”  (完)

【編輯:紀東】

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