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民航史上首次空中直播Ka频段互联网飞机背后是高轨卫星的革命性突破

百兆以上的高速率联网,在万米高空也能实现了。2020 年 7 月 7 日,一架由青岛流亭国际机场 T1 飞往成都双流机场 T2 的青岛航空 QW9771 航班顺利完成了飞行任务。这架飞机备受关注,不仅在于其成功实现了首航,还在于——作为我国第一架高速卫星互联网飞机,基于国内首颗高轨道高通量通信卫星“中星 16 号”,实现了我国民航史上第一次空中直播。

高轨卫星的革命性技术突破

现阶段,机上互联网技术主要有两种:

  • 地对空连接(ATG):地面发射基站提供网络信号;
  • 卫星连接:卫星与地面网络进行数据传输。

而一架高速卫星互联网飞机的核心自然是卫星,因此我们先来了解一下 QW9771 航班的核心——中星 16 号。

中星 16 号卫星,又称实践十三号卫星,由中国航天科技集团有限公司五院研制。

据悉,中星 16 号卫星既是中国首颗高轨道高通量通信卫星,也是国内首颗(目前是唯一一颗)Ka 频段高通量卫星。

实际上,根据不同波段频率,卫星连接可分为 L 频段、Ku 频段和 Ka 频段。所谓“Ka 频段”(Ka band),又称 30/20 GHz 波段,属于电磁频谱微波波段的一部分,频率范围为 26.5-40GHz。

这一频段的特点有三,可用带宽宽、干扰少、设备体积小。因此,这一频段可适合于高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、个人卫星通信等领域。

以往的互联网飞机主要使用的是 Ku 频段卫星。

Ku 频段(K-under band)频率为:下行 10.7-12.75GHz,上行 12.75-18.1GHz。

可见,相比 Ku 频段,Ka 频段频率更高。因此,在口径相等的情况下,Ka 频段天线的指向性更好,接收到的邻星干扰更少,因此系统性能相对较高。

基于此,首次应用 Ka 频段多波束宽带通信系统的中星 16 号卫星的信息传送能力有大幅度提升,通信总容量超过 20G。

值得一提的是,中星 16 号卫星的最高通信总容量超过了我国之前所有通信卫星容量的总和,可以说带动了中国卫星通讯技术的大飞跃。

正如中星 16 号卫星系统总指挥周志成曾在接受新华网采访时所表示:

高通量卫星的“通”,是通信的“通”,同时也叫高通吐量卫星,意思是通信容量比以往卫星有一两个数量级的跃升。

据了解,这一卫星于 2017 年 4 月 12 日在西昌卫星发射中心搭载长征三号乙运载火箭成功发射,在轨寿命约为 15 年。

当时,这一卫星的发射过程涉及到了电推进技术,而这也是我国首次采用电推进技术的高轨卫星,可以说是高轨卫星领域的革命性技术突破,这也意味着我国卫星激光通信技术已达到世界领先水平。

据周志成解释:

电推进技术的比冲为 3000 秒以上,是常规的化学推进剂的 10 倍以上,可显著缩减卫星携带的推进剂数量,因此对于卫星减重和增加有效载荷有明显的益处。

按照新华网的说法,这一卫星意义不凡,实现了“五个首次”。除上述突破外,中星 16 号卫星同时也实现了:

  • 中国首次在高轨卫星上搭载激光通信系统;
  • 中国首次在高轨长寿命通信卫星相关产品上实现百分百国产化,改变了长期依赖进口的局面;
  • 中国首次在卫星上将技术试验和示范应用相结合。

据了解,中星 16 号卫星在军事上的力量也不容小觑——一次可辅助 2 万人规模的海陆空混合作战,可在 1 秒内将命令直接下达至单兵末端,是军事行动中绝佳的通讯指挥卫星。

正因为上述特点,这颗卫星被称为“超级卫星”。

万米高空,百兆宽带

有了“超级卫星”的加持,QW9771 航班也开启了互联网飞机的新局面。

即使是在万米高空,QW9771 航班也可实现超过百兆的高速率联网。在飞机平飞阶段,乘客可以通过手机体验稳定的互联网服务。据人民日报报道:

高速卫星互联网飞机通过数字化解决方案,可进一步构建包括移动端空中内容娱乐、航旅出行服务、空中电商新零售等在内的空中互联网生态。

值得一提的是,QW9771 航班还进行了我国民航史上第一次空中直播。

【与地面直播间视频连线】

可见,QW9771 航班作为我国第一架高速卫星互联网飞机,打破了空中信息孤岛。

不过,“互联网飞机”并非是新鲜概念。

早在 2013 年 7 月 3 日,我国民航便首次提供了机上全球卫星通讯互联网服务,带宽 864Kbps。

当天,在由北京飞往成都的国航 CA4108 航班上,飞机飞至 3000 米高度时,机上网络系统自动打开,时任中国民航局局长李家祥还通过国航官方微博向网友发出了问候。

2013 年 10 月,美国联邦航空管理局表示,绝大多数商业航班可承受来自便携式电子设备的电波干扰,因此宣布“解禁”机上便携式电子设备的使用。此后,不少国外航空公司已经先后推出了空中互联网服务。

2018 年 1 月,中国民航局也发布了《机上便携式电子设备使用指南》,大部分航空公司已放开在机上使用手机的限制(注:乘客必须打开飞行模式,若航班不提供空中 WiFi 服务,则依然处于空中信息孤岛的状态)。

而在国际范围内,为更多人所知的或许是国际著名航空设备制造商霍尼韦尔(Honeywell)波音 757 N757HW 测试机。

1983 年,这架飞机就已在东方航空首次投入飞行。后来,这架高龄飞机经霍尼韦尔改造,成为了一个搭载前沿航空技术的实验室,专门用来测试和演示各类技术。

值得一提的是,这架测试机采用的也是 Ka 波段卫星,对此霍尼韦尔亚太区空管及互联服务业务总监那保罗表示:

对于航空公司来讲 ,升级到 Ka 波段是大势所趋。

测试机使用了霍尼韦尔的 JetWave 卫星通信系统,可为乘客提供可靠的机上 Wi-Fi 服务。

2017 年 5 月底,霍尼韦尔互联网测试机开始了其跨越北美洲、欧洲、亚洲的世界巡展。7 月 7 日,测试机从天津飞往宁波,这也是在中国航段的唯一一段飞行任务。

3 年后的 7 月 7 日,我国首架基于 Ka 频段高通量卫星的高速卫星互联网飞机首航成功,不仅是我国卫星领域的一次瞩目应用,也是互联网+航空的一次飞跃。

 

via:雷锋网

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