手机卫星通话时代真的要来了？快来看看相关进展

摘要： 近期炙手可热的华为Mate 60 Pro手机，是全球首款支持卫星通话的大众智能手机，持有者在没有地面信号的情况下，也可以拨打、接听卫星电话...

当下备受瞩目的华为Mate 60 Pro机型，是首部配备卫星通信功能的普及级手机，用户即便在地面信号缺失的环境，依然能够拨号和接听卫星电话，这项关键技术的实现，得益于我国自主研发的天通一号移动通信卫星。上周，“天宫课堂”第四课在中国空间站顺利进行，太空授课画面流畅，声音传输顺畅，这得益于同为通信卫星的天链二号数据中继卫星的贡献。

我国已经研发并送入轨道了多种通信卫星，还出口了整颗卫星，现在就谈谈被誉为“千里传音”的通信卫星在我国的发展历程，以及它在国家经济和社会生活中承担了哪些关键任务。

采用巨大天线的天通一号移动通信卫星示意图 作者供图

太空中的“国际信使”

通信卫星是人类最早、最普遍使用的人造地球卫星类型，现在它已经成为现代通信的关键工具。这种太空中的“信使”，能够将信息传递到非常广阔的区域，一颗地球静止轨道通信卫星就能服务地球表面的三分之一，所以也被称作“顺风耳”。

通信卫星是部署在太空的微波转接设施，主要借助传递无线电波来实现各类联络，具备联络范围宽广、传输能力强大、信号清晰度高、运行稳定可靠以及应用方式多样等长处。它不受地面环境制约，对地面设备的依赖性不大，在遭遇重大灾难或战乱时，比其他通信方式更为安全稳固，甚至可能成为不可或缺的紧急联络渠道。

通信卫星依据业务类型划分，通常包含固定通信卫星、移动通信卫星、电视广播卫星以及跟踪与数据中继卫星等类别。我国起步阶段研发的通信卫星属于固定通信卫星，这类卫星的主要功能是为固定用户之间的信息交流提供服务。相应地，通信卫星能够为流动的个人、交通工具以及飞行器等群体，搭建起彼此间的联络途径，并且不受地理条件的阻碍，也不管使用者如何移动。迄今为止，我国已经研发并部署了多代固定通信星体，包括三个系列，同时发射了两代数据转发器，还成功送入了三颗用于移动通信的天体，以及三颗具备高频宽传输能力的通信星体，另外还有两颗用于电视广播的定点通信星体，这些天体在卫星通信行业各自展现出了独特的优势，为社会发展带来了显著的正面影响，同时也创造了可观的经济价值。

通信卫星通常包含两个主要部分，一个是卫星主体，另一个是工作设备。工作设备主要由信号转发装置和信号接收装置构成。卫星主体的承载能力越强，运行时间越长，能够安装的信号转发装置就越多，整体表现也就越出色。基于这个原因，我国相继研发并应用了三个不同世代的地球静止轨道通信卫星主体。

1984年4月8日，中国发射了首颗地球静止轨道卫星东方红二号，成功进入预定轨道，这让我国跻身全球五个能自主发射此类卫星的国家行列，紧接着又接连送入多颗东方红二号系列通信卫星，这些卫星显著改善了偏远区域收看电视和通信的困境。

东方红三号卫星的研发是中国通信卫星发展进程中的关键一步。1997年5月12日，该卫星成功发射，标志着中国通信卫星技术实现了重大突破。这一成就使中国在相关领域的技术水平迅速提升了二十年的差距。该卫星的主要功能包括支持电话通信、数据传输、传真服务、甚小孔径终端网络以及电视节目广播。该通信卫星基于东方红三号中型平台建造，配置了二十四部C波段转发设备，设计使用寿命为八年，集成了多项领先全球的先进技术，包括全方位三轴稳定系统、整合式双组元液体火箭推进系统、模块化平台架构以及宽阔高密度太阳能电池阵列等。

东方红三号卫星平台先后承担了“中星”、鑫诺三号、天链一号等通信卫星的研制任务，还曾用于“北斗”导航卫星以及嫦娥一号、二号月球探测器的发射。此后，我国又研发了性能更优越的东方红三号A、B卫星平台，有效衔接了东方红三号中容量卫星平台与东方红四号大容量卫星平台之间的技术空缺。

1999年，我国着手研发第三代大型静止轨道卫星平台东方红四号卫星平台，该平台具备发电量大、负载力强、运行周期长的优势，能够用于打造大容量固定通信卫星、移动通信卫星、电视广播卫星和数据转发卫星等，同时配备了保障信息传递安全稳固的先进技术措施。

东方红四号卫星平台的使用年限为十五年，可搭载大约四十五部转发设备，我国已借助该平台制造了数十枚通信卫星，并且还研发了功能更优的东方红-4E（增强型）、东方红-4SP（全电推）等新型卫星平台，但这些新型平台并非东方红四号卫星，我国并未制造过名为东方红四号的卫星，只是采用东方红四号卫星平台来生产其他命名的卫星。

我国卫星通信关键技术国际领先

2008年汶川地震时，地震重灾区地面通信设施遭到严重破坏，无法满足基本的通信要求。当时，受灾民众和救援人员只能借助租用的外国移动卫星电话进行联络。因此，地震过后，我国航天领域的专家学者强烈建议国家启动国产卫星移动通信系统的研发工作，首要目标是在遭遇重大自然灾害时保障应急通信畅通。为此，从2011年起我国便开始研制天通一号移动通信卫星。

该轨道上的通信卫星具备显著特征，其星上收发装置的抛物面面积相当可观，卫星自身的辐射能量也比较强，同时选用抗雨衰能力出色且信号经过传输后损耗极低的L频段或S频段进行信息传递，这样做是为了让地面接收站的设备体积更小，从而方便移动使用，并且确保通信效果良好。移动通信卫星能够全面覆盖海洋区域,也能够覆盖山区地带,同样适用于草原环境,还能覆盖森林地带,并且可以覆盖戈壁地区,也能够覆盖沙漠区域,覆盖范围包括各类移动对象,比如车辆、飞机、船舶以及个人用户,其最突出的优点体现在通信设备的小型化设计,以及设备形态的手机化发展。

二零一六年八月六日，我国首颗大容量地球静止轨道移动通信卫星天通一号01星发射升空，它的技术参数与能力程度达到了国际第三代移动通信卫星的标准，能够为我国疆域以及邻近海域的各种手持设备和小型移动装置提供语音和数据传输服务，补齐了国家军/民用自主卫星移动通信业务的空白。天通一号卫星系统开始对社会开放使用，在2017年四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震时，对于指挥和救援行动提供了关键支持；长征十一号火箭在海上进行发射（缺少手机信号和宽带）期间，借助天通一号卫星信号，第一时间将发射过程影像传回；到了2018年，台风“山竹”袭击我国广东省登陆时，多个地市的防汛机构配备了将近一千部天通一号卫星电话。

天通一号展现出卓越的功能，源于众多核心技术的突破。天通一号01星基于东方红四号卫星平台，并运用S波段，其所有关键技术都属于独立研发成果。这台卫星装备了直径宽阔的环形天线，因为这种天线的体积远远大于火箭整流罩的开口，所以必须借助精密的机械装置，将其折叠压缩后才能放入火箭整流罩，在发射升空进入轨道后，再精确控制展开，并且要确保天线在太空中的精确度，这表明我国在大型柔性可折叠天线技术领域获得了重要进展。此外，我国还作为全球首个国家，成功实施了整星级的无线低功耗无源互调（PIM）测试。天线在实施强大信号广播时，其自身的高敏感度会导致发射过程中产生的无用信号进入接收路径，造成干扰现象，从而显著降低通信效能。因此，减少此类无源互调现象的技术方案，始终是整个航天通信领域最为核心的技术方向，同时也是全球航天科技界普遍重视的技术挑战。我国科研人员费尽心力实现的首次整星级的无线PIM测试，不仅达到了航天任务的标准，更推动我国该项技术跻身世界前列。

二零二零年十一月十二日，天通一号二号星发射升空，二零二一年一月二十日，天通一号三号星也顺利升空，这三颗卫星联合起来，和天通一号一号星一起工作，组成了一个完整的卫星移动通信网络，这个网络已经达到了设计的全部规模。这个卫星通信网络覆盖了亚洲和太平洋区域，大幅增强了国家突发事件时的通信支持水平，可以满足众多民用和商业用户的多种通信要求，同时保证全天候、全天时、稳固可靠的语音通话、简短信息以及数据传输服务。

现阶段，天通一号系统的服务对象数量已经突破三百万，其应用领域广泛，包括应对自然灾害时的紧急救助，普通民众的日常联络，海上货物的运输工作，深海捕捞的渔业活动，空中旅行的客运服务，南北极地区的科学考察任务，以及国际社会的和平维稳行动。

正如之前提及，华为Mate 60 Pro手机得以实现卫星通话，其技术基础是天通一号卫星系统。当用户身处地面通信网络无法覆盖的区域，借助卫星通信这项功能，便能够与外界建立联系。这一优势对于在偏远地带工作的人员，或是遭遇紧急状况的探险者、登山爱好者以及渔民等群体而言，具有非常关键的作用。

天通一号卫星原先主要在自然灾害发生时以及海事卫星通信中使用，但它的终端体积较大，如今已经成功应用于手机，并且具备了卫星通话的功能，这表明中国在卫星通信方面实现了显著的突破，这一成就也将促进未来卫星通信技术的持续发展。

从天链一号到天链二号的跃升

中继卫星是通信卫星的一项重要进步，被称作“卫星里的卫星”。这种卫星能够持续监测、测量并控制那些在低或中等高度轨道上运行的航天器，同时还能实时把来自这些航天器的各类信息传送到地面测控站，确保地面与低或中等高度轨道航天器之间一直有双向联系。

我国相继送入太空两代“天链”通信卫星，这些卫星在载人飞行和近地观测卫星的信息传递方面，承担着关键任务。

2008年4月25日，我国首颗中继卫星天链一号01星发射升空，该星基于东方红三号卫星平台研制，让我国天基测控网络对中低轨道航天器的覆盖能力提升至五成；2011年7月11日，天链一号02星发射，使覆盖范围扩大到大约七成五；2012年7月25日，天链一号03星发射，将覆盖程度增强至接近全部，并且能够支持超过每秒一百兆的数据传输；2016年11月22日和2021年7月6日，天链一号04星与05星相继发射，至此，我国第一代数据中继卫星项目顺利结束。这个卫星系统自启用之后，持续为国内中低轨道航天器、发射火箭等，给予充分的天基轨道控制和信息转发支持。

二零一九年三月三十一日，我国首颗第二代中继卫星天链二号01星发射升空。该星选用性能更佳的东方红四号卫星平台，攻克了星间链路天线的一系列技术难关，让数据传输速度翻了一番，能够服务更多的用户目标，整体传输速率提升至每秒千兆比特。此外，它装备了若干新型天线，能够广域覆盖、精准锁定目标个体，同时支持高速数据传输，能够为距离数万公里内的航天器提供通信服务。二零二一年十二月十四日，二零二二年七月十三日，天链二号02星、03星相继发射升空，与天链二号01星建立连接，共同构建起我国第二代中继卫星网络，能够实现中低轨道航天器的全球范围覆盖，同时保障全天候、不间断的通信服务。

整体而言，我国中继卫星的进步显著提升了用户航天器的轨道监测范围，同时取代了众多海外地面站和测量船等地球测控设施，因此大幅减少了开支，并且运行稳定性和信息传输效果更佳，有助于对众多、不同种类的用户航天器实施统一监控和提供支持。

寻常百姓“卫星通话”指日可待

近些年，我国又研制了电视直播卫星，可视为电视发射塔迁移到了外太空，因此显著扩大了电视讯号的传播范围，进而能将视频、文字、音频等节目内容进行定向发送，直接提供给众多用户观看。

直播卫星发射能量强大，地面用户借助小尺寸的固定式接收装置，也能成功接收数量众多的电视广播内容。同地面光纤数字电视系统相比，直播卫星电视拥有覆盖范围广阔、地面接收装置成本较低、部署简便等特点，非常适合那些难以架设光缆或电缆的偏远地区、边远地带以及经济欠发达区域的用户群体。

二零一七年六月十九日，中国发射了首颗用于直播的国产卫星，命名为中星九号A。该卫星基于东方红四号卫星平台研制，搭载了二十四部Ku BSS频段转发设备，其核心任务是为我国“村村通”“户户通”工程提供动力支持。为建立覆盖国内疆域及海域的立体化通信系统，中星九号A卫星增设了南海专用信号发射装置，确保对南海诸岛与海南岛等地的有效连接，以此补齐了我国电视广播卫星在南海地区的服务盲区。

二零二一年九月九日，中星九号B直播卫星发射升空。该卫星的覆盖面积比中星九号A更为宽广，覆盖区域的表现也更加强劲。它能够为中国领土和领水内的直播卫星用户，提供更加优质的广播电视直播服务。此卫星设有三个下行波束，分别是覆盖全国的波束、覆盖海域的波束以及覆盖西南地区的波束。该设备覆盖我国全部四片领海区域，新增的西南波束能够增强卫星对西南地区的监测效能。卫星配备专用中继装置，下行信号更为强劲，适合进行实时视频传播，支持超高清八千帧每秒电视节目传输，为北京2022年冬季奥运会等重大事件保障了优质的现场直播通道。中星九号B卫星提升了区域信号的覆盖能力，能够服务应急广播、教育、医疗等领域的行业信息，也可以为流动人群提供小码率直播和信息发送，推动卫星通信从“户户通”升级为“人人通”“移动通”“终端通”。

我国正在推进东方红五号超大型卫星平台的研发工作，这款平台性能卓越，技术领先，能够满足未来通信卫星和遥感卫星的多样化用途，其有效载荷可承载1.5吨重量，相当于可安装120台通信转发器，总功率为28千瓦，其中有效载荷部分功率为18千瓦，这一技术水平已经跻身世界前列。

可以说，我国航天通信行业正经历迅猛发展阶段，卫星移动通信技术持续取得新进展，使得卫星通话即将普及到普通民众生活中。等到那个时候，只需携带轻便的移动智能设备，无论身处何地，都能即时接入网络，与亲友进行语音通话、发送短消息、开展视频对话，体验到尖端航天技术带来的通信优势以及安全防护功能。

（作者为全国空间探测技术首席科学传播专家）