这颗中国卫星的三项神技,让飞机高铁不再是WiFi盲区的头图

这颗中国卫星的三项神技,让飞机高铁不再是WiFi盲区

物质第四态  空间物理学博士生 收藏(117)  | 

对于现代人来说,WiFi已经成为了一种新的生活必需品。打听WiFi密码也许是不少人来到新环境中做的第一件事。随着无线网络的不断普及,WiFi的覆盖范围已经从家庭、办公室逐渐扩展到了公共场所和交通工具上。

但是在高铁和飞机上,低头族们却不得不暂时忍受一下失去高速网络的痛苦了。

即便你是愿意购买流量、使用移动运营商的通信网络,在高速行驶的列车上,一般也不能获得很好的上网体验。我们的手机需要用无线信号与运营商的基台通信,才能接入移动网络。在高铁上,由于高铁列车相对于基台移动很快,信号会因为多普勒效应而“变形”,造成通信困难。同时,每个基台的覆盖范围是有限的,手机必须快速连续的在不同基台间切换,手机有可能在还没有完成和上一个基台的通信前就不得不切换到下一个基台,造成通讯的频繁中断。

 而在飞机上,地面上一般移动通信基台的信号已经不能到达喷气飞机飞行的万米高空。飞行员可以使用高频无线电信号和地面进行语音通信,收发简单的信息,但不能用来传输数据。

若干年后,这些不便都会成为历史。4月12日,我国成功发射了实践13号卫星。卫星系统的几项“神技”,为高速网络信号在高铁列车和民航飞机上的覆盖提供了可能。

(实践13号发射瞬间)

第一项神技,是Ka波段信号的使用。目前一些航班上也提供机上wifi服务,乘客手中的网络设备与机上wifi路由器相连后,再通过一定的方式接入互联网。在机上wifi服务最为发达的美国,飞机可以选择通过地面的特殊通信站连接网络,也可以使用L波段或Ku波段的卫星信号。使用不同通信方式时,每架飞机所获得的带宽有所不同。对于速度最快的Ku波段卫星信号,每架飞机最多仅能得到32Mbps的带宽。当飞机上的数百位乘客同时上网时,每位乘客将会重新体验到宽带网普及前的龟速网上“冲浪”。Ka波段是26.5-40GHz频段的无线信号。卫星使用这个信号通信时,可以利用更宽的频段,也可以应用多波束、频率复用等高大上的新技术。目前,美国捷蓝航空(Jetblue)已经建立起了基于Ka波段的Fly-Fi机上WiFi服务,能为每位乘客提供12Mbps的网络带宽。作为一颗试验性性卫星,实践13号虽然没有“火力全开“,但是其通信总能力已经达到了20Gbps,超过了我国以往所有卫星的总合,能为每个单点用户提供最多400Mbps的带宽。按照每架飞机100-200位乘客计算,每位乘客能够2-4Mbps的带宽,已经足够用来刷微博、聊微信,看一些清晰度不是特别高的视频了。

(捷蓝航空的Fly-Fi服务)

第二项神技,叫做”动中通“。通信卫星一般位于静止轨道上,相对于地面静止。当高铁列车或飞机移动时,卫星在天空中的相对位置就会发生变化。动中通技术通过GPS、经纬仪、捷联惯导系统等仪器的测量,让飞机、高铁上收发卫星信号的天线始终冲准卫星。实践13号在使用Ka波段与地面通信时,用不同的波束覆盖地面上的不同区域,每个波束的覆盖范围一般在300-700公里之间。以目前高铁300公里/小时和民航飞机800公里/小时左右的速度来看,飞机和高铁能在比较长的一段时间内处于一个波束的覆盖区域内。在跨越不同波束的覆盖区域时,”动中通“的无缝切换技术就会派上用场,能在使用者毫无察觉的情况下切换通信波束。

第三项神技,是电推进系统。卫星为了调整自身轨道、稳定自身姿态,在正确的位置用朝向正确的方向工作,需要配备推进系统。以往的推进系统使用的化学燃料,燃料本身需要占据很大的重量。实践13号使用的电推进系统,使用电能加热或电离推进剂,使其加速喷射而产生推力。电推进系统的效率比化学推进系统的效率提高10倍左右,以往需要携带3吨推进剂才能完成的工作,现在只需要携带300公斤推进剂就可以搞定了。目前,太空发射仍然是一项极其花费极其昂贵的活动。燃料重量的减少可以极大的降低卫星成本,从而降低飞机、高铁WiFi接入的成本。

实践十三号仅仅是移动高速网络的”序幕“。在未来5-10年,我国将发射二十多颗通信卫星,单颗卫星的最大通信容量将超过100Gbps。而覆盖高体、飞机的高速网络,则会在2020年完成典型示范,2030年实现全面服务,让大家的出行与网络生活更加便捷。

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物质第四态
中国科学院国家空间科学中心在读博士
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