日本激光數據中繼衛星計劃

日本激光數據中繼衛星
日本2002年9月發射的第一顆數據中繼試驗衛星已經超過原本設計的服役期限,按推算很可能很快就要停止提供數據中繼服務。這顆衛星退役後,日本已無在軌道上運行的數據中繼衛星可用,只能租用美國的衛星。因此,研製和發射採用國際上最先進技術的高性能數據中繼衛星迫在眉睫。

激光數據中繼衛星既可加快通訊速率,又可大幅度地增加有效載荷比伴隨以大規模集成電路工藝為核心的微電子、微結構、微光學、微電感、微執行器等微技術的革新與發展,以及輕型複合材料和超精密加工等新技術、新工藝、新材料在航天領域的應用,航天器的許多功能都可以實現軟件化。以氙、微波放電式離子發動機等電推進系統代替以肼為燃料的液體發動機,作為新型的姿態和軌道控制用執行機構,使包括數據中繼衛星在內的各種衛星公用艙佔整星的比例在不斷減小,使有效載荷部分所佔的比例不斷增加。儘管這樣,仍無法滿足用戶提出的進一步加快數據中繼衛星的通信速率和增加有效載荷比的需要。大量的調研結果表明:要進一步加快通訊速率,不僅存在著會使採用電波通訊的數據中繼衛星公用艙更加大型化的問題,同時也存在著衛星天線更加大型化且實現大功率輸出等一系列問題,隨之也就出現了諸如必須大幅度加大發射衛星的運載工具推力等一系列問題,顯然,在短時間內要解決這麼多的問題是不可能的,而激光數據中繼衛星恰恰可有效地解決這些難題。

1.與電訊號通信相比,激光數據中繼衛星較容易實現快速通訊,滿足數據量不斷增大的需求。採用高頻(~200THz)、快速激光通訊方式是加快通信速率的有效途徑,其通訊速率最快可達1.8Gbit/s;而電信號通訊(Ka頻段)的頻率僅為20GHz(僅是高頻激光通訊的1/10000),通訊速率最快也只能達到240Mbit/s。

2.傳統的GEO數據中繼衛星的天線直徑為3.6m,質量達260kg,最大功耗高達590W。與傳統的GEO數據中繼衛星相比,激光數據中繼衛星進行激光通訊,不僅可以使LEO衛星天線實現小型化(直徑僅為10cm)、輕型化(整個通信儀器才50cm左右,質量80kg ),還可大幅度地降低功耗(僅為180W),從而降低有效載荷本身的質量。  

3.設計激光數據中繼衛星時全部採用國際標準,不僅可與本國的其他衛星頻率都保持一致,而且還可與採用國際標准開發的國際上任何一顆衛星的頻率都保持一致。無論實際應用還是開展協作時,都不需要再進行特別協調和頻率調整。

當然,激光通訊的波束非常窄,對指向精度要求也非常高,實現難度大,還必須解決波束干擾等一系列問題。

【圖:互聯網;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】

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