“齐鲁一号”卫星成功发射推动我国天基系统应用服务模式转变

随着国家商业航天政策的密集出台和立法的加快，近年来国内商业航天活动持续快速有序推进。在卫星互联网被纳入了我国通信网络基础设施“新基建”情况下，商业卫星制造、发射、运维以及“卫星+”等产业，将迎来融合发展机遇。毫无疑问，商业卫星时代已经来临。

齐鲁一号卫星是中国于2021年4月27日11时20分发射的9颗商业卫星之一，主要为山东国土、城建、农业、林业、能源、防灾减灾等行业提供遥感服务。长征六号运载火箭搭载以“一箭九星”的方式成功将齐鲁一号、齐鲁四号、佛山一号等3颗主星送入预定轨道。同时还搭载发射了中安国通一号、天启星座09星、起源太空NEO-1卫星、泰景二号01星、金紫荆一号卫星、灵鹊一号D02卫星等6颗卫星。

齐鲁一号卫星搭载了国内首台Ku谱段SAR载荷、智能载荷、空间路由器、激光通信机等新型载荷，主要开展在轨实时任务规划、SAR数据智能处理和直接面向终端的智能信息服务等关键技术验证，与后续发射的齐鲁二号、齐鲁三号卫星开展星间组网通信、在轨信息融合和智能协同等应用验证，为我国天基系统网络化和智能化发展提供支撑，推动我国天基系统应用服务模式转变和服务效能提升。

卫星的有效载荷就是直接执行特定卫星任务的仪器、设备或分系统。有效载荷的种类很多，即使是同一种类型的有效载荷，性能差别也很大。有效荷载能力就是指这些仪器、设备或分系统的性能和探测能力。

遥感类有效载荷是指对地观测的各种遥感器，包括可见光遥感器(利用胶片和光电)、多光谱扫描仪、红外遥感器、微波辐射计(无源)、雷达或散射计等。这些遥感器可以获得地面(水面)或大气、空间等的各种军 用或民用信息。

通信类有效载荷是一种典型的有效载荷，主要由转发器和天线组成。这类有效载荷可用于军 用或民用卫星通信，也可用于遥感类航天器的信息对地传输，在商业和军事航天活动中占有统治地位。

卫星组网是指卫星技术的网络模式，在该模式中网络由不同轨道上多种类型的卫星系统组成，以卫星星座为基本物理构架，充分利用卫星系统覆盖范围大，可多层次、全谱段获得目标多源信息的特点，能够向用户提供具有精确时间和空间参考的多要素融合处理的高可信度信息。地面计算机网络(例如Internet )的发展已使航天器能以服务器、终端、节点或传输线的身份加入网络，这也可以说是提出卫星组网概念的技术基础。

单颗卫星工作模式难以满足日益旺盛的通信业务需要，因此，将多颗卫星组网为数据通信提供服务已成为未来通信发展的趋势。合理的卫星组网可以实现全球通信能力的连续覆盖，可以提高国防防御能力，实现空间通信的可视化。

卫星组网技术涉及很多方面，例如卫星组网通信协议、卫星组网路由技术、卫星组网管理技术等。当前我国的卫星应用技术还处在单星模式，星座模式正在起步，因此要研究卫星组网技术，必须具备能够进行仿真验证的实验平台。

卫星组网一般包括通信子网和资源子网，其中资源子网是卫星组网的信息资源部分，包括原始数据和融合数据两大类。通信子网是维系卫星组网的纽带，提供信息传输通道。从网络的角度来考虑，卫星组网主要包括卫星节点和星间链路。

以空间路由器为核心的天地一体化网络系统将着力解决这一问题，为全球无网络覆盖区域的互联网接入提供有力支撑，为空、天、地、海的各类用户提供互联网服务。采用具备自主知识产权的路由器操作系统和网络协议栈，具备软件定义能力，同时支持IPv4/IPv6等网络协议。空间互联网路由是利用目前的卫星互联网技术，最终用户之间的数据包传输要求数据从源端用户发送到卫星，然后由转发器接收和转发。

然后，将信号传到地面上的中央路由器，再返回到第二个转发器处理信号的卫星，然后传送到最终用户。这意味着每个数据包必须被至少传输和接收3次，必须完成两个完整的往返卫星传输。在IRIS系统中，卫星直接从数据源接收数据包然后直接传送到目的地，消除所有中间节点，并且只需要一个来回的卫星传输。这将减少等待时间、简化系统、提高可靠性和降低总的维修成本。

激光是一种方向性极好的单色相干光。利用激光来有效地传送信息，叫做激光通信。激光通信系统组成设备包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。

接收部分主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。

激光通信技术与无线电通讯原理相似，即先将声音信号调制到激光束上，然后把带有声音信号的激光发送出去。最后用接收装置把音像信号检出来。激光通信按其应用范围可以划分为光纤通信和无线激光通信两类。激光通信技术由于其单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点，而引起各国的高度重视。

激光通信经历了大气通信和光波导(光纤)通信两个重要的发展阶段。

早期的激光大气通信曾掀起了世界性的研究热潮，许多经济和技术力量雄厚的发达国家在这个阶段投入了大量的人力、财力和物力，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。早期的激光大气通信所用光源多数为二氧化碳气体激光器、YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等。

二氧化碳气体激光器输出激光波长为10.6μm，此波长正好处在大气信道传输的低损耗窗口，是较为理想的通信用光源。与激光大气通信技术研究基本同步展开的还有光纤波导通信，从而在技术上形成了激光通信中与传统通信相对应的激光无线通信(激光空间通信)和激光有线通信(激光光纤通信)。

新闻来源：中国科学院空天信息创新研究院

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