王孟源部落格:中共將部署衛星電話系統

我在前文《中共的東風31B彈道飛彈》中曾提到中共為了建立一個不受美國制約的全球導航系統,投資了大量的人力物力資源,開發了自主的北斗導航系統。其實中共原本願意做為一個平等夥伴參 與歐洲的Galileo計劃,不料在2003年加入之後,歐洲太空總署(ESA,European Space Agency)拿了銭卻對中共處處提防,不讓他碰任何技術項目,以致在2006年中共退出Galileo,全力發展自己的北斗系統。結果在2011年就完 成16顆衛星部署,開始對東亜地區服務,精度超過了第一代的GPS;而Galileo到今年八月才嘗試發射頭两顆工作(FOC,Full Operation Capability)衛星,居然還因為俄製的運載火箭出了毛病而没有進入正確軌道,其正式運作因此遙遙無期。

衛 星定位導航系航有許許多多的軍事用途,中共若是没有自己的系統,跟美國完全打不起來,這實在是他發展北斗的根本原因。也正因為軍事上的考量,北斗具有 GPS所没有的雙向簡訊功能,不過衛星簡訊還是比不上衛星電話,而世界上現有的两個衛星電話系統(Iridium和Globalstar),都是美國的。 美國軍方是Iridium的最大顧客,占其收入的23%;而共軍當然不能信任美國的衛星電話系統,必須自建。

中共將部署衛星電話系統01

Iridium的衛星,共66顆,另有6顆備用。分為6個繞極軌道,每條軌道有11顆衛星。軌道離地面780公里,属於低軌衛星(LEO,Low Earth Orbit)。原本計劃為7個軌道,共77顆衛星,所以公司被命名為第77號元素Iridium;後來為節省開支,取消了一條軌道,結果仍然入不敷出。1998年十一月開始營運,1999年八月破產,不過在2011年用户總數終於超過了收支平衡所需的50萬人。

2010年十月,清華大學和信威通信聯合立項開始研製衛星電話系統,今年九月4日在酒泉衛星發射中心成功搭載發射第一顆實 験衛星,在昨天(2014年十月26日)順利通過全部測試。目前没有有關其衛星網的詳細資料,不過我們知道飛行高度是800公里,略高於Iridium, 因此其軌道速度與Iridium相似,約為每秒7.5公里,每颗衛星通信不到十分鍾就必須換手給下一颗。由於微電子技術在過去20年的突飛猛進,這個新衛 星全重130公斤,只有Iridium衛星(重689公斤)的1/5不到,其性能卻更强。Iridium的通話品質甚差,經常斷線(看過根據真人真事改編 的電影《Lone Survivor》《孤獨的生還者》的讀者應該記得,那群美軍SEAL海豹特戦部隊就是因為Iridium斷線才會在阿富汗被Taliban包圍,來援的直升機也被撃落了),主要是為了省銭,衛星數目太少,每顆必須照顧大約4500公里直徑的範圍;清華-信威目前公布的計劃是每顆衛星只須照顧2400公里直徑的區域,如果這個指標没有變,那麼其通話品質將遠優於Iridium,不過衛星的數目與個别衛星的覆蓋範圍面積成反比,因此清華-信 威系統將需要部署約232顆衛星。還好中共的一箭多星技術已經很成熟了,232顆130公斤重的小衛星,其總重還低於66顆689公斤重的 Iridium,所以在經濟層面上並非不可能。預計2017-2020年期間服役,其最大客户必然是共軍。由於中共在工業產品上的成本優勢,其民用的費率 應該低於Iridium的每分鍾1.25美元,因此我預期Iridium和GlobalStar在2020年左右都會面臨經營危機,持有它們股票的讀者要 小心了。

另一個有趣的問题是清華-信威系統會使用什麼様的軌道。Iridium的繞極軌道效率很低,衛星花了很多時間在南北極,而極地的用户很少。我昨晚想了想這個問題,覺得最佳方案應該是利用類似全球定位系統(GPS,Global Positioning System)的傾斜軌道,見下圖。不過GPS衛星高度是20200公里,可以輕鬆覆蓋整個半球,和電話衛星很不一様,所以不能完全依様劃葫蘆。尤其從圖裡可以看出GPS因為軌道傾斜角度是55°,所以衛星花很多時間在北緯55°和南緯55°一帶,這對電話衛星來說是低效率的設計。我猜測最佳方案大概是並用两種不同傾斜角度(60°和20°?)的混合設計,不過這須要用電腦程式來做優化計算,還是等清華的團隊去做吧。

中共將部署衛星電話系統02

 

2014年10月28日

原文:http://newsblog.chinatimes.com/duduong/archive/14888

 

王孟源部落格

http://newsblog.chinatimes.com/duduong

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