新型点波束提升通信卫星的带宽

过去数月，航天器制造商劳拉空间系统公司（SSL）的3颗大型通信卫星的建造工作进入收尾阶段，其中两颗是为加拿大卫星通信运营商Telesat公司打造的。该公司随后启动了卫星发射计划，两颗卫星相继进入距离地球3.6万千米的同步轨道，虽然地球不停地转动，但卫星在空中始终悬停在特定点。

由于这两颗卫星具有独特的优点，它们将在未来15年向亚洲和美洲提供包括宽带互联网服务的高速通信。

7月22日，Telstar 19 Vantage发射升空。凭借7000公斤的重量，它成为最重的商业通信卫星。创纪录的19V及它的兄弟Telstar 18 Vantage（9月9日发射）在其他方面也值得关注。

它们有何特别之处？18V和19V有特色的天线能够传输一种波束，极大地提升数据吞吐量。此外，SSL在生产和定制这两颗卫星时使用了3D打印技术。

地球同步通信卫星的收发信号能够覆盖广泛的区域。“借助地球同步轨道，一颗卫星可以覆盖地球约1/3的范围。”位于马萨诸塞州坎布里奇的电信咨询机构——北方天空研究所的高级分析师卡洛琳•贝尔（Carolyn Belle）表示，由另一角度看，这些卫星能够覆盖全球近一半的人口。

众多潜在用户散布在一个巨大的区域，历史上通信卫星均使用宽波束覆盖。但是，SSL的代理首席技术官罗布•施瓦茨（Rob Schwarz）说，点波束日渐普及。点波束是一束聚焦的电磁能，它能够将更多的数据传输到更小的区域，这是宽波束无法达到的。

施瓦茨表示：“这就好比人类的眼睛和昆虫的复眼。人类的眼睛是宽视域，而昆虫的复眼像是点波束。”就像蜻蜓的复眼一样，18V和19V上装配的天线所产生的点波束聚焦方向略有不同，相同的频带可多次使用而不受干扰。

18V和19V最终将凭借其点波束和宽波束俯瞰地球，其原理类似于在眼睛上安装复式隐形眼镜。施瓦茨称：“背景是宽波束覆盖。在密集区域，我们将增加点波束协助覆盖。”

根本上来说，点波束的功能类似于手机信号塔。卫星在一个地区使用一个特定的频段，卫星地面站调准这一频段进行信号发送和接收。施瓦茨称：“这就像把手机放在特定的信号塔中。”

18V和19V的点波束和宽波束使用Ku（12～18吉赫）和Ka（26～40吉赫）波段。尽管更高频率的波段在大气中（尤其是在多雨的气候下）信号损失更大，但因其数据传输速率要高于常用于卫星通信的C波段(4～8吉赫)，近年来， Ku和Ka波段日渐普及。

SSL的两颗全新通信卫星以及第３颗为印尼国有运营商印尼电信公司（Telkom Indonesia）生产的梅拉•普蒂赫（Merah Putih，8月7日发射）均基于常用的SSL1300系列架构。此外，这些卫星还需要专门的天线阵列，支持Telesat的点波束。

SSL位于加利福尼亚州帕洛阿托，SSL发射的Telstar卫星在天线支杆处拥有3D打印组件，可支撑天线和卫星控制的跟踪设备。3D打印加速了设计流程，能创造出与传统组装组件同样牢固，且外形更复杂的接头，还无需棘手的焊接。

此技术同样能够降低成本，尽管地球同步卫星依然昂贵。说到发射成本，分析师贝尔表示：“每颗地球同步卫星成本高达数十亿美元。”一些创业公司正在探寻更小型的近地轨道卫星，而贝尔认为，大型卫星因其高效节能和每比特数据极低的成本，依然具有活力。

至于这3颗新型通信卫星，每颗卫星在发射后必须凭自身的推进器用10天左右的时间才能到达其最终目的地——地球同步轨道。到达地球同步轨道后即展开太阳能电池组，打开天线。SSL在联络每颗卫星的同时会检查各个系统，确保设备正常运转。接下来的30～40天，SSL会指导和照料卫星运作，之后将其转交给运行者。

如果未来15年内运转良好，那么每颗卫星在推进燃料耗尽之前，将进入更高层的死亡轨道。施瓦茨称：“死亡轨道专为完成任务的卫星而设。”