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        English 
        主辦: 國家無線電監測中心國家無線電頻譜管理中心
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        中心科普 | 《全球業余衛星介紹》(一)業余衛星概述

        【字體: 2021年03月22日 15:45 來源:中國無線電管理 作者:張磊 趙哲 張寧

        編者按:

        2021年初,國家無線電監測中心專家編譯了美國著名無線電愛好者、AMSAT組織前任主席Keith Baker(呼號為KB1SF/VA3KSF)發表在《監測時報》上的業余衛星通信系列文章,并在“中國無線電管理”微信公眾號開辟了“走進業余衛星通信”專欄。2021年,在第十個2·13世界無線電日之際,我們節選了中心編撰的《業余衛星通信》一書部分內容,簡要介紹了業余無線電、業余衛星通信發展歷史、使用頻段、相關無線電管理政策、現有業余衛星信息等內容,發表了“原創科普《業余衛星通信》”系列文章。兩個系列文章一經發表,廣受好評。近期,我們將業余衛星通信發展史和全球業余衛星情況進行了整理,結合《業余衛星通信》一書有關內容,推出《全球業余衛星介紹》(節選)系列,即日起在“中國無線電管理”微信公眾號連載兩天,以期把業余衛星通信有關內容引向深入。


        第一篇   業余衛星概述

        第二篇   美國業余衛星

        第三篇   日本業余衛星

        第四篇   中國業余衛星(上)

        第五篇   中國業余衛星(下)

        第六篇   典型的廢棄業余衛星


        第一篇  業余衛星概述

        業余衛星的主要功能是進行信號轉發或語音傳遞,我們可以將在軌業余衛星的狀態分為:轉發器工作、國際空間站(語音)正常、只有信標、無信號和沖突報告五種(圖1),這些狀態信息是由全球業余愛好者實時更新,并自愿將這些信息共享以便業余衛星通信愛好者們根據衛星實時狀態制定通聯計劃。

        圖1  在軌業余衛星的實時通聯狀態

        1.業余衛星發展簡史

        1957年,蘇聯發射了第一顆人造地球衛星——伴星一號,開創了人類的宇航時代。四年以后,一顆由業余無線電愛好者自行研制的衛星:OSCAR-1在美國加利福尼亞州的一個空軍基地發射升空,這不但證明了業余無線電愛好者們有能力與航天發射部門進行技術協調,有能力研制、跟蹤、控制自己的衛星,有能力采集和處理相關的科學和工程數據;也標志著業余無線電通信從此進入了太空時代。至今世界各地的業余無線電愛好者們已經成功的發射了數百顆業余衛星;目前為止OSCAR識別編號已經用到MO-46,不過有在運作的業余衛星總數大概不到30個,許多新一代的OSCAR正在研發或制造、測試中。各國的業余無線電愛好者利用這些業余衛星可以方便的進它各種通信方式的試驗和聯絡。最近的幾年里,業余衛星還服務于大學的科技組織、自然災害時的緊急通信以及進行高新科技實驗。


        AMSAT-OSCAR衛星的發展階段:


        第一階段發射的衛星大多使用年限較短,只能進行簡單的信號收發實驗;這一階段的代表衛星有OSCAR-1 至OSCAR-5 等。1961年12月12日發射的OSCAR-1衛星,僅在軌停留了22天就有28個國家的570多名業余愛好者接收其信號。OSCAR-3衛星在軌停留了18天,22個國家的1000多名業余愛好者接收到信號。


        圖2  蘭斯·金納(K6GSJ)和第一顆業余無線電衛星OSCAR-1

        第二階段發射的衛星不但使用年限較長(大多數使用時間都在10年以上)而且衛星上裝載了線性轉發器、數字自動轉發器、以及其他各種通信設備;現在使用的不少衛星如 AO-6至AO-8,俄羅斯的RS系列,日本的富士(FujiOSCAR)系列等都是這一階段發射的。由于其軌道很低,所以到達地面的信號非常強,使用簡單的設備就可以進行衛星通信試驗;但低軌道衛星繞地球運行的周期都非常短,不超過150分鐘,每一次經過電臺上空的過頂時間都只有十幾分鐘。


        第三階段發射的衛星主要特點是軌道較高,和第二階段的衛星一樣也具有較長的使用年限和適應各種不同的通信方式。其代表衛星主要有已發射的AO-10、AO-13、AO-40等衛星。高軌道衛星環繞地球的時間比上一階段的衛星有了很大的延長,使得每次通信時間大大加長;由于其高軌道使得覆蓋范圍有了較大的提高,衛星在遠地點時幾乎可以覆蓋地球表面三分之一的面積。


        圖3  全球首顆GSO業余衛星QO-100(Es’hail-2)的覆蓋圖

        俄羅斯RS系列衛星,是踏上業余衛星通信之路的很好選擇。俄羅斯自1978年10月26日發射了第一顆業余衛星 Radio Sputnik-1至今已發射了十余顆業余衛星(RS-1至 17),但早期的衛星軌道高度1700千米正好位于范·艾倫帶(Van Allen radiation belt),大量的高能粒子流的破壞使得這些衛星大都沒能達到預定的使用年限。正是因為這個原因自RS-10、RS11起RS系列衛星都被發射到了1000千米左右的低輻射軌道。


        自1961年以來,無線電愛好者一直負責創建一個由大約150顆軌道空間衛星組成的星座。這些衛星通常是與學術機構合作研制的,并在空間和衛星組織的支持下發射。業余衛星分為調頻中繼器衛星、轉發器衛星和數字衛星,現有的衛星的分類具體如下:


        調頻中繼器衛星:SO-50 (SaudiSat-1C)、AO-91 (RadFxSat / Fox-1B) 、LilacSat-2 (CAS-3H)、 IO-86 (LAPAN-A2) 、PO-101 (Diwata-2) 、AO-27、ISS Crossband Repeater


        轉發器衛星:AO-7、FO-29 (JAS-2)、AO-73 (FUNcube-1)  、XW-2A (CAS-3A)、XW-2B (CAS-3B) 、XW-2C (CAS-3C)、XW-2D (CAS-3D) 、XW-2F (CAS-3F)、LO-87 (LUSEX / ?uSat-1)、EO-88 (Nayif-1 / FUNcube on Nayif-1) 、CAS-4A、CAS-4B、FO-99 (NEXUS) 、JAISAT-1 、TO-108 (CAS-6) 、RS-44、QO-100 (Es’hail-2 / P4A)(25.9 °E).


        數字衛星:FalconSAT-3、NO-44 (PCsat) 、NO-84 (PSAT)、IO-86 (LAPAN-A2) 、AISAT-1、NO-103 (BRICSAT2)、NO-104 (PSAT2)、ISS Frequency Summary


        圖4  NO-104效果圖

        2.業余衛星的國際組織

        60多年來,北美、歐洲和其他地區的AMSAT小組在空間科學、空間教育和空間技術方面發揮了重要作用,極大地推動了最新水平的發展。毫無疑問,AMSAT志愿者工程師在世界各地所做的工作將繼續對業余無線電以及其他政府、科學和商業活動的未來產生深遠、積極的影響。


        1)業余無線電衛星組織(AMSAT,The Radio AmateurSatellite Corporation):作為一個非盈利的科研教育組織,于1969年在美國華盛頓哥倫比亞特區成立。該組織提供業余衛星的設計、建造、測試和操作空間站服務,也在全世界的無線電愛好者和學生中通過出版科技書籍、發布資料信息和提供互聯網服務等方式開展科學教育。50多年來,世界各地的AMSAT志愿者進行的工作對衛星通信和航天領域產生深遠、積極的影響,在促進空間科學、空間教育、空間技術的發展方面發揮了顯著作用。


        2)法語區業余無線電衛星組織(AMSAT-FR):旨在發展衛星和空間業余服務,特別是為法語國家。它向業余無線電愛好者和業余無線電愛好者提供支持,使他們能夠利用業余無線電衛星,目的是實施、指導或建議與業余或有機體所從事的航天和航空技術有關的航天項目(例如:衛星、運載火箭)。


        3)國際空間站的業余無線電(ARISS,Amateur Radio on the InternationalSpace Station):讓全世界的學生體驗與國際空間站的宇航員直接交談的興奮感,激勵他們追求科學、技術、工程和數學職業的興趣,并通過業余無線電與無線電科學技術進行接觸。


        3.業余衛星的應用開展

        國際電信聯盟的《無線電規則》第1.56款明確了衛星業余業務供業余無線電愛好者進行自我訓練、相互通信和技術研究。


        表1  AMSAT現有項目介紹

        序號

        項目名稱

        項目簡介

        備注

        1

        AMSAT  教育

        對于那些有著遠大夢想和對科學、技術、工程和數學(STEM)感興趣的青年男女來說,AMSAT充滿了成為航空航天和先進通信領域下一代創新者的機會。

        自我訓練

        2

        立方星 模擬器

        AMSAT  CubeSat模擬器是AMSAT教育關系部的一個項目,它是一個低成本的衛星模擬器,運行在太陽能電池板和電池上,傳輸U   HF無線電遙測,有一個3D打印框架,可以通過額外的傳感器和模塊進行擴展。

        自我訓練

        3

        ARISS

        ARISS讓全世界的學生體驗到通過業余無線電與國際空間站的工作人員直接交談的興奮感。下一代ARIS互操作無線電系統的首個飛行單元于3月發射到國際空間站。

        相互通信

        4

        GOLF立方星計劃

        AMSAT 立方星計劃的下一階段,也是AMSAT戰略目標的重要組成部分,涉及高軌、寬訪問衛星任務。GOLF將成為新技術的試驗臺,包括軟件定義的微波轉發器、姿態確定和控制系統等。首個高爾夫立方體衛星,高爾夫球座(技術評估環境)的建設計劃于今年年底完成。

        技術研究

        現有業余衛星的應用開展情況是:


        自我訓練:國內外的衛星業余愛好者通過自己動手制作天線、跟蹤衛星過境進行無線電通聯、參與業余衛星制造項目,不斷提高自身的無線電水平。

        相互通信:業余衛星愛好者通過衛星進行遠距離的通信,根據AMSAT記錄,目前最遠的聯通距離是2003年申報的18730千米。

        技術研究:自第一顆業余衛星發射以來,業務衛星有了長足的發展,全球無線電愛好者都貢獻了力量。從短壽命業余衛星到允許用戶在一個或多個大陸上同時進行通聯的大衛星,也帶動了業余愛好者不斷進行技術研究。


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