Popular science work
我國空事衛(wèi)星系統(tǒng)首顆技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星北航空事衛(wèi)星一號，近日圓滿完成試驗(yàn)任務(wù)。其搭載的星基ADS-B試驗(yàn)載荷監(jiān)視性能優(yōu)良，未來建成后的空事衛(wèi)星系統(tǒng)將具備在全球范圍內(nèi)對運(yùn)輸航空器和通航飛行器進(jìn)行監(jiān)視跟蹤的能力。
ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）技術(shù)是廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)的簡稱，是國際民航組織確定的新一代空管監(jiān)視技術(shù)。飛機(jī)通過攜帶的ADS-B系統(tǒng)設(shè)備，可向其他飛機(jī)、地面站周期性廣播飛機(jī)的位置、高度、速度、航向、識別號等狀態(tài)信息。其他飛機(jī)接收到廣播信息后，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行機(jī)動操作，防止飛機(jī)發(fā)生碰撞；地面站接收到廣播信息后，管制員可掌握飛機(jī)狀態(tài)，進(jìn)行航線規(guī)劃，確保飛行安全。
現(xiàn)階段，ADS-B系統(tǒng)主要靠地面站接收飛機(jī)廣播的數(shù)據(jù)信息。然而地面站建設(shè)受地理環(huán)境影響較大，飛機(jī)在洋區(qū)、荒漠或偏遠(yuǎn)地區(qū)飛行時，沒有地面站覆蓋，信息無法被管制部門獲取，飛行過程中存在安全隱患。
說到這，一定有人想起了那個震驚世界的懸案——馬航MH370失聯(lián)事件。
2014年3月8日0時41分，馬來西亞航空公司的MH370航班從吉隆坡起飛，計(jì)劃于當(dāng)日6時30分抵達(dá)北京。1時21分，該飛機(jī)即將進(jìn)入越南上空時，信號突然同時從吉隆坡空管雷達(dá)和胡志明市空管雷達(dá)上消失。空管中心立即啟動輔助雷達(dá)與之聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)上的應(yīng)答器已經(jīng)停止工作。隨后官方動用軍用雷達(dá)，發(fā)現(xiàn)該飛機(jī)先是折返航向，向西南方直線飛行，隨后轉(zhuǎn)向西北，再轉(zhuǎn)向西南往南印度洋飛去，直至脫離雷達(dá)監(jiān)視范圍。
當(dāng)時，衛(wèi)星對追蹤MH370航班的蹤跡并沒有起到直接的作用。搜救工作組只能對機(jī)上安裝的海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)與衛(wèi)星之間的最后7次通信握手進(jìn)行分析，通過信號的傳遞，計(jì)算飛機(jī)與衛(wèi)星的距離以及飛行方向和速度等信息，畫出圓形的范圍，再結(jié)合飛機(jī)的飛行方向和剩余燃料，推算飛機(jī)墜毀的區(qū)域。但這個范圍依然太大，盡管多國參與開展了規(guī)模空前的聯(lián)合搜救，卻至今也沒能查明真相。
全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩在MH370失聯(lián)一周年時曾向科技日報(bào)記者表示，該事件凸顯衛(wèi)星在民航飛機(jī)飛行中應(yīng)急監(jiān)控的缺失，體現(xiàn)出把天基信息鏈路全面引入機(jī)載通信設(shè)備的重要性。
龐之浩說，衛(wèi)星在服務(wù)區(qū)內(nèi)無縫覆蓋，不受地理限制，如果用ADS-B技術(shù)將衛(wèi)星導(dǎo)航、通信技術(shù)、機(jī)載設(shè)備以及地面設(shè)備等技術(shù)相結(jié)合，并能擴(kuò)展至空地、空空、空天等多種傳輸鏈路，能提供更安全、高效的空中交通監(jiān)視手段。如果有民航客機(jī)在海域飛行時失聯(lián)，衛(wèi)星將能及時獲得飛機(jī)失聯(lián)時的位置、高度、速度等關(guān)鍵信息，立即鎖定出事區(qū)域。
隨著商業(yè)小衛(wèi)星成本降低，采用星基手段開展空管應(yīng)用逐漸具備了可行性。
2020年11月6日，北航空事衛(wèi)星一號發(fā)射。該衛(wèi)星由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合四川九洲空管科技有限責(zé)任公司、天儀研究院共同研制，是我國首顆滿足空管運(yùn)行需求的星基ADS－B衛(wèi)星，也是目前國內(nèi)唯一在軌運(yùn)行的多波束接收ADS-B衛(wèi)星。
據(jù)了解，我國空事衛(wèi)星系統(tǒng)由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國工程院院士張軍提出，是面向航空需求的全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含低軌空事衛(wèi)星星座、空事衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)和機(jī)載系統(tǒng)，可以為航空用戶提供全球覆蓋的連續(xù)實(shí)時通信、導(dǎo)航和監(jiān)視服務(wù)，能夠解決陸基航空系統(tǒng)的盲區(qū)問題，為航空飛行安全提供保障，并有利促進(jìn)低空空域開放以及通航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
星基ADS-B載荷由國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張學(xué)軍教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制，是空事衛(wèi)星系統(tǒng)的主要功能載荷之一，具有高靈敏度接收和大數(shù)據(jù)處理能力，同時能夠有效解決同頻率上多架飛機(jī)發(fā)射的信號相互碰撞、干擾的問題。針對星基ADS-B信號傳輸衰減大，空域內(nèi)信號易產(chǎn)生沖突等問題，研制團(tuán)隊(duì)突破了多波束相控陣天線、多通道高靈敏度接收算法和解交織技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
在軌試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，星基ADS-B載荷在繁忙空域內(nèi)，平均每小時可接收ADS-B消息數(shù)超過100萬條；最遠(yuǎn)探測距離達(dá)到2000公里以上；半徑800公里的設(shè)計(jì)覆蓋范圍內(nèi)，95%位置消息更新間隔低于8秒，目標(biāo)檢測率和報(bào)文更新率初步滿足空管運(yùn)行需求，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。
不過有關(guān)專家也表示，北航空事衛(wèi)星一號目前僅是在國內(nèi)首次驗(yàn)證了多波束星基ADS-B技術(shù)，支撐我國星基ADS-B系統(tǒng)的全面建設(shè)，還需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)；此外，要想為全球范圍內(nèi)的航空用戶提供通信、導(dǎo)航、監(jiān)視服務(wù)，必須完成幾百顆衛(wèi)星的全球組網(wǎng)，涉及大量的研究與建設(shè)工作，需要聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的各個單位，各盡所長，共同完成。下一階段，合作各方將盡快推動全系統(tǒng)的組網(wǎng)建設(shè)。
來源：科技日報(bào)
