铱星系统覆盖全球

铱星公司的开拓者们历经10年艰苦努力,耗资50多亿美元,终于使铱星系统成为世界上第一个可覆盖全球的最庞大、最复杂和最先进的商用天基电话网络系统。

铱星的故事起源于美国的电子巨人——摩托罗拉公司一名员工的浪漫构想。1987年,摩托罗拉工程师巴里·伯蒂格计划到加勒比岛屿度假,却遭到妻子的反对,理由是加勒比太偏远,无法联络。巴里由此幻想,如果有一台在世界任何地方任何时候都能够通话的手机该有多好!

没有想到,这个在当时许多人看来非常不切实际的幻想,却受到特别富于想像和勇于开拓的摩托罗拉公司管理层的赞赏——我们为什么不建造一个使人类在地球上任何地方都可以相互通信联络的系统呢?那对于人类来说,是何等的方便。

为此,摩托罗拉公司组织一些中青年工程师对此设想进行了研究与论证,1991年,正式提出将陆基蜂窝通信网概念搬上太空,建立全球卫星电话网的设计方案。根据这一设计方案,通过使用卫星手持电话机,透过卫星可在地球上的任何地方拨出和接收电话讯号。

当时设计的这一全球性卫星移动通信系统,其使用的过程是:当地面上的用户使用卫星手机打电话时,该区域上空的卫星会先确认使用者的账号和位置,接着自动选择最便宜也是最近的路径传送电话讯号。如果用户是在一个人烟稀少的地区,电话将直接由卫星层层转达到目的地;如果是在一个地面移动电话系统(GSM或CDMA移动通信系统)的邻近区域,则控制系统会使用现在的地面移动通信系统的网络传送电话讯号。目前我们使用的GSM和CDMA地面移动通信系统只适于在人口密集的区域使用,对于覆盖地球大部分、人烟稀少的地区则根本无法使用。也就是说,该系统的市场目标定位是需要在全球任何一个区域范围内都能够进行电话通信的移动客户。

为了保证通信讯号的覆盖范围获得清晰的通话讯号,初期设计认为全球性卫星移动通信系统必须在天空中设置7条卫星运行轨道,每条轨道上均匀分布11颗卫星组成一个完整的卫星移动通信的星座系统。由于它们就像化学元素铱(Ir)原子核外的77个电子围绕其运转一样,所以该全球性卫星移动通信系统被称为铱星。打个比方,铱星系统就是把地球作为“原子核”,让77颗通信卫星像电子那样环绕着地球,构成一个覆盖全球的无线电通信网络。后经专家精确论证,设置6条卫星运行轨道就能够满足技术性能要求,因此,全球性卫星移动通信系统的卫星总数被减少到66颗,但仍习惯称为铱星移动通信系统。

为了实现这一充满浪漫色彩的构想,由摩托罗拉公司发起创建了铱星公司,该公司由摩托罗拉及全球许多公司和投资者组成,其中摩托罗拉公司占有18%的股份。

铱星系统是采用多种技术手段编织起来的通信网络。它由空间段和地面段组成:空间段即星座,地面段包括系统控制中心、关口站和用户终端。

铱星系统中的66颗卫星均匀分布在6条轨道上,犹如环绕地球的6条“珠链”。每条轨道上有11颗卫星,同一轨道上相邻的两颗卫星距离为2024千米。每颗卫星的质量670千克左右,功率为1200瓦,采取三轴稳定结构,每颗卫星的信道为3480个,服务寿命58年。每颗卫星能投射48个波束到地球表面,形成一个通讯“蜂窝区”。因此,无论你走到什么地方,头顶上始终有一颗以上的卫星对着你。

66颗卫星星座是系统的核心;地面控制管理站和关口站用来监视和管理卫星的工作状态,识别和验证用户;用户机是用户通信的末端设备,可以手持、车载、船载或机载。建成后的铱星系统控制中心设在美国弗吉尼亚州,11个关口站分别设在美国的亚利桑那、巴西的里约热内卢、意大利的罗马、俄罗斯的莫斯科、泰国的曼谷、韩国的汉城、中国的北京和台湾、印度的孟买、日本的长野和沙特阿拉伯的吉达。铱星系统对用户开放的业务包括电话、寻呼、传真、数据等。市场定位在国际旅行、商务活动、工业开发、政府机构、紧急救援和边远地区用户通信等。由于铱星系统用户不论在天涯海角都可以使用铱星系统进行交流,因此铱星系统于1999年11月1日正式开通服务后,搏得满堂喝彩。当时有人用“身带电话走天下,随时随地可通话”来形容铱星通讯系统的优越性。

在建设铱星系统的10年当中,摩托罗拉及其后来的铱星公司克服了无数技术、融资和市场开拓等方面的难题,创造了许多令世人赞叹的奇迹:他们创建了用标准化平台批量生产卫星的总装测试生产线,将通常需要2年的卫星生产周期缩短到每5天生产l颗铱星,而且使卫星生产成本降低了80%,其速度、质量和成本令人惊叹;他们创造了在短短17个月时间内(1997年5月至1998年8月)分15次将72颗铱星送入轨道(在轨失效卫星仅2颗),而且未经在轨组网试验一次成功。美国的“德尔它2型”火箭、俄罗斯的“质子k型”火箭和我国的“长征2号丙改进型”火箭分别承担了铱星的发射任务。完成如此复杂的66颗卫星组网任务,这在航天史上可以说是绝无仅有的;他们采用了从未在商用卫星上在轨验证过的星间链路和星上切换处理等先进技术,通过少量关口站将66颗卫星与现有世界各地的陆基蜂窝网和本地电话网连成一体,实现了用多模式卫星手机在全球任何地方和任何时间进行跨国界、跨协议无缝通信的宏伟目标。因此,从计划管理和技术上说,铱星计划堪称世界一流水平。

铱星移动通信系统最大的技术特点是通过卫星与卫星之间的接力来实现全球通信,相当于把地面蜂窝移动电话系统搬到了天上。另外一个先进之处是铱星系统解决了卫星网与地面蜂窝网之间的跨协议漫游。因此,铱星系统的投资比较高。它与目前使用的静止轨道卫星通信系统比较有两大优势:一是轨道低,传输速度快,信息损耗小,通信质量大大提高;二是不需要专门的地面接收站,每部卫星移动手持电话都可以与卫星连接,这就使地球上人迹罕至的不毛之地、通信落后的边远地区、自然灾害现场的通信都变得畅通无阻。所以说,铱星移动通信系统开始了个人卫星通信的新时代。

从技术角度看,铱星移动通信系统已突破了星间链路等关键技术问题,系统基本结构与规程已初步建成,系统研究发展的各个方面都取得了重要进展,在此期间有全世界几十家公司参与了铱星计划的实施,应该说铱星计划初期的确立、运筹和实施是非常成功的。

从全球角度来看,卫星全球移动通信确实大有市场。虽然全球的地面蜂窝网络已经趋于完善,但在非洲、南美等欠发达地区,地面网络的广泛覆盖仍然遥遥无期;在东南亚、南太平洋等岛屿众多的地方,建设地面网络是很困难的;甚至在发达国家的某些偏远地区也没有地面蜂窝网的覆盖;全球的野外勘探、考察人员,民用航空飞机,远洋运输船只,到远离城市的地方旅游探险的人,以及紧急搜索、救援人员等都需要一种不受地域、天气限制的全球移动通信手段。由于国际移动卫星通信受到纬度和传输时延问题的制约,满足上述要求的最佳手段正是低轨移动通信卫星。像我国西部地区疆域广阔,但多为荒漠和戈壁,人烟稀少,卫星移动通信可以显示出独具的优势。此外在发生重大毁灭性自然灾害的地区,地面网络多数会遭到破坏,卫星个人移动通信可能是惟一幸存的通信手段。所以有人认为,虽然卫星全球移动通信系统要从地面蜂窝网手中争夺大量用户几乎是不可能的事情,但是仍然有相当可观的生存空间。

1998年11月1日,当年摩托罗拉工程师巴里·伯蒂格的梦想终于成为现实,铱星系统正式投入商用。铱星公司的开拓者们历经10年艰苦努力,耗资50多亿美元,终于使铱星系统成为世界上第一个可覆盖全球的最庞大、最复杂和最先进的商用天基电话网络系统。