铱星环绕地球
铱星环绕地球
铱星计划
历史发展已进入到信息社会时代，加速发展空间技术，充分利用空间信息资源，促进社会生产的发展，已成为各国政府的目标。卫星通信在21世纪将进入个人通信时代，个人通信实现全球化。卫星移动通信为行进中的人、船、汽车、飞机等提供通信服务，人们无论走到何方，都能极方便地与地球上任何人进行通讯，如海湾战争及北约轰炸南联盟的进程和结局，就是通过卫星移动通信系统及时地传播到世界各地的。
最近几年来，蜂窝电话、无绳电话、寻呼机等地面移动通信发展很快，如蜂窝电话1988年全球用户400万户，1995年就达1．23亿户，1999年9月我国已拥有2200多万户，但是到2000年，还有40%～60%的世界人口居住在蜂窝电话地面基站没有覆盖到的偏远地区。因此，借助卫星移动通信覆盖地域广的特点，将个人移动通信范围扩大到全球，实现个人通信的全球化。
利用卫星实现全球个人通信是当前通信领域内的一个热门话题，世界上许多国家和企业纷纷投入巨资和人力来开发这一领域的卫星通信技术。卫星移动通信是在卫星技术、蜂窝移动技术和计算机技术基础上发展起来的最新通信技术和通信业务，其中铱星系统是设计较为完整、具体，进展也最快的世界上第一个大型低轨运行的全球数字无线通信系统。
谈到铱星计划的提出，还颇有些戏剧性。现任摩托罗拉公司副总裁和卫星移动通信集团总经理巴利·伯提格及其夫人1986年在巴哈马群岛度假时，移动电话在岛上失灵。他的夫人抱怨说:“像你这样聪明的人为什么无法使我不论在哪里都能用电话与任何人联系?”伯提格的夫人也许并没有意识到，这种抱怨最终触动了他的灵感。1987年，摩托罗拉公司的3位工程师提出了铱卫星全球移动通信系统的设想，从而引发了一场通信方式的革命。
1990年，摩托罗拉公司在北京、纽约、伦敦和墨尔本同时举行新闻发布会，首次向全世界公布铱星系统的建设运营计划，并向美国联邦通信委员会(简称FCC)提出频率申请。1991年，开发建网工作正式展开，摩托罗拉公司通过控股方式组建铱系统卫星公司，专门负责铱系统建设。这是一个由20家公司组成的国际财团，简称为铱LLC，中国航天工业总公司是其中投资方之一。
铱系统的最先设计方案是由77颗小型通信卫星绕地球旋转，而铱元素原子核外也有77个电子环绕其运动，所以把该系统取名为铱系统。1992年，铱系统完成重新设计，卫星数目减为66颗，但系统名称没有改变，仍称为铱系统。摩托罗拉公司负责整个铱系统和铱星的设计，并对系统的正常运行提供保障。
1996年，第一个卫星地面关口站(提供与地面公共电话网之间的接口)在日本建成。1997年5月5日波音公司的德尔它火箭以一箭五星方式成功发射了首批铱卫星，由此揭开了铱系统的组网发射工程。1997年7月3日铱星公司董事会成员收到来自铱星的第一个寻呼信息;7月7日美国副总统戈尔成为铱星的第一位用户，有意思的是，他的第一个电话是在白宫玫瑰园打电话给电话发明人贝尔(1847—1922年)的曾孙——他是美国地理学会主席。
1998年5月最后5颗卫星成功进入预定轨道，仅用一年多时间，铱星计划的72颗卫星(66颗组网卫星和6颗备用卫星)发射任务全部完成，同时全球12个地面关口站也完成建造(其中一个设在北京)，1998年11月1日系统正式开通商业运营。至此，耗资50多亿美元，历时11年的铱系统完成了它的开发过程。
铱星系统构成
铱系统是一个全球无线电通信网络系统，它通过覆盖全球的66颗低轨卫星与地面通信系统相连接，为几乎世界上任何地方的手机和寻呼机用户提供无线电通信服务。低轨道卫星距离地面近，单颗卫星覆盖地面范围小，因而需要发射多颗卫星来实现全球覆盖。铱系统由空间段、地面控制中心和用户终端组成(见图4－4)。
图4－4 铱星系统
空间段由66颗通信卫星和6颗备用卫星共72颗铱星组成，它们分布在6个近极圆轨道面上，轨道倾斜角为86．4度，每个轨道面有11颗均匀分布的卫星，其中一颗备用(见图4－5)，66颗星提供交叉式全球覆盖，包括南北极区。铱星每颗约重690千克，比其他高、中轨道卫星轻，为小型通信卫星，设计寿命为5～8年。每颗星的双翼太阳能电池板，进入空间后展开，为卫星提供运行的能量。下端的3个相控阵天线指向地面，每颗铱星上有48个发射点用来传输通信信号。铱系统中的卫星均距地球表面较低，只有780千米，所以发射费用比高轨道卫星低，并且无线电信号很强，使用铱系统用户终端很容易获得清晰的语音信号。这些卫星构成空间蜂窝铁塔，实现了移动终端直接上星通信，为用户提供了话音、数据、寻呼、传真，甚至导航等业务。
图4－5 铱星轨道上的分布
中国长征2C/SD火箭承担了铱系统中12颗卫星的发射任务，每次发射两颗卫星，其中三次是组网发射(计划中的72颗星)，三次是补网发射(因为7颗卫星出现故障而再次发射新卫星，以补足星座中的卫星数)，这表明中国自主研制的运载火箭性能可靠，航天发射和测控技术日臻成熟。
铱系统的地面控制中心由系统控制中心和分布在世界各地的关口站组成。系统控制中心负责网络中卫星的控制，如网路管理、异常状态分析及解决、控制卫星通信资源、星座管理等等，控制主站位于美国弗吉尼亚北部，此外在夏威夷、加拿大还有3个遥测、跟踪和控制中心与控制主站相联，负责卫星轨道及姿态控制。关口站位于世界上重要的业务地区，它们控制用户终端接入铱网，并负责铱星系统与公共电话网的互联，保障铱系统用户终端与公共电话网中任何类型的电话、传真或数据终端进行通信。关口站还为已注册的用户收集和保存通话记录及计费信息，另外它们还执行一些其他技术功能。
铱系统的用户终端设备主要有铱手机和铱寻呼机。铱手机有两种，一种是只能用于铱系统通信;另一种是兼容型，双模制式，即可以提供卫星电话服务，或像普通手机一样工作，使用户既能使用现有地面蜂窝电话系统，又能利用铱星网络，手机重量不足500克。双模式手持电话机充分利用现有的数字蜂窝移动通信系统和公共电话网，当铱星用户与非铱星用户通信时，通过过顶卫星及关口站与被叫电话网系统相联，最终到达被叫用户端，从而建立起由铱星用户到世界上任何一部普通电话之间的通信链路。当铱星用户与另一铱星用户通信时，首先寻找地面蜂窝信号，用户通过地面服务器呼叫或接听电话，而当它不能获得地面服务时，通过卫星进行通信。铱手机价格约在2000～3000美元，通话费为每分钟3美元。铱呼机仅重118克，具备全球寻呼能力。铱系统的3个呼叫中心为全球客户提供十几种语言24小时的服务。
另外，铱星公司还开发了提供远地获取铱系统服务的半可移动式关口站和太阳能电话亭终端设备。
从上面所介绍可知，虽然铱星数量较多，空间控制较复杂，跨区切换较频繁(当一个用户单元在使用时，小区间会进行越区切换)，但是地面通信系统集成较简单，信号传输时延短，手机体积较小，天线接收信号质量高，可获得较好的通话质量。铱星运行轨道低，更易于实现全球个人卫星移动通信，使人们只需知道一个简单的电话号码，就可以在地球上任何地方(包括南、北极)与任何人进行联络。在有地面通信系统时，使用地面系统进行通信;在地面系统无法覆盖的边远偏僻地区或系统受损时，铱系统就会利用卫星进行通信。