星基空管技术突破将能全空域护航
◎记者 付毅飞
记者8月18日从长沙天仪空间科技研究院有限公司（以下简称天仪研究院）获悉，我国空事卫星系统首颗技术验证卫星北航空事卫星一号，近日圆满完成试验任务。其搭载的星基ADS-B试验载荷监视性能优良，未来建成后的空事卫星系统将具备在全球范围内对运输航空器和通航飞行器进行监视跟踪的能力。
ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）技术是广播式自动相关监视技术的简称，是国际民航组织确定的新一代空管监视技术。飞机通过携带的ADS-B系统设备，可向其他飞机、地面站周期性广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等状态信息。其他飞机接收到广播信息后，根据实际情况进行机动操作，防止飞机发生碰撞；地面站接收到广播信息后，管制员可掌握飞机状态，进行航线规划，确保飞行安全。
现阶段，ADS-B系统主要靠地面站接收飞机广播的数据信息。然而地面站建设受地理环境影响较大，飞机在洋区、荒漠或偏远地区飞行时，没有地面站覆盖，信息无法被管制部门获取，飞行过程中存在安全隐患。
说到这，一定有人想起了那个震惊世界的悬案——马航MH370失联事件。
2014年3月8日0时41分，马来西亚航空公司的MH370航班从吉隆坡起飞，计划于当日6时30分抵达北京。1时21分，该飞机即将进入越南上空时，信号突然同时从吉隆坡空管雷达和胡志明市空管雷达上消失。空管中心立即启动辅助雷达与之联系，发现飞机上的应答器已经停止工作。随后官方动用军用雷达，发现该飞机先是折返航向，向西南方直线飞行，随后转向西北，再转向西南往南印度洋飞去，直至脱离雷达监视范围。
当时，卫星对追踪MH370航班的踪迹并没有起到直接的作用。搜救工作组只能对机上安装的海事卫星通信系统与卫星之间的最后7次通信握手进行分析，通过信号的传递，计算飞机与卫星的距离以及飞行方向和速度等信息，画出圆形的范围，再结合飞机的飞行方向和剩余燃料，推算飞机坠毁的区域。但这个范围依然太大，尽管多国参与开展了规模空前的联合搜救，却至今也没能查明真相。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩在MH370失联一周年时曾向科技日报记者表示，该事件凸显卫星在民航飞机飞行中应急监控的缺失，体现出把天基信息链路全面引入机载通信设备的重要性。
庞之浩说，卫星在服务区内无缝覆盖，不受地理限制，如果用ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等技术相结合，并能扩展至空地、空空、空天等多种传输链路，能提供更安全、高效的空中交通监视手段。如果有民航客机在海域飞行时失联，卫星将能及时获得飞机失联时的位置、高度、速度等关键信息，立即锁定出事区域。
随着商业小卫星成本降低，采用星基手段开展空管应用逐渐具备了可行性。
2020年11月6日，北航空事卫星一号发射。该卫星由国家空管新航行系统技术重点实验室牵头，联合四川九洲空管科技有限责任公司、天仪研究院共同研制，是我国首颗满足空管运行需求的星基ADS－B卫星，也是目前国内唯一在轨运行的多波束接收ADS-B卫星。
据了解，我国空事卫星系统由国家空管新航行系统技术重点实验室主任、中国工程院院士张军提出，是面向航空需求的全球卫星互联网系统。该系统包含低轨空事卫星星座、空事卫星地面应用系统和机载系统，可以为航空用户提供全球覆盖的连续实时通信、导航和监视服务，能够解决陆基航空系统的盲区问题，为航空飞行安全提供保障，并有利促进低空空域开放以及通航产业发展。
星基ADS-B载荷由国家空管新航行系统技术重点实验室张学军教授带领团队研制，是空事卫星系统的主要功能载荷之一，具有高灵敏度接收和大数据处理能力，同时能够有效解决同频率上多架飞机发射的信号相互碰撞、干扰的问题。针对星基ADS-B信号传输衰减大，空域内信号易产生冲突等问题，研制团队突破了多波束相控阵天线、多通道高灵敏度接收算法和解交织技术等关键技术。
在轨试验数据表明，星基ADS-B载荷在繁忙空域内，平均每小时可接收ADS-B消息数超过100万条；最远探测距离达到2000公里以上；半径800公里的设计覆盖范围内，95%位置消息更新间隔低于8秒，目标检测率和报文更新率初步满足空管运行需求，达到国内领先、国际先进水平。
不过有关专家也表示，北航空事卫星一号目前仅是在国内首次验证了多波束星基ADS-B技术，支撑我国星基ADS-B系统的全面建设，还需要进一步优化设计；此外，要想为全球范围内的航空用户提供通信、导航、监视服务，必须完成几百颗卫星的全球组网，涉及大量的研究与建设工作，需要联合国内相关领域的各个单位，各尽所长，共同完成。下一阶段，合作各方将尽快推动全系统的组网建设。
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