編者按:
2021年初，國家無線電監(jiān)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(fā)表在《監(jiān)測時報》上的業(yè)余衛(wèi)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(yè)余衛(wèi)星通信”專欄。2021年，在第十個2·13世界無線電日之際，我們節(jié)選了中心編撰的《業(yè)余衛(wèi)星通信》一書部分內容，簡要介紹了業(yè)余無線電、業(yè)余衛(wèi)星通信發(fā)展歷史、使用頻段、相關無線電管理政策、現(xiàn)有業(yè)余衛(wèi)星信息等內容，發(fā)表了“原創(chuàng)科普《業(yè)余衛(wèi)星通信》”系列文章。兩個系列文章一經(jīng)發(fā)表，廣受好評。近期，我們將業(yè)余衛(wèi)星通信發(fā)展史和全球業(yè)余衛(wèi)星情況進行了整理，結合《業(yè)余衛(wèi)星通信》一書有關內容，推出《全球業(yè)余衛(wèi)星介紹》（節(jié)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(yè)余衛(wèi)星通信有關內容引向深入。
第一篇 業(yè)余衛(wèi)星概述
第二篇 美國業(yè)余衛(wèi)星
第三篇 日本業(yè)余衛(wèi)星
第四篇 中國業(yè)余衛(wèi)星（上）
第五篇 中國業(yè)余衛(wèi)星（下）
第六篇 典型的廢棄業(yè)余衛(wèi)星
第一篇 業(yè)余衛(wèi)星概述
業(yè)余衛(wèi)星的主要功能是進行信號轉發(fā)或語音傳遞，我們可以將在軌業(yè)余衛(wèi)星的狀態(tài)分為：轉發(fā)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(tài)信息是由全球業(yè)余愛好者實時更新，并自愿將這些信息共享以便業(yè)余衛(wèi)星通信愛好者們根據(jù)衛(wèi)星實時狀態(tài)制定通聯(lián)計劃。
圖1 在軌業(yè)余衛(wèi)星的實時通聯(lián)狀態(tài)
1.業(yè)余衛(wèi)星發(fā)展簡史
1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——伴星一號，開創(chuàng)了人類的宇航時代。四年以后，一顆由業(yè)余無線電愛好者自行研制的衛(wèi)星：OSCAR-1在美國加利福尼亞州的一個空軍基地發(fā)射升空，這不但證明了業(yè)余無線電愛好者們有能力與航天發(fā)射部門進行技術協(xié)調，有能力研制、跟蹤、控制自己的衛(wèi)星，有能力采集和處理相關的科學和工程數(shù)據(jù)；也標志著業(yè)余無線電通信從此進入了太空時代。至今世界各地的業(yè)余無線電愛好者們已經(jīng)成功的發(fā)射了數(shù)百顆業(yè)余衛(wèi)星；目前為止OSCAR識別編號已經(jīng)用到MO-46，不過有在運作的業(yè)余衛(wèi)星總數(shù)大概不到30個，許多新一代的OSCAR正在研發(fā)或制造、測試中。各國的業(yè)余無線電愛好者利用這些業(yè)余衛(wèi)星可以方便的進它各種通信方式的試驗和聯(lián)絡。最近的幾年里，業(yè)余衛(wèi)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(wèi)星的發(fā)展階段：
第一階段發(fā)射的衛(wèi)星大多使用年限較短,只能進行簡單的信號收發(fā)實驗；這一階段的代表衛(wèi)星有OSCAR-1 至OSCAR-5 等。1961年12月12日發(fā)射的OSCAR-1衛(wèi)星，僅在軌停留了22天就有28個國家的570多名業(yè)余愛好者接收其信號。OSCAR-3衛(wèi)星在軌停留了18天，22個國家的1000多名業(yè)余愛好者接收到信號。
圖2 蘭斯·金納（K6GSJ）和第一顆業(yè)余無線電衛(wèi)星OSCAR-1
第二階段發(fā)射的衛(wèi)星不但使用年限較長（大多數(shù)使用時間都在10年以上）而且衛(wèi)星上裝載了線性轉發(fā)器、數(shù)字自動轉發(fā)器、以及其他各種通信設備；現(xiàn)在使用的不少衛(wèi)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(fā)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(wèi)星通信試驗；但低軌道衛(wèi)星繞地球運行的周期都非常短，不超過150分鐘，每一次經(jīng)過電臺上空的過頂時間都只有十幾分鐘。
第三階段發(fā)射的衛(wèi)星主要特點是軌道較高，和第二階段的衛(wèi)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(wèi)星主要有已發(fā)射的AO-10、AO-13、AO-40等衛(wèi)星。高軌道衛(wèi)星環(huán)繞地球的時間比上一階段的衛(wèi)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(wèi)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(yè)余衛(wèi)星QO-100(Es’hail-2)的覆蓋圖
俄羅斯RS系列衛(wèi)星，是踏上業(yè)余衛(wèi)星通信之路的很好選擇。俄羅斯自1978年10月26日發(fā)射了第一顆業(yè)余衛(wèi)星 Radio Sputnik-1至今已發(fā)射了十余顆業(yè)余衛(wèi)星（RS-1至 17），但早期的衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星都被發(fā)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(chuàng)建一個由大約150顆軌道空間衛(wèi)星組成的星座。這些衛(wèi)星通常是與學術機構合作研制的，并在空間和衛(wèi)星組織的支持下發(fā)射。業(yè)余衛(wèi)星分為調頻中繼器衛(wèi)星、轉發(fā)器衛(wèi)星和數(shù)字衛(wèi)星，現(xiàn)有的衛(wèi)星的分類具體如下：
調頻中繼器衛(wèi)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(fā)器衛(wèi)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(shù)字衛(wèi)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(yè)余衛(wèi)星的國際組織
60多年來，北美、歐洲和其他地區(qū)的AMSAT小組在空間科學、空間教育和空間技術方面發(fā)揮了重要作用，極大地推動了最新水平的發(fā)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(xù)對業(yè)余無線電以及其他政府、科學和商業(yè)活動的未來產(chǎn)生深遠、積極的影響。
1）業(yè)余無線電衛(wèi)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(qū)成立。該組織提供業(yè)余衛(wèi)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(fā)布資料信息和提供互聯(lián)網(wǎng)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(wèi)星通信和航天領域產(chǎn)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(fā)展方面發(fā)揮了顯著作用。
2）法語區(qū)業(yè)余無線電衛(wèi)星組織（AMSAT-FR）：旨在發(fā)展衛(wèi)星和空間業(yè)余服務，特別是為法語國家。它向業(yè)余無線電愛好者和業(yè)余無線電愛好者提供支持，使他們能夠利用業(yè)余無線電衛(wèi)星，目的是實施、指導或建議與業(yè)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(wèi)星、運載火箭）。
3）國際空間站的業(yè)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(shù)學職業(yè)的興趣，并通過業(yè)余無線電與無線電科學技術進行接觸。
3.業(yè)余衛(wèi)星的應用開展
國際電信聯(lián)盟的《無線電規(guī)則》第1.56款明確了衛(wèi)星業(yè)余業(yè)務供業(yè)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(xiàn)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(shù)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(chuàng)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(wèi)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(yè)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(tǒng)的首個飛行單元于3月發(fā)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(zhàn)略目標的重要組成部分，涉及高軌、寬訪問衛(wèi)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(fā)器、姿態(tài)確定和控制系統(tǒng)等。首個高爾夫立方體衛(wèi)星，高爾夫球座（技術評估環(huán)境）的建設計劃于今年年底完成。
|
技術研究
|
現(xiàn)有業(yè)余衛(wèi)星的應用開展情況是：
自我訓練：國內外的衛(wèi)星業(yè)余愛好者通過自己動手制作天線、跟蹤衛(wèi)星過境進行無線電通聯(lián)、參與業(yè)余衛(wèi)星制造項目，不斷提高自身的無線電水平。
相互通信：業(yè)余衛(wèi)星愛好者通過衛(wèi)星進行遠距離的通信，根據(jù)AMSAT記錄，目前最遠的聯(lián)通距離是2003年申報的18730千米。
技術研究：自第一顆業(yè)余衛(wèi)星發(fā)射以來，業(yè)務衛(wèi)星有了長足的發(fā)展，全球無線電愛好者都貢獻了力量。從短壽命業(yè)余衛(wèi)星到允許用戶在一個或多個大陸上同時進行通聯(lián)的大衛(wèi)星，也帶動了業(yè)余愛好者不斷進行技術研究。