手機能“遙遙領先”,原來是衞星當了“背鍋俠”_風聞
科普中国-科普中国官方账号-中国科协科普工作官方微平台10-08 17:12
自帶衞星電話!遙遙領先!
某著名品牌新上市的機皇,讓很多消費者發出了感嘆。
只用一台看似平常的手機,就能與衞星取得聯繫,這究竟是怎麼做到的呢?難道不用背上一口“大鍋”來傳遞微弱的信號嗎?今天咱們就來梳理一下“衞星電話”一些小知識和趣聞,説不定下次你換手機的時候就用上這些知識了呢。
到底啥是衞星電話?
**所謂“衞星電話”就是用衞星作為“基站”的通信手段,**在本文中,專指衞星移動通信(能拎着到處跑的那種)。
為什麼要用衞星電話?地面基站不香嗎?
平時我們覺得手機就挺好用的,是因為我們平時工作生活的地方基站多信號好。其實地面基站只修建到城市村莊和陸地交通沿線,**但這樣的地方只佔地球表面積的 5%。像海洋、荒山、草原、沙漠、冰原這些地方,可就鞭長莫及了。**試想,在茫茫大海上,去哪兒找基站啊?
另外,一旦遇到特大災害,例如地震洪水時,**地面基站被大規模破壞,也是衞星電話大顯身手的地方。**碰上這種叫地地不靈的時候,我們不妨抬頭看看天,就會發現那裏有通信衞星。而中國的衞星移動通信事業,就是在 2008 年汶川大地震之後正式立項上馬的。
2005年,救災人員在蘇門答臘地震災區使用衞星電話
衞星能保證總在我們頭頂嗎?
還真能,而且晝夜無休。秘訣就兩條,要麼靠衞星夠高,要麼靠衞星夠多。
因為通信衞星主要有兩種運行軌道,一種是地球靜止軌道,一種是近地軌道。
地球靜止軌道衞星在距地面35786千米的軌道上,在這個高度,它圍繞地球運行一圈,地球也正好自轉一圈,從地面看來,它懸在空中一動不動,在覆蓋範圍內的話,能做到一直在頭頂。
而近地軌道上的衞星離地面只有600~1200千米左右,在這個高度,它必須跑得很快,才能不掉下來。所以近地軌道衞星不會一直停在空中同一個地方,為了通信不斷線,就要發射許多近地軌道衞星,保證衞星電話總能“看”到幾個。
這兩種軌道有什麼區別?
這兩種軌道各有利弊。**靜止軌道衞星的好處是省錢,**理論上只要發射三顆就可以覆蓋地球上除極地以外的地方(實際上會多發射幾顆作為備份),衞星通信事業可以從這裏起步。
但靜止軌道衞星距離地球太遠,信號一來一回至少要0.24秒。另外,因為它們只在赤道上方運行,所以覆蓋不到南北極地區,而那是科考人員常去的十分需要衞星電話的地方。還有就是對於中國的用户來説,靜止衞星在南方天空上,所以建築或者陡峭高山的背陰面不易接通。
而近地軌道衞星正好相反,**它離地球近,信號延遲很短,信號質量也很好,而且能夠覆蓋極地,對朝南朝北也不太苛求,**可它需要好幾十顆才能罩住全球,成本就噌噌噌上去了。比如上世紀末的第一代銥星,就計劃發射77顆衞星(所以用第77號元素命名為“銥星”)以覆蓋全球,但銥星公司不幸隨即破產,跟這方面“用力過猛”關係匪淺。
衞星電話信號好嗎?會不會很費電?
假如通信衞星長得就像小區移動基站的話,信號當然不會好,要想從地面聯繫上這樣的衞星,我們就要隨身背一口天線大鍋,既費電又費力。
幸好通信衞星長得不像小區移動基站。為了讓我們生活靜好,衞星毅然負重前行,當了背鍋俠,字面上的意思!
天通一號衞星的巨大天線
以中國的天通一號通信衞星為例,它運行在靜止軌道上,離地非常非常遠。為了捕捉到35786千米外傳來的飄渺信號,它背了一口大鍋——足足有15米口徑的網狀天線。**衞星的接收靈敏度和發射強度上去了,地面設備就可以基本保持智能手機的模樣。**國內有些智能手機已經集成了衞星電話功能,入網的就是天通一號。
衞星電話能上網嗎?
如果連的是近地軌道衞星的話,是可以拿衞星上網,馬斯克的星鏈計劃就是幹這個的,但做不到智能手機直連衞星,還要通過一個看起來相當礙事的天線。
如果連的是靜止軌道衞星,那網速就堪憂,相當於回到了每秒幾十k 的電話撥號時代,何況目前天通一號還沒開通互聯網接入業務。
所以,**截至目前,不管用國內還是國外的衞星,智能手機集成衞星電話的本質還只是“不用懷揣兩部電話”,**而從功能上來説,它們只有通話部分是合體的。我們就先把衞星電話用作荒野求生工具,靜待技術發展吧!
飛機上能用衞星電話嗎?
實際上,早在民間普及之前,有些國外的航空公司就早已提供衞星電話了。有些飛機上,前排座椅靠背上掛個電話機,上面有一道刷信用卡的槽,其實用的就是衞星電話,航空公司很喜歡你打這種電話,但是它實在太貴了。
不過,它的天線就在飛機頂部, 本身就是飛機的一部分,因此並不會帶來問題。
波音777機身上的各種天線,其中SATCOM用於衞星通信 來自客機技術資料
而個人自帶衞星電話在飛機上用呢,就要分法律和技術兩個層面來談了。
法律上,不行,只要有干擾航空通信的風險就不行。
**技術上來説,其實很難打通。**我們跟衞星本來就離得遠,衞星和終端之間更要“面對面”溝通效果才好,在露天寬敞的地方通話更方便,而進入室內或者有建築或陡峭山體遮掩衞星方向的話,信號就不太好了。像《侏羅紀公園3》裏,衞星電話深埋在一大坨恐龍便便裏還能響,那是編劇藝術加工了一下。咱們的天通一號運行在赤道上方,對於中國所有用户來説,都在南天,對罩在飛機金屬外殼裏的乘客方向要求挺高的。
圖片截自微博用户西域刀客之獨立觀點的短視頻
有人近期在飛機上接通過衞星電話,也有人驗證過,靠近朝南的舷窗邊,能看到一絲衞星信號的情況下是有可能的,但坐得稍微深一點或者改個方向就不行了。不過,這裏要敲敲黑板,再重複一下:拿到新手機想試想炫都可以理解,但在飛機上打衞星電話這真不符合規定!請不要這樣做。
策劃製作
作者丨曲炯 科普作者
審核丨林思雨 北京交通大學電子信息工程學院 副教授
策劃丨丁崝
責編丨丁崝