星基空管技术突破将为整个空域保驾护航

8月18日，记者从长沙天翼空间科技研究院有限公司(以下简称天翼研究院)获悉，我国航天卫星系统首颗技术验证卫星北航一号卫星近日成功完成测试任务。其基于卫星的ADS-B试验载荷监测性能优异，未来的航天卫星系统将具备在全球范围内对运输机和导航飞机进行监测和跟踪的能力。

Ads-b(自动相关监视-广播)技术是广播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。飞机可以通过ADS-B系统设备定期向其他飞机和地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等状态信息。其他飞机收到广播信息后，会根据实际情况进行机动，防止飞机相撞；地面站收到广播信息后，管制员可以掌握飞机状态，进行航线规划，保障飞行安全。

目前ADS-B系统主要依靠地面站接收飞机广播的数据信息。然而，地面站的建设受地理环境的影响很大。飞机在海洋、沙漠或偏远地区飞行时，没有地面站覆盖，控制部门无法获取信息，导致飞行过程中存在安全隐患。

说到这里，一定有人还记得震惊世界的马航MH370悬案。

2014年3月8日0时41分，马航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，飞机即将进入越南时，信号突然从吉隆坡空管雷达和胡志明市空管雷达消失。空管中心立即启动辅助雷达与其联系，发现飞机上的应答机已经停止工作。随后，该官员使用军用雷达发现，飞机先是调头，径直向西南飞去，然后转向西北，再转向西南，飞向南印度洋，直至脱离雷达监视范围。

当时，卫星并没有在追踪MH370航班中发挥直接作用。搜救工作组只能对安装在飞机上的海上卫星通信系统与卫星之间的最后7次通信握手进行分析，通过信号传输计算出飞机与卫星的距离、飞行方向和速度等信息，画出圆形范围，再结合飞机的飞行方向和剩余燃油计算出飞机坠毁区域。但是，范围还是太大了。尽管许多国家参与了史无前例的联合搜救，但真相尚未发现。

在MH370失联一周年之际，国家空间探索技术首席科学传播专家庞志浩告诉科技日报记者。该事件凸显了民航飞机飞行中缺乏对卫星的应急监测，反映了将天基信息链全面引入机载通信设备的重要性。

庞志浩说，卫星在服务区有无缝覆盖，不受地理限制。如果利用ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备和地面设备结合起来，并能扩展到空中、地面等各种传输链路，就能提供更安全、更高效的空中交通监控手段。如果民航客机在海域飞行时失联，卫星将能及时获取失联飞机的位置、高度、速度等关键信息，并立即锁定事故区域。

随着商用小卫星成本的降低，利用卫星手段发展空中交通管制应用逐渐可行。

2020年11月6日，北航一号卫星发射升空。该卫星由空管新导航系统技术国家重点实验室牵头，与四川九洲空管技术有限公司、天一研究院联合研制。它是中国第一颗满足空中交通管制运行要求的星基ADS-B卫星

据了解，我国航天卫星系统是由空管新型导航系统技术国家重点实验室主任、中国工程院院士张军提出的，是面向航空需求的全球卫星互联网系统。该系统包括低轨空间卫星星座、空间卫星地面应用系统和机载系统，可为航空用户提供持续的全球覆盖的实时通信、导航和监测服务，解决陆基航空系统盲区问题，为航空飞行安全提供保障，促进低空空域开放和导航产业发展。

星载ADS-B有效载荷由空中交通管制新导航系统技术国家重点实验室张学军教授领导的团队研制。它是空间卫星系统的主要功能载荷之一。它具有高灵敏度接收和大数据处理能力，能有效解决多架飞机同频发射信号的碰撞和干扰问题。针对星载ADS-B信号传输衰减大、空域信号碰撞等问题，研究团队突破了多波束相控阵天线、多通道高灵敏度接收算法、编织技术等关键技术。

在轨测试数据显示，星基ADS-B载荷处于繁忙空域，平均每小时可接收ADS-B报文数超过100万条；最远探测距离达到2000公里以上；在半径800公里的设计覆盖区域内，95%位置报文更新间隔小于8秒，目标检测率和报文更新率初步满足空管运行要求，达到国内领先、国际先进水平。

不过，相关专家也表示，北航一号卫星只是在国内首次验证了多波束星基ADS-B技术，支撑了我国星基ADS-B系统的全面建设，还需要进一步优化设计；此外，为了给全世界的航空用户提供通信、导航和监视服务，需要完成数百颗卫星的全球组网，这涉及到大量的研究和建设工作，需要联合国内部相关领域的各单位全力以赴，共同努力。下一阶段，各方将尽快推进整个系统的网络化建设。