[科普中国]-宽带互联网工程试验与验证卫星

WINDS于2008年2月23日发射升空，定位于东经143度的静止轨道上。这颗卫星由JAXA和NICT联合开发，是日本政府IT战略“e-日本优先政策计划”的一部分，后者旨在建立世界上最先进的信息与通信网络。该卫星的研制、发射和运行迄今共花费4.8亿美元。WINDS通过多波束的有源相控阵天线，能针对19个不同地区实现最高速率达1.2Gbit/s超高速双向数据通信。该卫星设计寿命5年，但不用于商业用途。它身上的多项技术代表了当今实用宽带多媒体通信卫星的最高水平。2

WINDS信息与通信网络的速度与能力比以往的所有卫星都有极大的提高。该系统的家用终端使用45cm口径天线，可提供最大速度155Mbit/s(接收)/6Mbit/s(发射)，政府机构可以利用5m直径天线实现1.2Gbit/s的超高通信速率。2

除建立日本国内超高速网络之外，该项目还计划建造国际超高速网络信道，尤其是与日本联系密切的亚太国家和地区。WINDS项目负责演示日本天基基础设施(i-Space)中大容量数据通信相关技术的正确性和有效性。i-Space旨在提高卫星在互联网通信、教育、医学、灾害测量和情报传输系统等领域中的应用。

WINDS将开发和演示特高速通信和广域覆盖的相关技术，有望成为未来特高速卫星通信技术的基础。为了充分利用上述特点，应用试验计划包括灾害事故中的主干网络备份和其它突发事件中经由地面站的宽带互联网搭建，弥合孤立海岛和多山地区的数字鸿沟，实现自然灾害受灾地区的宽带通信，以及交互式远程教育和多点实时内容交付的多点连接。2

WINDS卫星系统是作为集成系统的一部分而研发的，该系统将持续通信网络系统的其它组件综合在了一起:例如综合了地面试验系统及跟踪和控制系统。2

空间分系统即位于空间的宽带多媒体通信卫星其主要指标如表1所示。根据完成的功能的不同，可分为卫星平台(或称公用舱)和有效载荷(或称任务舱)两部分。有效载荷负责完成通信信号的接收、处理和发送。卫星平台不仅包括承载有效载荷的舱体.还包括为有效载荷提供所需的电源、姿态和轨道控制、热控及TT&C(遥测跟踪指令)等子系统。WINDS系统采用成熟的COMETS卫星平台星体组成如图4所示。3

有效载荷包括天线子系统和转发器两部分性能指标见表2。转发器是卫星收发天线之间完成通信功能的一系列互联单元的统称。该系统为了满足不同用户的需求，配备了再生式处理和非再生式处理两种转发器，主要包括再生交换处理子系统、中频交换矩阵子系统、射频子系统、网管信息收发子系统四部分。天线子系统包括两副固定多波束天线和一对有源相控阵天线。3

WINDS卫星呈长方体，尺寸3m×2m×8m，采用三轴姿态稳定方式，发射质4850kg，设计寿命5年。采用多结砷化镓太阳能电池，太阳电池翼翼展21.5m，可提供7kW功率。卫星配备有2副Ka频段多波束天线、1副Ka频段有源相控阵发射天线和1副Ka频段有源相控阵接收天线。1

卫星同时配置有再生式和弯管式2种转发器，支持弯管、再生和混合3种工作模式、普通用户通过口径为45cm的小型天线，可达到上行1.5～6Mbit/s、下行155Mbit/s的传输速率，企业用户通过口径5m的天线，可实现1.2Gbit/s的点对点传输。1

在WINDS的研发过程中，研发机构考虑只研发完成任务所必不可少的新技术，从而实现研发节点的严格限制和研发风险的最小化。为WINDS最新研发的设备如下:

Ka波段高功能多波束天线(MBA)/多端口放大器( MPA )。因此研发出具有区域雨衰补偿功能的Ka波段高功率天线技术。

Ka波段有源相控阵天线(APAA)。实现了广域覆盖和对任何地点灵活幅射的电子波束调整技术。

ATM基带交换(异步传输模式基带交换ABS)。实现了高速线路连接技术。

WINDS分别采用有效载荷舱和公用舱的模块化结构，从而提高了卫星总装和系统试验的效率。2

日本“宽带互联网工程试验与验证卫星”(WINDS)是一颗综合通信卫星，其重要职责之一就是为灾后提供应急通信。2011年3月11日的日本大地震之后，日本各界迅速建立了应急通信系统。据悉，截止至3月20日，日本建立了JAXA和NICT两个WINDS应急通信系统。2

作为对受灾地区的娠灾措施，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)立即利用WINDS建立了宽带环境。应教育文化体育科技省的要求，JAXA建立了宽带线路、高清电视会议系统、IP电话和无线局域网等，其通信容量为20 Mbit/s。2

日本国家信息与通信技术学会(NICT)应东京消防总部的要求，在东京消防总部与气仙沼市消防总部、日本都道府县间开通了高清电话会议系统。该系统实现了实时的信息共享，以满足对该地区赈灾行动的的信息共享要求，其通信容量为30 Mbit/s。 JAXA及NICT后来还继续扩建了其WINDS卫星应急通信系统。2