机载卫星通信：防范客机失联的“利器”

　　3月24日，德国之翼航空公司一架A320客机在法国坠毁，该客机坠毁前与地面失联18分钟。而马航MH370航班更是已失联一年多，至今仍没找到。这些事件凸显了卫星在民航飞机飞行中应急监控的缺失，使卫星在民航飞机空管与搜救方面的应用得到了全球航空和航天界的高度重视。

　　服务价格昂贵

　　机载卫星通信未普及

　　由于通信卫星能提供无线信号采集、卫星搜寻服务等技术支持，因此，为了及时了解飞机的运行状况，目前在飞机上通过搭载对应的卫星终端，使卫星可接收到飞机发出的信号，甚至进行紧急通信。随后，地面人员通过分析卫星传回的数据就能获得包括飞机发生状况时的位置、航向、速度等重要信息。但因为机载卫星通信终端与通信卫星的配套服务价格昂贵，目前机载卫星通信终端或服务还没有被普及应用。

　　2014年3月8日，“国际移动卫星”曾接收到MH370航班发送的“常规自动信号”，即“握手”应答信号。这是利用卫星对失事客机进行搜救的一种重要方式，主要利用通信卫星接收飞机发射的飞行状态信息或遇险信号来快速找到出事地点。MH370航班使用的是波音777-200飞机通信系统，该系统在不再接收或发送数据后，仍可自动向卫星发送信号，这种声脉冲信号每小时发送一次，告诉卫星飞机“还在”。

　　这种信号能表明飞机与卫星间的相对位置和距离，粗略判断飞机的大概方位，以及大致的运行轨迹。不过，用一颗“国际移动卫星”接收的信号是无法对飞机进行准确定位的，只能以卫星为中心，机载油量所能飞行的距离为半径，以及飞机最后发射信号时与卫星的角度大致确定一段圆弧，极粗略地判断飞机所在方位。这就是马方称客机可能在哈萨克斯坦与土库曼斯坦到泰国的走廊地带，或印度到印度洋走廊地带的原因。如果还有另一颗“国际移动卫星”同时接收到该信号，就可确定另一段圆弧；两段弧线交叉点就是飞机发送信号时所处实际位置。此外，执飞MH370的波音777-200型飞机虽然已装配了“国际移动卫星”通信终端，但由于马航并没有采购相关通信服务，卫星与飞机之间仅完成了“握手”信号的应答通信，而没有建立通信链接。

　　现在，飞机上都基本配备应急示位发射机和通信寻址报告系统，为此，已开发出一些卫星应用系统。尽管飞机通信寻址报告系统可在一定程度上解决事故发生后，黑匣子难以搜寻造成事故原因无从查证的问题，但是，这类系统的缺点是在搜救关键期内，及时快速地分析并正确解译大量报文数据的困难较大。其次，飞机通信寻址报告系统的卫星通信服务成本较高，结果造成马航尽管为MH370航班安装了卫星通信装置，但却没有起到关键作用。

　　天基ADS-B

　　无死角实时监视

　　天基广播式自动相关监视(ADS-B)，是一种基于GPS导航卫星和数据链通信的飞机运行监视技术，可以扩展至空地、空空、空天等多种传输链路。它将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，从而能提供更加安全、高效的空中交通监视手段。

　　其工作原理是：机载设备收到GPS导航卫星信号后进行实时定位，然后把飞机位置、高度和速度等数据信息以1秒时间间隔向外广播。由于GPS定位精度比雷达高，因此可缩短飞机安全飞行时间间隔，优化航线，提高运力，减少能源消耗和碳排放。

　　澳大利亚和美国部分地区已成功应用空地ADS-B系统。2003年9月澳大利亚运输部表示，澳大利亚已放弃以航管雷达覆盖澳洲大陆的计划，并在中西部地区建设ADS-B监视系统，与航管雷达组成一个覆盖澳洲全境的空中交通服务监视系统。美国在阿拉斯加无雷达覆盖区应用ADS-B系统后，使飞行事故率降低了约80%。

　　自澳洲和美国成功应用空地ADS-B监视系统，尤其在2009年法航空难后，国外便开始将目光放在ADS-B系统的天基应用上，以实现对地基监视雷达和地基ADS-B接收站无法覆盖地区的飞机进行监视，比如对在海洋区域或极地飞行的飞机进行监视。天基ADS-B系统的实现方式是在卫星上搭载ADS-B信号接收机，接收源自飞机ADS-B发射机广播的信号，然后转发给地面。天基ADS-B飞行监视技术能够突破地理条件的限制，极大提高航空监视的连续性和搜索与救援的效率。

　　2012年，美国ADS-B技术公司在阿拉斯加州的一座海拔高度1200多米的深山中利用两架飞机完成了其ADS-B系统的试验。通过这次试验验证了天基ADS-B的可靠性。以该系统的性能计算，一颗低轨“全球星”卫星可以在1600千米的覆盖半径内跟踪3000架飞机。

　　未来民航管理

　　实现“地天”结合

　　目前，飞机通信主要依赖于甚高频通信、高频通信和卫星通信。其中，甚高频通信在视距范围内，不能进行远程通信；高频通信可支持远距离的通信，但是易受天气影响，通话质量较差；卫星通信具有通信距离远、容量大、质量好、可靠性高和灵活机动等优点，能不受各种自然灾害的影响，可进行全天候、全天时通信，所以在民航有着广阔的应用前景。预计到2020年，在民航飞机运行管理和监视方面，将完成从以地基为主到地基、天基结合的转变，荒芜地区和远海地区飞机的实时监视能力有望得以实现。搭载ADS-B接收中继载荷的美国“下一代铱星”星座和欧洲新型低轨微小卫星星座将实现业务化运行，可以近实时采集各类民用飞机的运行状态数据。

　　同时，机载航电系统也将有望获得改进。一方面，黑匣子将可以利用卫星通信链路，将关键的飞行记录数据实时或近实时地传给地面空管；另一方面，应答机、ADS-B设备、通信寻址报告系统等关键的机载通信设备将实现高可靠的自动化控制，可以在紧急时刻自动报警，并无法人为关闭。

　　展望2020年以至更远的未来，若某航班在海域飞行时出现失联，通信卫星将能够通过ADS-B载荷及时获得失联时飞机的位置、高度、速度等关键信息，通过这些信息，空管可立即锁定出事区域。

　　顺便说一句，目前在飞机失事后有时找黑匣子很困难，尤其是如果客机掉到海里就更困难。为此，早就有人提出客机是否能不用黑匣子，而用数据中继卫星实时把飞机上的各种数据传回地面。这确实是最理想的办法，在美国曾经发射过的5架航天飞机中，除第1架航天飞机哥伦比亚号装有黑匣子外，其余4架都没有装黑匣子，它们依靠数据中继卫星24小时实时传输数据。但这种方法目前不适合民航，因为成本高昂，而且数据中继卫星的容量也有限。

　　延伸阅读

　　“天上网游”

　　不是梦

　　机载卫星通信系统除可用于飞机前舱外，还可用于后舱。飞机后舱通信是指机上乘客通过卫星或地面基站的方式，接入互联网+或与地面人员进行语音通信。

　　2015年3月10日，在国航CA1303航班上，旅客首次体验了一把在飞机上通过Wi-Fi网络实时收看中央电视台直播的全国“两会”电视节目。这标志着我国成功实现了航空公司商业航班客舱卫星电视节目直播。

　　在国航CA1303航班上的电视节目空中直播，是通过Ku频段卫星实现的，采用我国东方红4号平台卫星，以及自主可控的测控系统，可以提供地空20M的带宽。旅客在客舱内不仅可以通过座位上方的大屏幕观看中央电视台的实时电视直播，还可以通过Wi-Fi像在地面时一样随意上网。

　　据悉，目前国航已完成21架网络飞机的改装应用，每天有近80个航班可以提供机上网络服务，大部分都执飞国内航线。未来2至3年，国航将逐步完成全机队500余架飞机的“上网工程”。

　　后舱通信使得个人的即时通信成为另类的“航空记录仪”，其通信内容也可成为调查空难事故的参考资料。