16、5G与卫星技术：频谱、标准、规模及天线创新

5G与卫星技术：频谱、标准、规模及天线创新

1. 太空智能手机与超安全通信网络设想

在太空通信领域，有一个有趣的设想是将智能手机应用于太空通信网络。通常认为，立方卫星由于功率预算不足、天线孔径或增益不够，难以支持高带宽的太空与地球间通信，更适合物联网设备的短时间、周期性传输。然而，地面网络中的智能手机可与多个基站进行数据收发，对于大量立方卫星星座也可采用类似方式。

若将100万部加固智能手机发送到卡门线，每部手机输出功率为1W，就能形成一个1MW的分集下行链路，凭借足够的设备密度实现显著的分集增益。这并非天方夜谭，2013年，美国国家航空航天局（NASA）资助的团队就基于消费级智能手机发射了三颗Phonesat卫星。这是因为普通智能手机的处理能力，搭配4000万像素相机、先进电池及电源管理系统，其性能与许多小型卫星相当甚至更优，且成本低几个数量级。之后，团队中的大部分人离开并创立了一家公司，专注于用低成本、现成的商业组件制造卫星，并建立成像和地球观测数据库。

2. 太空其他电源

NASA也在研究太空的其他电源，如封闭式质子交换膜燃料电池（PEMFC）。这种电池输出功率在1 - 10kW之间，可扩展至100kW，能量重量比约为每千克电池重量250 - 350W，使用寿命达10000小时。PEMFC是一种机电发电设备，能将氢气和氧气反应物转化为电能、热能和水。氢气和氧气可与推进系统共享，水副产物可供人类使用，也可作为卫星俯仰和指向控制的喷气推进器。它是电池存储的有效替代方案，适用于因轨道轨迹、俯仰和指向要求，太阳能电池板长时间无法接收太阳能的情况。不过，受膜性能限制，目前这些电源的使用寿命相对有限，约为1 - 2年。