[发明专利]亚轨道、高高度通信系统

说明书

发明涉及的领域：

本发明涉及一种长工作时间、高高度的通信系统，并且特别是关于一种处于亚轨道平面的通信系统，它远高于任何一种与地面存在物理连结的系统，其部件可以长时间地处于高空并保持在其位置上。

发明的背景：

无线电信系统目前使用陆地(地面)基础设施或空间(卫星)基础设施。基于陆地的系统包括位于高建筑物、山峰以及类似地理位置上的无线塔和天线。而且，亦可使用系于地面的气球。基于空间的系统依靠带有电信设备的卫星。

基于陆地的无线电信系统早在几乎一百年以前，无线电波的早期时代就已为人知了。它们的配置从简单的单路及双路无线联播电台一到无线电和电视广播网络一再到今天的复杂的蜂窝网络和构想中的个人通信网络(PCN)。

“中继站”用于发送和接收去、自其它地方的无线传输。因为它们位于或接近地面，所以其无线信号一般是趋于接近水平而不是垂直的。因此，每个中继站只能从有限的距离发送和接收信号。无线信号传输的距离受限是因为地球曲率引起的水平问题；不平坦的地势、树木、以及建筑物引起的视线问题；其它信号或传输信号本身的反射带来的干扰问题；以及所不期望的对传输信号的吸收而引起的衰减问题。为了增加覆盖的范围，要么必须使用功率更强的设备，以及/或者必须增加中继站的高度。增加功率有助于解决衰减的问题以及其它信号的干扰问题；但是不能解决水平、视线、及反射信号的干扰问题。所以，最好还是把中继站放在塔上、高建筑物及山顶上以增加它们的高度。中继站因此增加了可以覆盖的区域，从而解决了水平和视线问题，并且在一定程度上降低了衰减问题和反射信号的干扰问题。但是，由于地理的或政治的因素、或者仅是因为得不到地主或政府的许可，将中继站放在最佳位置上并不总是可行的。

在某种程度上这些问题可以通过使用系留气球携带无线电信设备而得到减轻。但是，系留气球也有它自身的问题。如果气球系在较低的高度，它们的覆盖范围就不会比塔上或高建筑物上的中继站更大，因此就很难使它的价格很合理。而且，由于它们易受存在于这种高度上的天气及风的条件影响，很可能容易损坏，需要经常更换。

另一方面，如果将它们系在这样的高度上，使之可以在足够大的区域上中继电信信号，实现经济上的可行性并避免了天气影响，因而延长了它们的寿命，但是气球和系留绳都成了飞行器的威胁，而且系留绳仍然要受到天气条件的影响。

更进一步，出了故障的气球的系留绳很可能沿着上百英尺一如果不是上千或上万英尺的话一的地域撒落，引起损失和伤害财产及人员的危险。另外，如果系留绳落在电线上，那么会有起火及漏电的危险。

综上所述，这些缺点使得系留气球不适于作伴为其部件将长期运转的电信系统的一部分而使用。

为了克服基于地面的无线电信系统的很多局限性，就构造了使用卫星技术的基于轨道空间的电信系统，它是从早期的Sputnik(1957)发展起来的。同步轨道(大约22,000英里)卫星系统以其高度的可靠性已使用了很多年。它们的主要优点是高度高，一个卫星可以从包括成百上千平方英里的地面区域发送和接收信号。但是，卫星不论是开始时或者更换时，其制造、发射及定位都是很昂贵的。特别是，因为与它们的制造、发射以及维修的困难程度有关的成本问题，使得必须采取更多的措施以确保其可靠性。

另外，因为卫星的高高度，在每个方向上都存在大约1/8秒的无线传输时延。这就大大限制了卫星承载和执行熟悉的两路(双工)话音通信的能力。而且，由于它的高高度，无线传输设备比同等的陆地系统需要更大的功率。这就提高了成本并影响了卫星和地面上设备的体积和重量。

当卫星出故障时，肯定它们都会出现这种情况的，或者是电气的故障，或者由于轨道的退化，要回收或修理它们都是特别昂贵的。进一步的，这些修复的尝试无论是否成功，有关的人员及设备都要冒损坏或失掉的危险。另一方面，一个出了故障的卫星仍然留在轨道上。它会成为“空间垃圾”中的又一部分，直到它的轨道退化到它被拉回大气层到达地球。如果在抛回地球的过程中它未完全消耗掉，在撞向地球的时候会引起对人员或财产的伤害。