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全球伙伴关系的力量（SDG 17）

联合国制定了十七项可持续发展目标（SDG）, 旨在改善我们的世界。这些目标应对若干全球性挑战, 包括确保人们拥有足够的食物和清洁用水, 以及保护环境免受污染和气候变化的影响。在这些目标中, 名为"促进目标实现的伙伴关系"的 SDG 17 侧重于加强全球伙伴关系, 使拥有丰富资源的国家能够与发展中国家分享这些资源并开展合作。没有伙伴关系, 要实现诸如消除世界饥饿、保护环境或让教育在全球范围内普及等重要目标几乎是不可能的。但通过共同努力, 我们可以解决更大的问题, 确保世界在每个人眼中变得更美好。

迄今为止, SDG 17 的进展喜忧参半。一些积极进展包括富国为低收入国家提供了更多援助, 还有技术的普及。但低收入国家仍然难以拥有为人民过上美好生活所需的一切条件, 因为这些国家必须应对物价上涨、巨额债务以及政府项目资金短缺的问题[1]。所有国家必须携手互助, 这正是 SDG 17 的意义所在。

发挥科学之力

科学在实现 SDG 17 方面发挥着什么作用？通过创新理念与协作, 科学帮助我们应对全球挑战。以卫星为例——它们不仅仅是绕地球运行的机器, 更是推动人类进步的关键（图 1）。作为地球的"天空之眼", 卫星监测环境变化、追踪天气模式并收集关键数据。它们还通过庞大的通信网络连接世界, 实现信息的顺畅交流。利用卫星科技可加强全球伙伴关系, 帮助各国更有效地合作实现可持续发展目标（表 1）。卫星连接技术有助于我们应对一些极重大的全球挑战, 并确保人们无论身处何地, 都能获取解决重要问题所需的数据[2, 3]。我们团队专注于研究基于卫星的互联网连接技术[4]。

卫星能提供哪些帮助？

但卫星究竟如何防止人们挨饿并解决地球上的其他问题？卫星从太空俯瞰农场, 检查土壤状况并观察作物生长情况[5]。它们甚至可以直接与农田中安装的传感器通信, 为农民提供关于作物、土壤及环境条件的重要信息, 从而帮助他们掌握播种时机, 并更精细地照料作物。借助卫星数据, 农民可预测粮食产量、提前发现作物病害并采取预防措施, 或采取行动避免干旱。当农业得到改善时, 粮食产量会提高, 人们的饥饿与营养不良问题便会减少。农业的改善还能创造就业和贸易机会, 推动地方经济发展。归根结底, 更好的农业意味着更强大、更健康的社区, 让所有相关人群都过上更好的生活。

除此之外, 卫星仅仅通过为某些地区接入互联网, 就能帮助许多人。互联网可创造就业机会并提供教育途径, 帮助减少全球不平等现象。卫星甚至能让医生与异地患者沟通, 帮助他们保持健康！更重要的是, 卫星能够在飓风或洪水等灾后支持互联网连接, 帮助受灾社区获取宝贵的信息与资源, 从而加速重建进程[6, 7]。

但这还不是全部！卫星还可拍摄图像并收集信息传回地球, 帮助维持道路与桥梁的安全。这些数据协助工程师规划新道路的建设与旧道路的修缮。良好的道路与桥梁使商业活动更易发展, 从而推动经济。卫星还监测气候变化的迹象, 能够发现严重污染或地球温度过高的情况。这些信息帮助政府和科学家制定计划, 保持地球的安全与健康。我们都知道, 团队合作对于解决全球重大问题至关重要。如今, 由于卫星的存在, 世界各国都能共享重要信息, 共同解决诸多难题。

利用 6G 技术增强卫星通信

卫星支持人类的一种方式是通过无线通信。无线技术让我们无需通过线缆即可在空中传输信息, 这正是我们的手机和互联网设备进行通信的方式 （图 2）。5G 是这项技术的第五代, 它让我们的互联网比以往更快、更可靠。如今, 我们正迈向 6G—— 下一代技术, 它将带来更快的速度与更好的连接。此技术与我们重点研究的三项关键技术息息相关。

第一项技术涉及电磁波谱。我们可以把电磁波谱理解为一个由不可见波构成的巨大彩虹, 其中每一种"颜色"代表一种不同类型的波。波谱的高频段就像这道电磁彩虹的远端, 其波速更快、波长更短。我们的手机通常使用的微波位于这道彩虹的中部。利用电磁波谱的更高频段, 我们便能利用更短、更快的波, 从而实现更快的连接速度[8]。

我们关注的第二项技术涉及卫星距地轨道距离。地球与卫星之间的距离会从多个方面影响无线通信[9–11]。近地轨道卫星更靠近地球, 由于信号延迟较小, 有助于实现更快的信号收发。另一方面, 中地轨道卫星距离更远, 因此更适合视频广播或导航用途, 如汽车 GPS。

最后一项技术是波束赋形。该技术可将卫星信号精准聚焦到所需位置——就像将手电筒的光束指向特定方向——来提升卫星工作效能。波束赋形有助于增强卫星信号强度, 并扩大其覆盖范围[12]。

这些技术共同展现了 6G 颠覆连接方式的潜力, 有望在各种具有挑战性的地点实现更快速、更可靠的连接。当卫星信号借助 6G 变得更强大、更快速时, 它们甚至可以覆盖地球上最偏远的地区, 连接起曾经遥隔千里的人们。其他一些令人振奋的项目包括:探索卫星之间以及卫星与地球现有通信基础设施之间的新协作方式[13], 研究卫星如何深入水下观测海洋生物与水质, 帮助人类进一步认识海洋。我们还在开发一个利用太阳能或无线电能供电的基站, 以创建覆盖范围可达 1 公里的 Wi-Fi 热点 [14]。该热点通过现有基础设施或卫星连接互联网, 使偏远地区的人们能够使用智能手机、平板电脑或笔记本电脑浏览网页、交流和学习。

总结

本文阐述了卫星连接在实现 SDG 17 中发挥的关键作用, 以及它如何帮助推进所有其他可持续发展目标。借助 6G 卫星通信, 我们可帮助农民提高粮食产量、让人们接入互联网、为环境保护做出贡献, 并监测地球的整体健康状况。尽管如此, 仍有改进的空间。为了提升卫星技术, 我们必须开展更多研究, 探索新的方法, 使这些技术能够在地下、水下及其他信号传输困难的复杂环境中发挥作用。此外, 提高卫星的机动性以避免碰撞, 保护其免受其他无线来源的干扰, 并通过防范可能干扰其功能的网络威胁与未经授权的访问来提升通信安全, 同样至关重要。

你也可以加入这段激动人心旅程！通过培养好奇心、钻研科学、勇敢追梦, 你就能为科学家的探索提供支持。终有一天, 你可能会提出开创性的想法, 进一步改善我们的世界, 帮助我们实现新的可持续发展目标。如果能深入探索, 并依照 SDG 17 的倡导与其他年轻伙伴协作, 你或许就是下一位让世界变得更美好的英雄！

摘要

卫星 (Satellite): ↑ 一种在太空中环绕地球飞行的特殊机器, 可帮助我们传递信息（如电话通话）, 并拍摄地球的图像。

连接 (Connectivity): ↑ 指世界各地的计算机和设备如何连接在一起, 以便人们可以共享信息、相互交流, 并使用网站、应用程序和在线工具。

无线通信 (Wireless Communication): ↑ 一种让人们或设备之间无需使用线缆, 通过在空中发送无形信号来传递消息或信息的方式。

6G: ↑ 继 5G 之后的下一代无线技术。 6G 将使我们的手机变得更快、更强大, 能用来做更多事情。

电磁波谱 (Electromagnetic Spectrum): ↑ 一系列在空间中传播的不可见能量波, 包括无线电波、微波、可见光和X 射线等。

波束赋形技术 (Beamforming Technology): ↑ 一种智能的天线信号发射方式, 让信号不再向四周扩散, 而是集中射向一个特定方向。就像用手电筒照射一样, 使信号能直达需要的地方, 变得更快、更清晰。

Wi-Fi 热点 (Wi-Fi Hotspot): ↑ 一种互联网接入点, 允许使用者连接自己的电子设备。外出（例如在咖啡店）需要上网时, 它会非常方便。

利益冲突声明

作者声明本研究不涉及任何潜在商业或财务关系。

致谢

谨向阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的 Ruben Costa 与 Nicki Talbot 致以诚挚谢意, 感谢他们在本文初期撰写与审校阶段提供的宝贵支持, 本系列的完成离不开他们的专业贡献。我们同时向 KAUST 可持续发展办公室与联合国开发计划署沙特阿拉伯国家办公室表示谢意, 感谢他们始终致力于提升公众对联合国可持续发展目标（SDG）的认知, 共同推动世界走向更可持续的未来。

AI 人工智能工具使用声明

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