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來源 | 電科小氙

編譯 | 王煜

衛(wèi)星通信由于覆蓋廣、通信距離遠(yuǎn)，一直以來就倍受軍方青睞，是最重要的遠(yuǎn)程超視距軍事通信手段之一。在軍事衛(wèi)星通信方面，無論是在軌衛(wèi)星的數(shù)量、質(zhì)量還是性能，美軍無疑處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，是其實(shí)現(xiàn)信息優(yōu)勢(shì)的重要保障。美國空軍可為美軍提供全球衛(wèi)星通信能力，可為美軍聯(lián)合作戰(zhàn)人員的各種軍事行動(dòng)提供保障。衛(wèi)星通信對(duì)于信息需求日益增高的未來戰(zhàn)場(chǎng)則更為重要。

也正因如此，美國空軍認(rèn)為，美國的軍事衛(wèi)星一定會(huì)成為對(duì)手重點(diǎn)針對(duì)的目標(biāo)，美國的潛在對(duì)手會(huì)不斷嘗試拒止、降級(jí)和破壞美國在太空中的不對(duì)稱優(yōu)勢(shì)，因此美國空軍正在加大力度，為美軍作戰(zhàn)人員及其戰(zhàn)略盟友進(jìn)一步發(fā)展衛(wèi)星通信能力。

美國近期在裝備現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)方面不斷取得新進(jìn)展：2018年10月發(fā)射了第四顆“先進(jìn)極高頻”（AEHF-4）衛(wèi)星，2019年3月又發(fā)射了第十顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星（WGS-10），其整個(gè)衛(wèi)星通信企業(yè)（軍事衛(wèi)星、商用衛(wèi)星和國際伙伴衛(wèi)星）也正在向一種能夠在對(duì)抗、降級(jí)、以及運(yùn)行受限環(huán)境中具備更強(qiáng)魯棒性、彈性、靈活性以及作戰(zhàn)能力的綜合體系中遷移。

1、采用分散體系，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)彈性和靈活性

美軍實(shí)現(xiàn)這種綜合衛(wèi)星通信新體系的重要一步就是在軍事衛(wèi)星通信空間層實(shí)現(xiàn)分散策略，在繼續(xù)保持后向兼容能力的同時(shí)提升系統(tǒng)彈性。

目前的受保護(hù)抗干擾AEHF衛(wèi)星星座與其前任“軍事星（Milstar）”系統(tǒng)一樣，既提供受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信，也為美國總統(tǒng)和其他決策者提供戰(zhàn)略核加固通信。而美軍規(guī)劃的新一代受保護(hù)衛(wèi)星空間系統(tǒng)則把AEHF的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信任務(wù)分別分解到了“演進(jìn)的戰(zhàn)略衛(wèi)星通信”（ESS）和“受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信”（PTS）兩個(gè)項(xiàng)目中。

采取這種分散方式能夠減輕多任務(wù)衛(wèi)星固有的單點(diǎn)故障問題，從而提升彈性，同時(shí)還可利用搭載有效載荷（用商用衛(wèi)星搭載軍用載荷）提升體系靈活性。

采用專用“自由飛行”衛(wèi)星也可減少為了適應(yīng)多種任務(wù)而在衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行的技術(shù)折中，而實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)上的折中和妥協(xié)往往會(huì)以犧牲某些具體任務(wù)能力為代價(jià)。

（1）戰(zhàn)略衛(wèi)星通信與核指揮控制與通信（NC3）

未來美軍將利用“演進(jìn)的戰(zhàn)略衛(wèi)星通信”（ESS）計(jì)劃提供新一代核指揮控制和通信任務(wù)能力，替代中緯度AEHF系統(tǒng)的戰(zhàn)略通信能力，并將抗毀通信能力擴(kuò)展到北極地區(qū)。這一計(jì)劃也將滿足增強(qiáng)彈性的新需求，以應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)

（2）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信（PTS）

“受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信”（PTS）項(xiàng)目是美軍“受保護(hù)抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信”（PATS）體系的天基段，其目標(biāo)是為遍布全球的美軍作戰(zhàn)人員實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的衛(wèi)星通信能力和通信保護(hù)能力，并可提升衛(wèi)星系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性（利用搭載式載荷）。PTS將是一個(gè)由分布式搭載有效載荷和自由飛行的獨(dú)立衛(wèi)星組成的星座，相比當(dāng)前系統(tǒng)，其抗干擾保護(hù)能力更強(qiáng)，容量更大。

PTS有效載荷可在星上處理受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）（一種政府專用波形，可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型受保護(hù)通信），為處于反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中的作戰(zhàn)人員提供抗干擾衛(wèi)星通信能力。

受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）則是PATS的地面段，負(fù)責(zé)各網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的控制管理。根據(jù)美軍近期簽署的合同透露，PTES目前正在實(shí)現(xiàn)一種創(chuàng)新的原型設(shè)計(jì)方法，預(yù)計(jì)2022年將在WGS衛(wèi)星上為太平洋責(zé)任區(qū)提供PTW波形服務(wù)。

隨著美國及其盟國在北極地區(qū)活動(dòng)的不斷增加，美國及其盟國對(duì)這一地區(qū)的戰(zhàn)術(shù)通信能力需求也日益增長，美軍的“增強(qiáng)型極地——資產(chǎn)重組”（EPS-R）計(jì)劃就是為處于北緯65度以上地區(qū)的戰(zhàn)術(shù)用戶提供有保障抗干擾LPD/LPI衛(wèi)星通信。EPS-R的容量將是原有“過渡性極地系統(tǒng)”（IPS）的26倍。

此外，美國空軍還在就搭載有效載荷系統(tǒng)方案與其相應(yīng)盟國進(jìn)行協(xié)調(diào)，希望大幅降低美國承擔(dān)的費(fèi)用，并利用搭載載荷方案填補(bǔ)專用衛(wèi)星投入使用之前三年北極地區(qū)衛(wèi)星通信的空窗期。這一協(xié)議將第一次為美國作戰(zhàn)人員提供北極X波段衛(wèi)星通信資源。

圖1 2040美軍衛(wèi)星通信企業(yè)體系運(yùn)行視圖

2、實(shí)現(xiàn)綜合衛(wèi)星通信體系

美國空軍太空司令部司令官的衛(wèi)星通信設(shè)想是，由空軍太空司令部提供有效運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)、彈性并且安全的衛(wèi)星通信體系，這一體系能夠?yàn)槎喾N優(yōu)先級(jí)的全球任務(wù)提供支持，并且可適應(yīng)需求、技術(shù)和威脅的迅速變化。

美軍設(shè)想，未來衛(wèi)星通信體系將能為美國太空司令部司令官提供企業(yè)衛(wèi)星通信能力，在對(duì)抗、降級(jí)和運(yùn)行受限環(huán)境中以適當(dāng)?shù)乃俣仍诟鞣N沖突中為聯(lián)合作戰(zhàn)人員提供支持。美國空軍太空司令部將這一未來衛(wèi)星通信運(yùn)行設(shè)想稱為“作戰(zhàn)衛(wèi)星通信”（Fighting SATCOM）。

美軍認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)Fighting SATCOM體系的關(guān)鍵要素是：能夠協(xié)調(diào)資產(chǎn)/任務(wù)分配的管理控制框架；能夠在多種軍事平臺(tái)/環(huán)境中運(yùn)行的靈活終端；能夠快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接的靈活網(wǎng)絡(luò)；能夠提供路徑冗余且運(yùn)行靈活的多樣化太空資產(chǎn)池。這樣，隨著作戰(zhàn)環(huán)境的變化，美軍可以采用靈活終端跨多種波形、波段和其他體系要素（包括商用和國際伙伴系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)漫游。

為實(shí)現(xiàn)這一綜合衛(wèi)星通信體系，美軍還統(tǒng)一了衛(wèi)星通信采購職能，從機(jī)構(gòu)組織架構(gòu)上對(duì)實(shí)現(xiàn)綜合衛(wèi)星通信體系予以保障。美軍軍事衛(wèi)星的采購權(quán)原本就歸屬美國空軍太空司令部，而2018年12月12日，美軍的商用衛(wèi)星帶寬租用職能也從國防信息系統(tǒng)局（DISA）移交到了美空軍太空司令部，美國空軍太空司令部建立了空軍商用衛(wèi)星辦公室（AFCSCO），該辦公室成為唯一負(fù)責(zé)為美國國防部采購商用衛(wèi)星通信服務(wù)的機(jī)構(gòu)。

這樣美軍整個(gè)軍事相關(guān)衛(wèi)星通信的采購權(quán)就都統(tǒng)一到了美空軍太空司令部。軍用衛(wèi)星通信和商用衛(wèi)星通信采購權(quán)的合并讓美空軍太空司令部能夠交付符合其司令官設(shè)想的更為綜合的解決方案。

美國空軍太空和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）也向太空企業(yè)聯(lián)合體（一個(gè)由頂級(jí)工業(yè)企業(yè)、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新初創(chuàng)公司合作開發(fā)新一代太空技術(shù)的團(tuán)隊(duì)）多位成員授予了企業(yè)管理控制原型開發(fā)合同，進(jìn)一步推動(dòng)Fighting SATCOM的發(fā)展。

原型方案將演示實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信企業(yè)需要的關(guān)鍵屬性，包括衛(wèi)星通信快速、彈性、可持續(xù)和全球訪問能力；終端、調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)敏捷性；網(wǎng)絡(luò)、鏈路和運(yùn)行安全；與聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)的互操作能力。

2019年的原型設(shè)計(jì)工作主要是交付態(tài)勢(shì)感知能力并提供公共作戰(zhàn)圖，幫助用戶執(zhí)行企業(yè)衛(wèi)星通信規(guī)劃、代理和編排功能。這些原型將是定義體系、降低風(fēng)險(xiǎn)并確定可迅速遷移到運(yùn)行狀態(tài)的早期技術(shù)和能力的關(guān)鍵步驟。

定義一種頂層企業(yè)架構(gòu)將讓未來計(jì)劃和能力可迅速無縫整合既有系統(tǒng)，同時(shí)將各種衛(wèi)星通信服務(wù)能力組合到一起。

美空軍商用衛(wèi)星辦公室還將探索采購、交付并將動(dòng)態(tài)商用衛(wèi)星通信需求整合到衛(wèi)星通信企業(yè)中的增強(qiáng)模式。以這種方式實(shí)現(xiàn)商用衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)型將能保證商用衛(wèi)星通信在全球都處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)各種商用衛(wèi)星通信能力的隨時(shí)按需訪問，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間漫游提供支持，并利用美國國防部的集采能力降低成本。美國空軍商用衛(wèi)星辦公室將采購多種工具，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與需求數(shù)據(jù)的近實(shí)時(shí)訪問，提升任務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)劃和分發(fā)能力。

圖2 美國空軍上尉與加拿大聯(lián)絡(luò)官設(shè)置美國空軍的地面多波段終端（GMT）天線

美空軍商用衛(wèi)星辦公室還將提供商用衛(wèi)星可管理服務(wù)功能試驗(yàn)，詳細(xì)評(píng)估技術(shù)和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇。

由于美軍目前運(yùn)行的衛(wèi)星通信終端類型非常之多（約135個(gè)終端項(xiàng)目采購了17000多部終端），終端問題特別麻煩。美國空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心的衛(wèi)星通信試驗(yàn)項(xiàng)目階段2工作成功對(duì)終端靈活性進(jìn)行了原型設(shè)計(jì)和演示。這些演示通過在既有終端中插入預(yù)裝配置文件，對(duì)其進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了在不同衛(wèi)星通信服務(wù)間的漫游。此項(xiàng)工作還開發(fā)了政府企業(yè)管理控制功能、衛(wèi)星服務(wù)提供商以及靈活終端接口和標(biāo)準(zhǔn)。

此外，美國空軍還進(jìn)行了廣泛研討，繼續(xù)獲得各類用戶、業(yè)界和國防部其他利益相關(guān)人的積極參與，實(shí)現(xiàn)未來接口標(biāo)準(zhǔn)。

3、探索顛覆性技術(shù)

顛覆性技術(shù)也將在未來衛(wèi)星通信中發(fā)揮重要作用。

目前全世界有多家商用提供商在積極探索由大量低軌（LEO）小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星通信解決方案。采用低軌衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)帶寬容量的大幅增長，但其發(fā)展可能會(huì)受到缺少可用相控陣終端天線的制約。與傳統(tǒng)碟形天線不同，相控陣天線不需要機(jī)械指向衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤和接收。

相應(yīng)地，移動(dòng)用戶相控陣天線的成熟度也會(huì)對(duì)LEO衛(wèi)星星座的發(fā)展有重大影響。此外，激光星間鏈路也是重要探索方向。采用激光星間鏈路可在天基資產(chǎn)間實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速傳遞，進(jìn)一步增強(qiáng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)彈性。

對(duì)衛(wèi)星通信有重大影響的其他技術(shù)進(jìn)步還包括網(wǎng)狀網(wǎng)以及利用新頻譜體制。網(wǎng)狀網(wǎng)是一種每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并有效用作獨(dú)立路由器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，綜合衛(wèi)星通信體系中可能會(huì)廣泛利用這一概念。美國空軍目前正在進(jìn)行各種頻率應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，有可能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信應(yīng)用帶寬容量的大幅增長。

4、加速交付

美國空軍太空司令部除合并了軍事衛(wèi)星通信和民用衛(wèi)星通信采購權(quán)外，還在積極探索提高效率并利用新的法定權(quán)限縮短交付時(shí)間。

美國空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心花了幾乎6個(gè)月的時(shí)間實(shí)現(xiàn)“SMC 2.0”，對(duì)其結(jié)構(gòu)和過程進(jìn)行了徹底檢查，通過創(chuàng)建面向行動(dòng)的決策框架，推動(dòng)創(chuàng)新，培養(yǎng)伙伴關(guān)系，納入企業(yè)思維，建立不斷進(jìn)取提高的文化氛圍，加速交付過程。

為加速采辦過程，美國2016財(cái)年國防授權(quán)法案的804條款新建了中間采購層權(quán)限，實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)和裝備。這些權(quán)限為原型開發(fā)（使用創(chuàng)新技術(shù)快速開發(fā)可裝備原型，從而演示新能力并滿足新興軍事需求）和裝備（使用已證明技術(shù)裝備達(dá)到生產(chǎn)數(shù)量的新系統(tǒng)或升級(jí)系統(tǒng)）提供了快速?zèng)Q策途徑。ESS、PTS和PTES均已采納新的快速804條款采購權(quán)限。

美國空軍除遵從美國國會(huì)的指導(dǎo)時(shí)，還在采購WGS星座第11顆衛(wèi)星（WGS-11）時(shí)利用了商用技術(shù)和實(shí)踐。WGS-11容量比近幾顆WGS衛(wèi)星都要高，容量和帶寬增長2倍，采用更多波束提高衛(wèi)星彈性，增強(qiáng)了覆蓋能力，具備更好抗干擾性能，提高了靈活性和性能，可更好地為作戰(zhàn)人員提供服務(wù)。

此外，美國空軍空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心還在繼續(xù)推動(dòng)WGS和AEHF項(xiàng)目與10個(gè)國際伙伴國家的合作協(xié)議。這些合作以及就EPS-R項(xiàng)目與挪威的合作代表了美軍要實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模國際合作的發(fā)展方向。

美國空軍通過開發(fā)廣泛的盟國、跨機(jī)構(gòu)和商業(yè)合作伙伴網(wǎng)，可在實(shí)現(xiàn)互操作能力更強(qiáng)、彈性更好、成本效益更高的Fighting SATCOM時(shí)，共同分擔(dān)成本，并更快推動(dòng)和交付未來衛(wèi)星通信體系。

5、結(jié)語

綜合衛(wèi)星通信企業(yè)可向聯(lián)合作戰(zhàn)人員提供前所未有的選擇，為其成功執(zhí)行任務(wù)提供保障。與當(dāng)前的煙囪式衛(wèi)星通信系統(tǒng)集合相比，綜合衛(wèi)星通信企業(yè)將能提供應(yīng)對(duì)21世紀(jì)對(duì)抗性空間域所需的性能和彈性。美國空軍正在加速交付這一企業(yè)體系，保證作戰(zhàn)人員能夠在對(duì)抗、降級(jí)、以及運(yùn)行受限環(huán)境中享有衛(wèi)星通信帶來的種種優(yōu)勢(shì)，并納入更快采購過程和更快指控結(jié)構(gòu)，在任何沖突中維護(hù)美軍的優(yōu)勢(shì)。

向作戰(zhàn)人員交付Fighting SATCOM體系將是美軍未來維持其戰(zhàn)場(chǎng)衛(wèi)星通信優(yōu)勢(shì)的重大舉措。