開啟另一個(gè)通信時(shí)代

劉進(jìn)軍

超豪華神經(jīng)系統(tǒng)

衛(wèi)星通信將發(fā)生翻天覆地的變化。新頻段的啟用；先進(jìn)的極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶多媒體通信系統(tǒng)和激光衛(wèi)星通信系統(tǒng)；先進(jìn)的氙粒子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、星載天線技術(shù)、超高速轉(zhuǎn)發(fā)器、光學(xué)轉(zhuǎn)發(fā)器等衛(wèi)星技術(shù)，為天上人間增添不一樣的色彩。

衛(wèi)星的發(fā)展充滿了火藥味。先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)首先應(yīng)用于軍事，從軍事衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星的發(fā)展，人們已經(jīng)遙遙看到未來衛(wèi)星通信的曙光。歷史的經(jīng)驗(yàn)證明，一項(xiàng)先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)，從軍用轉(zhuǎn)為民用只需5年的時(shí)間，甚至更短。

軍事衛(wèi)星是軍事強(qiáng)國(guó)的象征。美國(guó)的軍事通信衛(wèi)星給人們震撼與迷茫，為未來戰(zhàn)爭(zhēng)敲響了警鐘，也給衛(wèi)星通信帶來變革和發(fā)展。睜大眼睛看清美國(guó)軍事通信衛(wèi)星的秘密，了解未來的衛(wèi)星通信，了解未來衛(wèi)星通信的發(fā)展。也許不久的將來，先進(jìn)的科技來到尋常百姓家。

軍事通信衛(wèi)星是美軍的神經(jīng)?，F(xiàn)在，美軍大型軍事通信衛(wèi)星和國(guó)家偵察局秘密的中繼衛(wèi)星約有20顆，其中有“國(guó)防通信”衛(wèi)星、“軍事星”、“特高頻后繼”星、“寬帶填隙”衛(wèi)星。為了在太空建設(shè)超豪華神經(jīng)系統(tǒng)，美國(guó)正在研發(fā)的有“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星、“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星和“轉(zhuǎn)型”衛(wèi)星等。

先進(jìn)的軍事通信衛(wèi)星常采用抗核加固、抗干擾、極高頻、自適應(yīng)天線調(diào)零、擴(kuò)展調(diào)頻、跳頻、交叉鏈路、星上信號(hào)處理和核能源等新技術(shù)，具有保密性強(qiáng)、靈活機(jī)動(dòng)、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，并能減少對(duì)地面站的依賴。通信衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)有通信容量、通信速度、抗干擾技術(shù)、覆蓋區(qū)域、設(shè)計(jì)壽命等。

在天上說話不腰疼，但要花大錢。美國(guó)每年花費(fèi)100多億美元發(fā)展軍事通信衛(wèi)星，淋漓盡致地將各種最先進(jìn)技術(shù)集成到衛(wèi)星上。美國(guó)國(guó)防部說：“為了在天上說話，為了站穩(wěn)了說話，腰疼又何妨?！?/p>

沒有最寬，只有再寬

從2003年開始，美軍在通信衛(wèi)星上應(yīng)用先進(jìn)的激光技術(shù)，替代原來的無線電信號(hào)技術(shù)。第一顆裝有激光通信設(shè)備的軍用衛(wèi)星是“寬帶填隙”衛(wèi)星。

“寬帶填隙”衛(wèi)星利用激光方向性好、頻帶寬、速度快、距離遠(yuǎn)的特性，進(jìn)行衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面通信，是一項(xiàng)嶄新的通信技術(shù)。

“寬帶填隙”衛(wèi)星為美軍設(shè)計(jì)了一套完整的野戰(zhàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)。美軍司令部可以在大洋彼岸通過衛(wèi)星給地球另一邊的各部隊(duì)發(fā)號(hào)施令。任何一支部隊(duì)能與上級(jí)通信，也同時(shí)能與其他軍種和兵種的部隊(duì)單獨(dú)通信。野戰(zhàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)特別適用于快速移動(dòng)通信、多兵種作戰(zhàn)。戰(zhàn)機(jī)、直升機(jī)、無人機(jī)，軍車時(shí)速140km時(shí)，通信不會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，通信不會(huì)中斷。激光衛(wèi)星通信能比現(xiàn)在的效率提高十幾倍。

首顆“寬帶填隙”衛(wèi)星于2007年8月14日在圭亞那庫魯航天中心發(fā)射，軌道位于94.5°w。“寬帶填隙”衛(wèi)星主要由波音公司研制，應(yīng)用“波音-702”衛(wèi)星平臺(tái)，衛(wèi)星尺寸5.1×3.4×3.1m，太陽能帆板長(zhǎng)40.9m，質(zhì)量約6000kg，功率12.3kW，設(shè)計(jì)壽命12.6年。星上裝有x頻段和Ka頻段系統(tǒng)，有效載荷至少能支持1.2GB/s總單工流量?！皩拵钕丁毙l(wèi)星星座由6顆靜止軌道衛(wèi)星組成。

“寬帶填隙”衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器工作頻段為：空間至地面的下行信號(hào)7.25～7，75GHz和20.2-21.2GHz，地面到空間的上行信號(hào)7.9-8.4GHz和30-31GHz。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有10個(gè)Ka波束萬向蝶形天線，8個(gè)xN段波束相控陣天線陣，1個(gè)x頻段地球覆蓋波束喇叭天線。雙向×頻段和ka頻段用于戰(zhàn)術(shù)寬帶通信，×頻段和ka頻段用于全球廣播?！皩拵钕丁毙l(wèi)星的通信能力極強(qiáng)，分配任務(wù)命令1.1MB速度時(shí)，只要0.4秒；傳輸8×10英時(shí)的圖片，每秒速度24MB，只需9秒；同時(shí)與8架全球鷹無人機(jī)以137MB通信；傳輸雷達(dá)照片，1GB時(shí)，只需6.4分鐘。美國(guó)直播衛(wèi)星公司提供全套十分成熟的直播電視系統(tǒng)，傳輸戰(zhàn)場(chǎng)畫面就如同播放衛(wèi)星電視。

“寬帶填隙”衛(wèi)星能提供雙向Ka頻段通信能力，并支持軍事機(jī)動(dòng)、雙向全體終端?！皩拵钕丁毙l(wèi)星支持交叉頻段聯(lián)通：×頻段上行鏈路鏈接到Ka頻段下行鏈路，Ka頻段上行鏈路鏈接到X頻段下行鏈路。

看著電視玩作戰(zhàn)

2009年2月，美國(guó)第二顆“先進(jìn)極高頻”軍事通信衛(wèi)星進(jìn)行熱真空試驗(yàn)，預(yù)計(jì)于2011年發(fā)射升空。美國(guó)洛克西德一馬丁公司是“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星的主承包商，系統(tǒng)集成，諾格公司、英國(guó)宇航系統(tǒng)公司、泰坦公司、宇航推進(jìn)系統(tǒng)公司也參與研發(fā)。

“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星用于替代“軍事星”通信系統(tǒng)。3顆衛(wèi)星組成星座，給戰(zhàn)區(qū)指揮宮提供高安全性的、抗干擾的、不易截獲的、不易探測(cè)到的通信服務(wù)，確保無縫通信。一顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星超過整個(gè)“軍事星”星座的通信能力，而且更強(qiáng)大。

“先進(jìn)極高頻”的質(zhì)量為2500～3000kg,有50多個(gè)信道，數(shù)據(jù)率8MB/s，通信能力375MB/s,設(shè)計(jì)壽命為10年。衛(wèi)星覆蓋范圍為南北緯65度間，總通信能力比“軍事星”大10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率高6倍。傳輸8×10的圖像，速度24MB，24秒鐘完成；轉(zhuǎn)發(fā)“全球鷹”無人偵察機(jī)的雷達(dá)圖像，速度12024MB，2分鐘完成。在移動(dòng)通信中，支持18條鏈路，速度每秒64KB。高速的傳輸率可以做到實(shí)時(shí)畫面、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)。

高速的數(shù)據(jù)率將實(shí)現(xiàn)軍事通信的變革。戰(zhàn)場(chǎng)視頻、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)等信息都顯示在屏幕上，如同看電視玩電子游戲一樣。戰(zhàn)機(jī)、坦克、潛艇、戰(zhàn)士如同攝像師，將偵察到的視頻發(fā)送給司令部。沖鋒陷陣的信息、掃描到的數(shù)據(jù)、戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)面都實(shí)時(shí)反映，歷歷在目。指揮員了解戰(zhàn)場(chǎng)就好像看戰(zhàn)爭(zhēng)大片，指揮戰(zhàn)爭(zhēng)就好像是“導(dǎo)演”，有時(shí)自己也成了“演員”。美國(guó)國(guó)防部說：只靠通話和文字指揮作戰(zhàn)的時(shí)代已經(jīng)過去。

“先進(jìn)極高頻”系統(tǒng)可直接對(duì)來自終端的請(qǐng)求做出回答，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，對(duì)高級(jí)別用戶還能提供專用信道。生命力是戰(zhàn)爭(zhēng)，也是衛(wèi)星的能力。衛(wèi)星通過星間通信實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)，減少衛(wèi)星對(duì)地面系統(tǒng)的依賴。如果地面控制站被破壞，整個(gè)系統(tǒng)仍能自主工作6個(gè)月。當(dāng)然，3顆這樣的衛(wèi)星要花去納稅人的60億美元。

這個(gè)太空有的冷。通信衛(wèi)星大部分運(yùn)行在地球上空36000km的惡劣環(huán)境中，除了抵抗自然電磁噪聲干擾外，還必須對(duì)抗蓄意制造的強(qiáng)電磁干擾的能力。在當(dāng)代電子戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下，通信衛(wèi)星受到敵方的偵收、干擾和攻擊等威脅極大?？垢蓴_技術(shù)成為通信衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)。衛(wèi)星采用數(shù)字波束、跳頻、鐵氧體技術(shù)及復(fù)合信號(hào)驅(qū)動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，可有效從空間、時(shí)間、頻段等多個(gè)方面抵抗多種干擾，保證衛(wèi)星在空間惡劣電磁環(huán)境下更好地通信。

第一顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星已幾次推遲發(fā)射，預(yù)計(jì)將在2009年上半年發(fā)射?？简?yàn)先進(jìn)技術(shù)的時(shí)刻即將到來。

永遠(yuǎn)在線的衛(wèi)星

“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星采用第三代移動(dòng)通信技

3G技術(shù)。3G技術(shù)支持圖像、音樂、視頻流等多媒體，提供網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。衛(wèi)星試驗(yàn)證明，這種衛(wèi)星十分可靠，試驗(yàn)期間從未掉線，可以稱為永遠(yuǎn)

在線的衛(wèi)星。第一顆“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星將2010年的某一天，可能在美國(guó)范登堡空軍基地首次發(fā)射，為美軍和盟軍牽線搭橋，傳遞情報(bào)。

“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星美國(guó)海軍的第三代窄帶、超視距戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星。它是一個(gè)復(fù)雜的、為移動(dòng)用戶提供全球窄帶衛(wèi)星通信。它為美國(guó)陸軍、海軍、空軍以及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)提供同步的語音、視頻和數(shù)據(jù)通信的移動(dòng)服務(wù)。衛(wèi)星星座由6顆工作星和1顆備份星組成，工作壽命為13～14年，全球波束覆蓋南北緯65°之間的區(qū)域。

“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星采用3G移動(dòng)通信技術(shù)，可同步傳輸語音、數(shù)據(jù)和圖像，不受天氣和環(huán)境限制。它以29.4MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)為2300多個(gè)用戶提供服務(wù)，能為艦艇、飛機(jī)和地面部隊(duì)提供更可靠的窄帶通信能力?！皺C(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星是美海軍新一代窄帶衛(wèi)星通信星座，將取代目前使用的“超高頻后繼”衛(wèi)星?！耙苿?dòng)用戶目標(biāo)”系統(tǒng)的通道傳輸量與信息容量，超出“超高頻后繼”衛(wèi)星10倍以上。

這種專門為移動(dòng)通信研發(fā)的衛(wèi)星，有兩個(gè)怪異的超高頻網(wǎng)狀天線，組成反射器系統(tǒng)。一個(gè)5m和一個(gè)12m反射器天線，都是金色的反射面，外形像一把傘。金光閃閃的發(fā)射器由位于美國(guó)佛羅里達(dá)州的哈里斯公司制造。

美國(guó)洛克西德-馬丁公司要將“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星建成太空的巡洋艦。衛(wèi)星將運(yùn)行在地球同步軌道，采用洛馬公司A2100的衛(wèi)星平臺(tái)，使用先進(jìn)的3G蜂窩技術(shù)。愛立信公司提供3G寬帶碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)。它可將文本、聲音、視頻和多媒體信息，傳輸給眾多平臺(tái)、手持和便攜式終端。諾斯羅普·格魯曼公司提供慣，性導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)直播衛(wèi)星公司提供直播電視系統(tǒng)。

“機(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星的設(shè)計(jì)非常完美，可以保證滿足甚至超過美軍作戰(zhàn)需求。先進(jìn)的技術(shù)、優(yōu)良的“基因”有可能遺傳給下一代美軍窄帶戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星?！皺C(jī)動(dòng)用戶目標(biāo)”衛(wèi)星的費(fèi)用約為60億美元。

新的里程碑

2003年5月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)了“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”計(jì)劃?！拔磥碜鲬?zhàn)系統(tǒng)”由高科技坦克、戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人和指揮控制系統(tǒng)等18個(gè)子系統(tǒng)組成。

“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”將改變戰(zhàn)爭(zhēng)的概念和全貌。網(wǎng)絡(luò)化、精確化、輕巧化是“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”的三大特點(diǎn)。每一枚導(dǎo)彈、每一支槍、每一個(gè)士兵和每一臺(tái)無線電接收器都擁有自己的lP地址。許多作戰(zhàn)已是網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器人化、太空化。當(dāng)士兵遇到麻煩，不是先召喚直升機(jī)增援，而是直接尋求衛(wèi)星的支持，好像是與外星人作戰(zhàn)。從技術(shù)含量上看，未來的美軍更像一支科幻部隊(duì)。

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)成為美國(guó)作戰(zhàn)的組織原則。美軍的信息量每年以30％以上增長(zhǎng)，通信的帶寬需求總是“水漲船高”，大容量的通信衛(wèi)星受到挑戰(zhàn)。特大容量的“轉(zhuǎn)型”通信衛(wèi)星應(yīng)運(yùn)而生，總費(fèi)用約110億美元。

為了跟上“轉(zhuǎn)型”軍事思想和“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”的步伐，“轉(zhuǎn)型”通信衛(wèi)星將致力建立一個(gè)立體覆蓋全球的龐大信息網(wǎng)絡(luò)，遍布陸地、空中、海洋和太空。衛(wèi)星支持軍事戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略和空基情報(bào)、監(jiān)視和偵察用戶。

“轉(zhuǎn)型”通信衛(wèi)星有三項(xiàng)核心技術(shù)：空間激光通信技術(shù)、空間因特網(wǎng)技術(shù)和動(dòng)中通通信技術(shù)。衛(wèi)星采用Ka頻段、激光通信技術(shù)，把激光通信、現(xiàn)在或?qū)淼纳漕l能力的許多特性進(jìn)行最佳結(jié)合?！稗D(zhuǎn)型”衛(wèi)星系統(tǒng)由美空軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心和洛杉磯空軍基地負(fù)責(zé)管理。

“轉(zhuǎn)型”通信衛(wèi)星系統(tǒng)由5顆衛(wèi)星組成天基高帶寬通信星座，4顆工作星，1顆備份星。它是整個(gè)“轉(zhuǎn)型”通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中心，是高度安全、抗干擾、防核輻射的系統(tǒng)統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)接收和發(fā)送激光、射頻數(shù)據(jù)。衛(wèi)星系統(tǒng)支持速率達(dá)45MB/s的射頻通信，激光通信用戶的數(shù)據(jù)率在10－100GB/s之間；支持3～5個(gè)獨(dú)立激光用戶的同時(shí)訪問。衛(wèi)星還通過一個(gè)射頻鏈路連接到“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星星座，可與美國(guó)的主要軍事、通信衛(wèi)星協(xié)作。

信號(hào)覆蓋全球是“轉(zhuǎn)型”衛(wèi)星一大特點(diǎn)。轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星系統(tǒng)通信能力有很大提高。最具優(yōu)勢(shì)的是全球波束，能在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)提供實(shí)時(shí)通信。移動(dòng)載體不論位于全球任何位置，都能在移動(dòng)中使用手持、便攜式接收機(jī)接收信息。

移動(dòng)通信是“轉(zhuǎn)型”衛(wèi)星的另一個(gè)特點(diǎn)。軍隊(duì)能夠“動(dòng)中通”，在行進(jìn)中實(shí)時(shí)訪問衛(wèi)星，獲取視頻、照片或者雷達(dá)圖像。部隊(duì)停下來進(jìn)行通信已不符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的速度。終端天線的最小口徑只有一英尺，約25cm,攜帶和安裝方便、隱蔽，不受干擾或者天氣條件限制。

“轉(zhuǎn)型”衛(wèi)星的通信能力是史無前例的，速度快到不可想象。傳輸8×10英時(shí)的圖像，每秒24MB，少于1秒；轉(zhuǎn)發(fā)“全球鷹”無人偵察機(jī)的雷達(dá)圖像，每秒12024MB，也少于1秒完成。在移動(dòng)通信中，支持1500條鏈路，每秒速度1.5MB。

“轉(zhuǎn)型”衛(wèi)星減省時(shí)間。美國(guó)軍事衛(wèi)星通信辦公室統(tǒng)計(jì)，1994年“軍事星－1”下達(dá)一次空中任務(wù)命令就需要1.02小時(shí)的時(shí)間；后來使用“軍事星－2”傳輸一次空中任務(wù)命令的時(shí)間下降至大約5.7秒。2008年，使用“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星，時(shí)間下降至1.07秒，而“轉(zhuǎn)型”通信衛(wèi)星系統(tǒng)需要的時(shí)間少于1秒。

2014年后，美國(guó)“轉(zhuǎn)型”軍事通信衛(wèi)星將粉墨登場(chǎng)。它到底有多先進(jìn)呢?這是軍事機(jī)密。美國(guó)國(guó)防部說：它將開啟“另一個(gè)通信時(shí)代”。