美國(guó)海軍增加手機(jī)太空信號(hào)塔

天 兵

美國(guó)海軍增加手機(jī)太空信號(hào)塔

天 兵

2015年1月20日，美國(guó)“宇宙神”-5火箭將“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”的第3顆通信衛(wèi)星送入太空。美國(guó)“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”衛(wèi)星星座將于2015年底建成，最終由4顆工作星、1顆在軌備份星和4個(gè)地面站組成。它用于替代美國(guó)海軍現(xiàn)役的“特高頻后繼星”星座，主要提供類似智能手機(jī)服務(wù)的窄帶移動(dòng)通信服務(wù)，可為移動(dòng)作戰(zhàn)人員提供安全通信（包括為移動(dòng)中的軍方用戶提供實(shí)時(shí)語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)），首次實(shí)現(xiàn)為手持用戶終端提供超高頻衛(wèi)星通信，極大地增強(qiáng)了作戰(zhàn)人員移動(dòng)中通信的能力。

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”相當(dāng)于太空中的手機(jī)信號(hào)塔，它既兼容原有的“特高頻后繼星”終端，又可向軍隊(duì)用戶提供升級(jí)的商用第3代（3G）頻譜自適應(yīng)-寬帶碼分多址服務(wù)，且能不受天氣和環(huán)境限制，為艦艇、飛機(jī)和地面部隊(duì)提供更可靠的通信能力。其信道可用率大于97%，總數(shù)據(jù)率比“特高頻后繼星”提高了10倍，約達(dá)40兆比特/秒，可提高中東和南亞等熱點(diǎn)地區(qū)的通信保障能力。

軍用“順風(fēng)耳”大換血

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化的戰(zhàn)爭(zhēng)，所以軍用通信衛(wèi)星具有舉足輕重的作用。對(duì)于在全球大范圍航行的艦艇更是如此，因?yàn)橛闷渌夹g(shù)手段難以滿足艦艇大范圍的通信要求。所以，美國(guó)這一世界海軍和軍用通信衛(wèi)星強(qiáng)國(guó)非常重視，獨(dú)自研制了海軍專用通信衛(wèi)星，并先后發(fā)展了4代。

“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”是美國(guó)海軍的第一代專用通信衛(wèi)星，主要為海軍提供抗干擾的艦隊(duì)廣播和艦艇、潛艇、飛機(jī)、海岸站的保密通信。首顆“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”于1978年2月9日發(fā)射，到1989年9月共發(fā)射了8顆，實(shí)現(xiàn)了除地球兩極地區(qū)以外的全球覆蓋，形成了美國(guó)海軍通信系統(tǒng)的骨干，承擔(dān)了美國(guó)海軍90%的通信任務(wù)，同時(shí)承擔(dān)著美國(guó)陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的快速部署部隊(duì)與美國(guó)戰(zhàn)略司令部之間的雙向甚高頻通信任務(wù)。

每顆“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”載有12臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器，可提供23條特高頻信道。其中10條供海軍使用，12條供空軍用于核部隊(duì)之間進(jìn)行的優(yōu)先戰(zhàn)略通信，1條供國(guó)防部寬帶通信使用。其通信容量為30條話路和21路電傳。它使每艘艦艇都能接收“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”的廣播，艦隊(duì)的旗艦可通過衛(wèi)星下達(dá)命令，進(jìn)行指揮調(diào)度。此外，它還使美國(guó)當(dāng)局能直接同艦隊(duì)中的任何一艘艦艇通信，確保政府對(duì)軍隊(duì)的控制權(quán)，使美國(guó)海軍暢行三大洋。

接替“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”的是“租賃衛(wèi)星”。它于1984年9月1日開始發(fā)射，也采用特高頻，共發(fā)射了5顆。這種衛(wèi)星載有6臺(tái)中繼轉(zhuǎn)發(fā)器、1臺(tái)寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器、5臺(tái)窄帶轉(zhuǎn)發(fā)器、1臺(tái)艦隊(duì)廣播轉(zhuǎn)發(fā)器和2臺(tái)備用轉(zhuǎn)發(fā)器。雖然它比“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”少了10條信道，但由于采用了按需分配多址技術(shù)，故傳輸?shù)男畔⒉⒉簧佟?/p>

特高頻的頻率范圍為300～3000兆赫，在軍事應(yīng)用中有許多特有的優(yōu)勢(shì)，如信號(hào)穿透性強(qiáng)，終端實(shí)用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋及廣播聯(lián)網(wǎng)，接入有保證，所以主要使用在軍事行動(dòng)的初期及惡劣的環(huán)境條件下。

此后，美國(guó)海軍根據(jù)應(yīng)用過程中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，開始研制“特高頻后繼星”。它是美國(guó)海軍第3代專用衛(wèi)星，比“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”“租賃衛(wèi)星”的通信容量大1倍，以滿足美國(guó)海軍日益擴(kuò)大的通信需求。美國(guó)總共生產(chǎn)了11顆“特高頻后繼星”，1993年2月25日開始發(fā)射，其中從1995年發(fā)射的第4顆起，開始增加極高頻通信有效載荷；從第7顆起，極高頻通信有效載荷的信道增加到20個(gè)。所有“特高頻后繼星”都工作于靜止軌道，承擔(dān)了美國(guó)海軍至少90%的通信業(yè)務(wù)。通過“特高頻后繼星”，游蕩在世界各地的美國(guó)海軍得以與本部保持聯(lián)系，確保命令傳輸渠道暢通。每顆“特高頻后繼星”裝有11臺(tái)特高頻固態(tài)功率放大器，提供39個(gè)信道，總帶寬555千赫，其中有21個(gè)5千赫窄帶信道、17個(gè)25千赫中繼信道和1個(gè)25千赫高保密艦隊(duì)廣播通信信道。在1998～2001年發(fā)射的第8、9、10顆“特高頻后繼星”衛(wèi)星上，還用Ka頻段的“全球廣播業(yè)務(wù)”轉(zhuǎn)發(fā)器替換了超高頻載荷，使通信實(shí)力大增。

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”想象圖

“傳聲筒”舊貌換新顏

美國(guó)第4代海軍專用通信衛(wèi)星—“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”是目前世界最先進(jìn)的。負(fù)責(zé)航天的聯(lián)合職能司令部和美國(guó)空軍第14航空隊(duì)司令赫爾姆斯空軍中將認(rèn)為，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”衛(wèi)星使聯(lián)合職能司令部可以繼續(xù)優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)通信，支持聯(lián)合作戰(zhàn)和美國(guó)的國(guó)家通信。“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”項(xiàng)目由位于弗吉尼亞州尚蒂伊的美國(guó)海軍項(xiàng)目執(zhí)行辦公室和位于圣迭戈的通信衛(wèi)星項(xiàng)目辦公室聯(lián)合管理。

近年來(lái)，由于美國(guó)軍方估測(cè)其軍用窄帶衛(wèi)星通信的需求不久將是美國(guó)現(xiàn)役海軍通信衛(wèi)星“特高頻后繼星”總?cè)萘康?50%，所以“特高頻后繼星”已無(wú)法滿足美軍信息化和網(wǎng)絡(luò)中心化發(fā)展的需要，而且其壽命也逐漸達(dá)到了設(shè)計(jì)上限，亟需更新?lián)Q代。為此，美國(guó)從2012年開始發(fā)射“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”衛(wèi)星來(lái)替換“特高頻后繼星”，前者的信息傳輸能力和容量都比后者有很大提高。

目前，由于受窄帶通信的限制，“特高頻后繼星”用戶必須在靜止?fàn)顟B(tài)下將天線指向衛(wèi)星。而“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”可使美軍士兵在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)中的通信。

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”項(xiàng)目總成本60億美元（現(xiàn)在預(yù)期將達(dá)到74億美元），單星成本10億美元。它們旨在為美國(guó)及其盟國(guó)作戰(zhàn)人員提供覆蓋全球的、超視距戰(zhàn)術(shù)通信能力，支持使用各種大型、小型和手持終端的衛(wèi)星移動(dòng)通信用戶。

該衛(wèi)星采用洛克希德·馬丁公司的商用A2100M平臺(tái)，干重約3100千克，功率10千瓦，天線直徑14米，該天線可產(chǎn)生16個(gè)點(diǎn)波束，并采用空間頻率復(fù)用技術(shù)（每個(gè)波束復(fù)用4個(gè)5兆赫寬帶碼分多址射頻載波），從而增加了系統(tǒng)的容量。在每個(gè)點(diǎn)波束內(nèi)，用戶終端與衛(wèi)星通信使用特高頻頻段，衛(wèi)星和基站的通信使用Ka頻段。

為了保證與現(xiàn)役“特高頻后繼星”的用戶終端兼容，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”裝有“特高頻后繼星”上使用的彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（處理和交換由地面控制段完成）和直徑6米的可展開網(wǎng)格天線，提供1個(gè)全球覆蓋波束，即與“特高頻后繼星”類似的一個(gè)特高頻窄帶載荷，可兼容已大量部署的“特高頻后繼星”衛(wèi)星終端，以確?，F(xiàn)役“特高頻后繼星”的用戶能平穩(wěn)向“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”過渡，為海上船只和偏遠(yuǎn)地區(qū)地面移動(dòng)部隊(duì)提供通信鏈路。

此外，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”還攜帶了全新的屬于第3代移動(dòng)技術(shù)的頻譜自適應(yīng)-寬帶碼分多址數(shù)字載荷和直徑14米的折疊徑向肋可展開網(wǎng)格天線，提供16個(gè)點(diǎn)波束，可提供智能手機(jī)聯(lián)通能力。目前，特高頻窄帶載荷已投入使用。在2014年提交國(guó)會(huì)國(guó)防委員會(huì)的報(bào)告中，由于衛(wèi)星波形、地面系統(tǒng)和無(wú)線電終端軟件的相關(guān)問題，海軍已將寬帶碼分多址數(shù)字載荷最終運(yùn)行測(cè)試安排在2015年12月。報(bào)告指出，2014年4月的初始測(cè)試表明，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”的數(shù)字載荷性能還需要更多的時(shí)間才可成熟并通過認(rèn)證。

利用3G移動(dòng)通信技術(shù)，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”可為美國(guó)及其盟國(guó)作戰(zhàn)人員提供覆蓋全球的、更為通暢和強(qiáng)大的超視距軍用語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)同步傳送等戰(zhàn)術(shù)通信能力，包括具有穿透濃密樹葉，以及在有阻擋通信信號(hào)傳播的建筑等障礙物的城市或其他地區(qū)進(jìn)行可靠通信的能力。利用這一新系統(tǒng)，戰(zhàn)場(chǎng)上的部隊(duì)能夠發(fā)送和接收傳真、實(shí)時(shí)電報(bào)和其他不需要更寬帶寬的應(yīng)急通信，提供更加先進(jìn)和更加具有戰(zhàn)術(shù)性的服務(wù)。

現(xiàn)役的“特高頻后繼星”只能應(yīng)付1029個(gè)2400比特/秒的終端同時(shí)接入，總?cè)萘繛?.666兆比特/秒，而單顆“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”就能提供4083個(gè)2400比特/秒的新頻譜自適應(yīng)-寬帶碼分多址終端同時(shí)接入，并能同時(shí)提供106個(gè)“特高頻后繼星”終端接入，單星容量可達(dá)10.054兆比特/秒?！耙苿?dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”星座能處理16332個(gè)2400比特/秒的寬帶碼分多址終端同時(shí)接入，以及424個(gè)“特高頻后繼星”終端接入，并使現(xiàn)有的窄帶衛(wèi)星系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮作用。其新型手持終端還能與美軍最新的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)兼容。

由于具備按需多址能力，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”能更有效地利用頻譜。另外，“特高頻后繼星”采用的是單波束天線，而“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”采用可展開大口徑多波束天線，并采用空間頻率復(fù)用和按需多址技術(shù)，所以總?cè)萘刻岣吡?5倍。其“動(dòng)中通”能力有較大提高，用戶不必在需要通信時(shí)停下來(lái)設(shè)置天線、調(diào)節(jié)方向，衛(wèi)星能支持非定向天線終端。

美國(guó)海軍“租賃衛(wèi)星”

“宇宙神”-5發(fā)射“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”

2015年，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”將具備完整的作戰(zhàn)能力，其各種終端總數(shù)可達(dá)到8.2萬(wàn)套，其中50%為手持式戰(zhàn)場(chǎng)幸存者逃生定位設(shè)備，其余終端為先進(jìn)的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)終端和“特高頻后繼星”的終端。一旦“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”投入使用，就可有效為美軍機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)提供通信保障，為所有軍事部門的任務(wù)目標(biāo)提供超視距通信支持，同時(shí)系統(tǒng)的傳輸容量也能夠獲得提升。

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”的地面控制中心由衛(wèi)星控制中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心和網(wǎng)關(guān)等組成。由于采用了最先進(jìn)的Ka頻段天線設(shè)計(jì)，因此可進(jìn)行高精度的自動(dòng)跟蹤。衛(wèi)星控制中心使用國(guó)防部指定的遙測(cè)、跟蹤和指揮頻率對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)控制中心和網(wǎng)關(guān)提供與國(guó)防信息網(wǎng)絡(luò)以及公共電話交換網(wǎng)絡(luò)的接口。在具體運(yùn)行方面，網(wǎng)絡(luò)控制中心為系統(tǒng)提供特高頻頻段按需分配多址接入控制，為用戶的通信申請(qǐng)動(dòng)態(tài)分配通信頻率。其網(wǎng)關(guān)有4處，均采用光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可與位于夏威夷和弗吉尼亞的網(wǎng)絡(luò)管理和交換中心連接。

為“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”裝整流罩

五大特點(diǎn)彰顯實(shí)力

良好的兼容性 “移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”仍然使用BPSK調(diào)制方式，與現(xiàn)存的“特高頻后繼星”終端完全兼容，能與美軍現(xiàn)役或在研的部分通信電臺(tái)聯(lián)絡(luò)，從而能保障美軍多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)的順利進(jìn)行。這不但能極大提高美國(guó)軍方的通信可用性，并可最大限度地發(fā)揮美軍未來(lái)聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)終端的全部特性能力。

先進(jìn)的交鏈技術(shù) “移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”用戶間信息流的傳遞與“特高頻后繼星”有很大的不同。在該衛(wèi)星系統(tǒng)中，用戶把信息發(fā)到衛(wèi)星上后，衛(wèi)星通過Ka頻段下行鏈路把此信息轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)地面站。然后通過判別信息所要通向的目標(biāo)用戶把其轉(zhuǎn)發(fā)到合適的其他地面站，再由地面站通過Ka頻段把信息發(fā)到衛(wèi)星上，最后衛(wèi)星把信息發(fā)送到正確的目標(biāo)用戶，從而實(shí)現(xiàn)Ka-UHF頻段的交鏈。該衛(wèi)星系統(tǒng)還會(huì)提供一個(gè)選擇國(guó)防信息資料系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、話音服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù)的入口，這是過去無(wú)法做到的。

第3代商用蜂窩技術(shù) “移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”通過寬帶碼分多址波形和通用移動(dòng)電信系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)，來(lái)向包括手持終端在內(nèi)的極大范圍終端傳送文本、話音、視頻和多媒體信息，并可把高質(zhì)量的聲音與同步移動(dòng)圖像連接起來(lái)，在速度上也比現(xiàn)有系統(tǒng)有極大提高。在全球范圍內(nèi)允許同時(shí)接入1997個(gè)用戶（39.2兆比特/秒），覆蓋范圍從北緯65°到南緯65°，傳輸速率甚至可以接近0.128兆比特/秒。

適應(yīng)能力強(qiáng) “移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”的波長(zhǎng)特性使得它能穿透障礙物，或在惡劣氣候等環(huán)境下工作。它不但能提供數(shù)據(jù)率更高、容量更大、連接更穩(wěn)定的話音和數(shù)據(jù)服務(wù)，并且可被用在美國(guó)海軍的遠(yuǎn)程傳感器、單兵背包以及手持終端上。所以，它能突破現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上小型移動(dòng)終端只能實(shí)現(xiàn)短視距通信的局限，提高所有環(huán)境和地形下小型終端的通信能力和聯(lián)通水平。

抗干擾能力強(qiáng) “移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”多個(gè)點(diǎn)波束的工作方式，可以避免“特高頻后繼星”采用全球波束容易遭受任何地區(qū)的上行干擾問題。通過多個(gè)點(diǎn)波束覆蓋不同的作戰(zhàn)區(qū)域，能實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的作戰(zhàn)單元采用多個(gè)波束進(jìn)行通信，降低敵方的單一作戰(zhàn)平臺(tái)對(duì)通信系統(tǒng)的干擾，即敵方無(wú)法通過單一作戰(zhàn)平臺(tái)獲得當(dāng)前區(qū)域的干擾目標(biāo)信息，也無(wú)法對(duì)其他波束的作戰(zhàn)目標(biāo)實(shí)施干擾。同時(shí)，“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”的多個(gè)點(diǎn)波束指向不同區(qū)域，可以利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)某一波束內(nèi)的干擾信號(hào)，通過調(diào)整波束指向避開干擾源所處的區(qū)域，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。此外，該系統(tǒng)還充分利用商用的先進(jìn)技術(shù)，在兼容“特高頻后繼星”的工作方式下，綜合運(yùn)用頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址的技術(shù)體制，極大地提高了系統(tǒng)的通信性能。

“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”星座建成后，將大幅增強(qiáng)美軍全球戰(zhàn)術(shù)軍用通信的能力，因?yàn)樗捎昧藢拵Тa分多址蜂窩技術(shù)，不同蜂窩間可實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，所以蜂窩數(shù)眾多，各個(gè)蜂窩可用信道數(shù)的總和比“特高頻后繼星”多得多。由于兼容性好，并加大了與盟國(guó)尤其是澳大利亞在衛(wèi)星領(lǐng)域的合作關(guān)系，所以“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”不僅可有效滿足美軍未來(lái)多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)通信需求，還能進(jìn)一步促進(jìn)美軍與盟軍執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)的能力。

責(zé)任編輯：劉靖鑫