美軍典型衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備發(fā)展分析

● 文| 錢學(xué)森空間技術(shù)實驗室 鄧連印 　航天東方紅衛(wèi)星有限公司 鄧忠辰

美軍典型衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備發(fā)展分析

● 文| 錢學(xué)森空間技術(shù)實驗室 鄧連印 航天東方紅衛(wèi)星有限公司 鄧忠辰

摘 要：為進一步滿足信息化戰(zhàn)爭的需要，世界各軍事大國在加速發(fā)展衛(wèi)星系統(tǒng)的同時，還在大力加強衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用裝備的研發(fā)，美國歷來十分重視衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備的研發(fā)，認為通過對地面衛(wèi)星通信終端的改進，能夠使衛(wèi)星通信系統(tǒng)在戰(zhàn)場上的應(yīng)用取得突破性進展。文章對美軍幾種典型的衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備作以分析，采用系統(tǒng)分析和歸納的方法對美軍通信裝備進行梳理，代表性地介紹了美國近幾年作為研發(fā)重點的戰(zhàn)術(shù)級衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備、保密衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備和提升部隊機動作戰(zhàn)能力的通信衛(wèi)星裝備。

關(guān)鍵詞:戰(zhàn)術(shù)通信 保密衛(wèi)星通信 機動部署

一、引言

衛(wèi)星通信是美軍執(zhí)行遠程作戰(zhàn)任務(wù)時最為依賴的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信手段，為了改進美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)，提升衛(wèi)星通信能力，美軍進入21世紀后積極開展軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的升級換代，整合原有的寬帶和有保護衛(wèi)星通信系統(tǒng)，從系統(tǒng)體系的角度規(guī)劃和構(gòu)建軍事衛(wèi)星通信體系，重點發(fā)展窄帶、有保護衛(wèi)星通信和寬帶等幾類通信衛(wèi)星，努力提高美軍衛(wèi)星通信的裝備能力，滿足美軍作戰(zhàn)部隊對于衛(wèi)星通信帶寬越來越高的需求[1-2]。

二、關(guān)注戰(zhàn)術(shù)級衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備研發(fā)，提高部隊戰(zhàn)術(shù)通信能力

衛(wèi)星通信支援戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)是美軍一直追尋的目標。要實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)級無縫通信，從衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備這個角度來說，終端必須具備以下特點：體積相對較小，重量輕，展開、撤收靈活，使用方便，抗振能力強等。2012 年，旨在提高部隊戰(zhàn)術(shù)通信能力的“分布式戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)”（DTCS）、“戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)”（WIN-T）項目階段性產(chǎn)品都通過了測試，性能達到甚至超過預(yù)期，另外，還啟動了一個重點研發(fā)戰(zhàn)術(shù)級衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備的項目[2-3]。

1. 基于銥星的分布式戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)（DTCS）

DTCS 也被稱為“網(wǎng)絡(luò)銥星”，是圍繞銥星星座66顆低軌交叉鏈路衛(wèi)星和商業(yè)現(xiàn)有的按鍵即通手持式衛(wèi)星收發(fā)機設(shè)計的，能夠全天候在惡劣作戰(zhàn)環(huán)境下工作，包括在極具挑戰(zhàn)的、多山的阿富汗地區(qū)。

DTCS 中的“網(wǎng)絡(luò)化”是“銥”衛(wèi)星系統(tǒng)支持作戰(zhàn)應(yīng)用的一個重要突破，DTCS 能夠通過“銥”星系統(tǒng)提供一個高效的、多廣播通信架構(gòu)，這種架構(gòu)既能很好地支持戰(zhàn)術(shù)通信，同時還能顯著節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。通過DTCS，士兵能夠進行通話或發(fā)送窄帶數(shù)據(jù)文件，例如小的文本文件，甚至還能夠在一個專用的、定制的、受到管理和控制的用戶網(wǎng)中通過一個通用通道與許多人交談。

DTCS 的開發(fā)、測試和部署是由美國海軍水面作戰(zhàn)中心與“銥星通信聯(lián)合公司”以及商業(yè)伙伴——波音公司和ITT公司，項目遵循螺旋式開發(fā)模式，分成三個階段。2012 年2 月，DTCS 第二階段的產(chǎn)品由美國海軍陸戰(zhàn)隊在“大膽美洲鱷”演習(xí)中首次進行實際應(yīng)用測試。海軍陸戰(zhàn)隊指揮人員通過衛(wèi)星向岸上隊員發(fā)送文字、數(shù)據(jù)、視頻和語音信息，在開闊水域的傳輸距離可達402 km（第一階段產(chǎn)品通信距離160km）。2012 年11 月，在阿拉斯加州的北極區(qū)域，美國海軍工程人員利用第三階段手持式DTCS 產(chǎn)品（如圖1所示） 成功與美國本土的同事進行了通信，這是DTCS 在極端惡劣天氣條件下首次成功完成如此遠距離的通信。測試過程中，工程人員在阿拉斯加的3 處測試地點（巴羅、扣贊伯和安克雷奇）和美國本土的2處測試地點（美國北方司令部總部和海軍水面作戰(zhàn)中心達爾格倫分部）之間進行長時間持續(xù)通信，通信內(nèi)容包括語音通信、網(wǎng)絡(luò)聊天以及在各站點之間互傳位置信息等[3-4]。

圖1 重約1磅的手持收發(fā)機

2. 戰(zhàn)術(shù)級單兵信息網(wǎng)（WIN-T）

WIN-T的概念20世紀90年代后期提出的，可提供指揮、控制、通信、計算、情報、監(jiān)視以及偵察（C4ISR）功能，具有移動性、安全性、無縫性、生存能力強以及能支持多媒體戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)等特點；無論是在指揮所內(nèi)還是在指揮所外，安全手持無線語音終端都將能夠支持移動指揮控制（C2OTM）功能；機動性更強、通信容量更大以及能夠為戰(zhàn)術(shù)前沿部隊提供通信能力；預(yù)計未來十年，美國陸軍能夠在戰(zhàn)場上任意位置實現(xiàn)機動通信能力及組網(wǎng)能力[1-4]。

2004年9月，為進一步加速系統(tǒng)開發(fā)，美國陸軍整合了“通用動力政府系統(tǒng)”公司和洛馬公司的力量，共同開發(fā)系統(tǒng)。WIN-T采用按通信能力遞增的“增量”研發(fā)模式，在“增量1”階段，實現(xiàn)了“快速停止”（atthe-quick-halt）通信能力。2012 年“增量2”設(shè)備通過兩項評估，標志著該項目已實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)移動通信能力?！霸隽?”將使WIN-T的組成部分達到最大的網(wǎng)絡(luò)容量、安全性和移動能力，同時提升實用性能，預(yù)計2016年下半年或2017年初裝備首批軍方用戶；“增量4”使WIN-T利用轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星（TAST）系統(tǒng)提高通信能力，提供更大的信息吞吐量[1-5]。

2012年5月在墨西哥白沙導(dǎo)彈試驗場，得克薩斯州布里斯堡第1裝甲師第1旅、肯塔基州坎貝爾堡101空降師總部和堪薩斯州賴利堡第1步兵師保障旅進行了“增量1b”與“增量2”系統(tǒng)之間的互通性測試。測試表明，“增量2”設(shè)備能夠與“增量1”設(shè)備很好地兼容和互通，使用、維護簡單方便，并在極具挑戰(zhàn)的環(huán)境下（-37℃），各項性能都達到預(yù)期目標。WIN-T 的幾種配置見圖2[4]。

圖2 WIN-T 的幾種配置

三、重視保密衛(wèi)星通信應(yīng)用裝備研發(fā)，確保關(guān)鍵信息傳輸可靠

美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)、保密（protected）衛(wèi)星通信系統(tǒng)、中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)。保密衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作于EHF 頻段，通常具有抗阻塞、抗核輻射能力，能夠保證所傳輸信息的安全性。美軍此類衛(wèi)星主要是“軍事星”（Milstar）及“先進極高頻”衛(wèi)星（AEHF）。

1.美國海軍多頻段終端

美國海軍的多頻段終端計劃（NMT）由美國“航天與海戰(zhàn)系統(tǒng)司令部”領(lǐng)導(dǎo)，2001年1月，與哈里斯(Harris)和雷聲（Raytheon）公司簽署關(guān)于發(fā)展海軍先進極高頻衛(wèi)星通信終端系統(tǒng)的合同，旨在研發(fā)一種多頻段、多模式的衛(wèi)星通信終端。NMT一般采用EHF、Ka和X頻段通信，支持LDR、MDR、XDR數(shù)據(jù)速率，滿足美國國防部SCA標準，比現(xiàn)有終端更可靠，可以提供更大的帶寬。NMT可以與多種衛(wèi)星系統(tǒng)通信，這其中包括軍事星（Milstar）、“先進極高頻”（AEHF）系統(tǒng)、“特高頻后續(xù)星”（UFO）、“極軌（Polar）衛(wèi)星”、“先進極軌衛(wèi)星”（APS）、“寬帶全球衛(wèi)星”（WGS）、“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（DSGS）、“全球廣播系統(tǒng)”（GBS）、“轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星系統(tǒng)”（TAST）[4-7]。

NMT將滿足美海軍三種需求：帶寬有效性的擴展、縮減“最大財政開支”、依靠“武力網(wǎng)”（FORCE net）支持網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)。美海軍和Marine公司計劃將“武力網(wǎng)”（FORCE net）設(shè)計為能夠?qū)鞲衅?、武器、作?zhàn)人員、指揮控制系統(tǒng)各平臺和指揮員集成為一個一體化作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。NMT的另外一個特點就是艦載間的傳輸信號強度小，留下的“蹤跡”不易被探測。

NMT 是雷聲(Raytheon)公司研制的3 種AEHF 終端中的一種，目前已經(jīng)在生產(chǎn)并成功與AEHF 衛(wèi)星實現(xiàn)交互，系統(tǒng)使用擴展數(shù)據(jù)速率（XDR）波形，可為用戶提供更大的帶寬和更高的傳輸速率。2012 年6 月，雷聲公司從美國海軍獲得兩份合同，一份價值7900 萬美元，為其提供數(shù)十部NMT 終端；另一份價值1900 萬美元，將把NMT 與空軍增強型極軌衛(wèi)星（EPS）鏈接，這種鏈接將使得美國海軍和空軍作戰(zhàn)人員在遙遠的極地地區(qū)的通信縫隙得到填補。依據(jù)合同，雷聲公司已經(jīng)開始對安裝配備在艦船、潛艇上以及岸上的NMT 終端進行軟件和工程修正工作，以使其與EPS 系統(tǒng)實現(xiàn)通信鏈接[5-8]。

2. 先進超視距終端系列

美國“先進超視距終端系列（FAB-T）”計劃，旨在研制一系列適用于各種平臺的寬帶保密衛(wèi)星通信終端，2002年9月，美空軍授予波音公司領(lǐng)導(dǎo)的承包小組一項價值2.732億美元的合同。FAB-T是一個以網(wǎng)絡(luò)為中心的終端系列，打破了美國空軍以前“煙囪”式的能力，將為聯(lián)合部隊提供可編程的、支持多任務(wù)的系列衛(wèi)星通信終端，在設(shè)計時使其通用部分實現(xiàn)最大化，使其實現(xiàn)與不同的衛(wèi)星接口，實現(xiàn)與地面、空中和空間平臺的信息交換。AEHF是FAB-T能力的核心，可為核心任務(wù)提供有保障的通信。

為了確保體系結(jié)構(gòu)在其服役期內(nèi)始終保持相關(guān)，F(xiàn)AB-T能夠兼容未來波形，軟件和硬件也都采用了通用性標準。對軟件而言，F(xiàn)AB-T是軟件定義的，采用聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)的軟件通信體系結(jié)構(gòu)。FAB-T設(shè)計的核心是兩個“調(diào)制解調(diào)器處理器組盒”，它們被做成四方的X型以滿足B-2的尺寸要求。同時，操作界面組件（OIG）采用了通用原則，使用一致的操作員面板和數(shù)據(jù)集管理設(shè)備。

FAB-T是空軍一項漸進螺旋式的采購計劃，分成4個階段。階段1將向B-2、B-52、RC-135、E-6B和E-4B飛機提供受安全的、抗毀性強的EHF通信；階段2將在此基礎(chǔ)上進行擴展，在終端上增加一些附加能力，如雙向Ku/Ka頻段衛(wèi)星通信能力、274MbpsKa頻段通信轉(zhuǎn)發(fā)能力和安裝在高空續(xù)航平臺的“全球鷹”無人機上。階段3將與陸軍、海軍共同開發(fā)“可編程目標加密技術(shù)”計劃，提供吉比特加密；階段4初步規(guī)劃為提升可拓展能力[6-9]。

FAB-T 也是AEHF 終端，由波音公司研發(fā)，如圖3所示。2012 年4 月，波音公司與美國空軍共同完成了FAB-T項目初步設(shè)計評審和關(guān)鍵設(shè)計評審，標志著FAB-T 項目取得重大進展。這兩項設(shè)計評審主要驗證了為美國總統(tǒng)與國家、軍隊高層領(lǐng)導(dǎo)之間安全通信而設(shè)計的“總統(tǒng)級和國家級語音會議”（PNVC）方案的可行性。2012 年6 月，F(xiàn)AB-T 首次完成了與在軌AEHF 衛(wèi)星的XDR、低數(shù)據(jù)率（LDR）通信試驗。其后還將開發(fā)抗核加固能力，并完善功能，使其能夠使用多種波形與AEHF、Milstar 星座通信。按照計劃，F(xiàn)AB-T 未來將安裝在固定或陸基（空基）移動平臺上[3-7]。

圖3 波音公司研制的FAB-T 終端

四、及時將成熟衛(wèi)星應(yīng)用裝備部署部隊，以求快速生成作戰(zhàn)能力

為了達到全球部署聯(lián)合任務(wù)部隊的需求，美軍需要不斷提高其應(yīng)急作戰(zhàn)的能力，這就要求作戰(zhàn)人員能夠基于高效的通信能力在戰(zhàn)場上快速、靈活地機動，具備移動中通信的能力，美國陸軍、空軍、海軍以及駐海外部隊的衛(wèi)星應(yīng)用設(shè)備都得到了重新配備或改進[4]。

1.空軍B-2 轟炸機配備衛(wèi)星通信終端高速處理子系統(tǒng)

2012 年9 月，美國空軍授予諾格公司一份總金額達1.08 億美元的EHF 衛(wèi)星通信終端高速處理子系統(tǒng)初始小批量生產(chǎn)合同。2012 年7 月底，高速處理子系統(tǒng)涉及的硬件和軟件已由美國空軍成功完成了一系列作戰(zhàn)試驗。

合同簽訂后，諾格公司開始為美國空軍B-2裝配高速處理子系統(tǒng)，以升級機載UHF 衛(wèi)星通信終端。該高速處理子系統(tǒng)包括新的硬件和軟件，硬件部分由1 臺綜合處理單元、1 個高容量磁盤驅(qū)動器和1 套光纖網(wǎng)絡(luò)組成。綜合處理單元將取代目前B-2上12 臺獨立的航電計算機；磁盤驅(qū)動器能支持B-2 向外部傳送和接收EHF 數(shù)據(jù)；光纖網(wǎng)絡(luò)將支持B-2 之間和內(nèi)部設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。該高速處理子系統(tǒng)能夠使B-2 的計算處理能力和數(shù)據(jù)處理容量得到極大增長，使其能夠以目前所配終端傳輸速度的100 倍發(fā)送和接收戰(zhàn)場信息，從而具備了更強的通信能力和執(zhí)行武器投放任務(wù)的能力[5-9]。

2.空軍C-130J 運輸機配備新型Block 8.1衛(wèi)星通信組件

洛馬公司近期授權(quán)丹麥 Thrane 公司為美國空軍的C-130J 超級大力神運輸機配備新型Block 8.1衛(wèi)星通信組件。需要更新的飛機有200 多架，合同截止期限為2018 年，預(yù)計費用將超過2477 萬美元（1.5億丹麥克朗）。Thrane公司將采用經(jīng)DO178B 認證的、符合目前國際移動衛(wèi)星公司關(guān)于安全駕駛標準規(guī)定的航空700D（AVIATOR 700D）產(chǎn)品進行改裝，產(chǎn)品支持SwiftBroadband IP 數(shù)據(jù)和語音功能，如圖4所示[4-8]。

圖4 AVIATOR 700D 海事衛(wèi)星航空通信終端

3. 特種作戰(zhàn)部隊配備VSAT 衛(wèi)星通信移動終端

2012年7月，美國特種作戰(zhàn)部隊與美國L-3 通信公司簽署了價值高達5 億美元、為期5 年的合同，通過名為“特種部作戰(zhàn)隊可部署節(jié)點系列終端”（Special Operations Forces Deployable Node-Family of Terminals，SDN-Lite FOT）的項目采購公司的VSAT 衛(wèi)星終端。

在SDN-Lite FOT 項目中，美國特種作戰(zhàn)司令部計劃采購L-3 公司的直徑為1.2m 的三頻段“鷹眼”（HawkeyeTM）III Lite 終端（如圖5所示）和直徑為2.0m的四頻段“鷹眼”III VSAT 終端。“鷹眼”III Lite 1.2m終端具有輕質(zhì)、模塊化設(shè)計等特點，裝備有iConnex e800調(diào)制解調(diào)器，能夠自動獲取Ku、X 和Ka 頻段的信號，其通用交互式的設(shè)計可以使其在三個頻段間任意切換。同時它擁有4 個LAN 接口，并兼容DVB-S2/ACM設(shè)備。與“鷹眼”III 1.2M 終端相比，“鷹眼”III 2.0M終端不僅能夠自動獲取Ku、X 和Ka 頻段信號，還能夠在C 頻段進行信號的自動獲取。首批“鷹眼”III Lite 1.2m和“ 鷹眼”III2.0m VSAT 終端已于2012年底交付給美國特種作戰(zhàn)部隊[6-8]。

4.美駐韓部隊配備“移動全球主動分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”系統(tǒng)

近日，ITT Exelis 公司與美國陸軍簽訂了一項裝備快速配備（Rapid Equipping Force）合同，向駐韓第二步兵師配備用于“移動任務(wù)指揮”（MCOTM）的通信系統(tǒng)。此次配發(fā)的是改進型“移動全球主動分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”（GNOMAD）系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 裝甲指揮車上的“移動全球主動分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”終端

GNOMAD 可提供移動寬帶衛(wèi)星連接服務(wù)，采用商用現(xiàn)貨產(chǎn)品研發(fā)，是一種經(jīng)過實戰(zhàn)考驗的模塊化通信系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)可以連接到戰(zhàn)場上最基層的作戰(zhàn)單位。GNOMAD可幫助第二步兵師在移動中保持態(tài)勢感知并執(zhí)行命令。改進型GNOMAD 設(shè)備減小了尺寸、重量，可配備在多種美國陸軍地面作戰(zhàn)平臺上，如“防地雷反伏擊車”等。老型號的GNOMAD 還曾配備給2011年被派往伊拉克的第四步兵師使用[6-10]。

五、結(jié)束語

在現(xiàn)階段越來越強調(diào)戰(zhàn)場聯(lián)合作戰(zhàn)的背景下，軍事通信系統(tǒng)的互操作性無疑是系統(tǒng)研制時必須重點考慮的要素，美軍現(xiàn)階段種類繁多、數(shù)量龐大的衛(wèi)通終端設(shè)備則是美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)確?；ゲ僮餍员仨毧朔奶魬?zhàn)。美軍現(xiàn)階段的軍事戰(zhàn)略越來越強調(diào)部隊的遠程作戰(zhàn)能力，因而對衛(wèi)星通信的需求還將繼續(xù)增加，美軍目前開展的衛(wèi)通終端研究無論能否按照計劃部署取得成功，都值得我們繼續(xù)跟蹤和關(guān)注[9-10]。

參考文獻

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