意大利部署新一代軍用通信衛(wèi)星

朱貴偉 （北京空間科技信息研究所）

2015年4月27日，歐洲阿里安航天公司的阿里安－5（Ariane－5）運載火箭采用“一箭雙星”的發(fā)射方式，成功將索爾－7（Thor－7）和錫克拉－2（SICRAL－2）衛(wèi)星送入地球同步轉移軌道。其中，錫克拉－2衛(wèi)星是意大利新一代軍用通信衛(wèi)星，用于接替2001年發(fā)射的錫克拉－1A衛(wèi)星，成為未來意大利軍用衛(wèi)星通信的主力。

1 發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

為發(fā)展獨立于美國和北約的軍事衛(wèi)星通信能力，意大利于1996年啟動了“錫克拉”計劃，預算約為4.6億歐元，包括2顆衛(wèi)星的研制與發(fā)射、維尼亞·迪瓦萊地面控制中心的建設，以及107部固定和移動式通信終端。“錫克拉”的全稱為“意大利保密通信與告警系統(tǒng)”（Sistema Italiano per Comunicazioni Riservate ed AIIarmi），是意大利第一個軍用衛(wèi)星系統(tǒng)，同時也是歐洲第一個采用極高頻（EHF）的軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)，用于提供戰(zhàn)略和戰(zhàn)術衛(wèi)星通信服務，支持國防作戰(zhàn)、維和行動、應急救災、人道主義援助等任務。

綜合來看，意大利軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)配合網(wǎng)絡中心戰(zhàn)建設，將整個系統(tǒng)分成空間段和地面段兩大部分，空間段目前包括4顆衛(wèi)星，分別為錫克拉－1A、1B、2和“雅典娜-費多思”（Athena-FIDUS），地面段包括網(wǎng)絡和運管中心、各類通信終端以及綜合后勤支持系統(tǒng)三大部分。

2001年2月7日，錫克拉－1 A衛(wèi)星發(fā)射，定點在16.2°（E）。該衛(wèi)星采用地球靜止客車（Geobus）衛(wèi)星平臺，功率3.28kW，設計壽命10年。星上攜帶特高頻（UHF）、超高頻（SHF）和極高頻轉發(fā)器。其中，特高頻有效載荷工作在240～300MHz，利用全球波束提供戰(zhàn)術移動通信服務；超高頻有效載荷工作在7～8GHz，提供大容量通信服務；極高頻有效載荷工作在20～44GHz，覆蓋意大利本土，用于基礎通信。

2009年4月20日，錫克拉－1B衛(wèi)星發(fā)射，定點在11.8°（E），用于提供備份及補充，因而衛(wèi)星設計基本與錫克拉－1A相同。但是，衛(wèi)星在技術上有所改進，性能也有所提升。首先在衛(wèi)星方面，發(fā)射質量增加了500kg，功率提升至4.2kW，設計壽命提升至13年。其次，在有效載荷方面，雖然同樣仍攜帶特高頻、超高頻和極高頻頻段有效載荷，但是增加了抗核電磁脈沖能力和抗干擾能力。

2014年2月6日，“雅典娜-費多思”衛(wèi)星發(fā)射，定點在38.7°（E）。該衛(wèi)星為意大利和法國聯(lián)合研制的軍民兩用通信衛(wèi)星，采用空間客車－4000B2（Spacebus－4000B2）衛(wèi)星平臺，發(fā)射質量3080kg，設計壽命15年。衛(wèi)星工作在Ka頻段和極高頻，有效載荷可分為兩個部分，分別由意大利和法國管理。

2015年4月27日，錫克拉－2衛(wèi)星發(fā)射，定點在37°（E）。該衛(wèi)星用于替代超期服役的錫克拉－1A衛(wèi)星，攜帶特高頻和超高頻有效載荷，確保意大利軍用衛(wèi)星通信能力延續(xù)。

意大利軍用衛(wèi)星通信體系

2 錫克拉－2衛(wèi)星性能指標

2010年5月7日，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）、空間通信公司（Telespazio）和意大利國防部、法國裝備采購局簽署了錫克拉－2衛(wèi)星和地面段的研制合同，合同總價值2.95億歐元，其中泰雷茲-阿萊尼亞航天公司1.93億歐元、空間通信公司1.02億歐元。經(jīng)過4年多的研制，錫克拉－2衛(wèi)星于2015年發(fā)射。衛(wèi)星采用泰雷茲-阿萊尼亞航天公司的空間客車－4000B2平臺，發(fā)射質量4400kg，有效載荷功率7.7kW，設計壽命15年。

在有效載荷方面，錫克拉－2衛(wèi)星僅攜帶特高頻和超高頻有效載荷，未搭載極高頻有效載荷，載荷的總質量為700kg，總功率5kW。其中，特高頻有效載荷為15臺轉發(fā)器，帶寬為25kHz，通過東西兩側的平面天線來提供覆蓋；超高頻有效載荷為10臺轉發(fā)器，帶寬為40MHz，通過6副小口徑反射面天線提供覆蓋。從整體來看，意大利擁有14臺特高頻轉發(fā)器、法國擁有1臺特高頻轉發(fā)器；意大利和法國各擁有5臺超高頻轉發(fā)器。此外，錫克拉－2衛(wèi)星還配備標準S頻段測控和極高頻/Ka頻段抗干擾測控鏈路。

意大利在發(fā)展錫克拉－2之初，主要目的是維持在軌軍用衛(wèi)星通信能力，在超高頻有效載荷方面提出了三個要求：一是覆蓋靈活性，要求有6個靈活機動的波束；二是頻率靈活性，要求上下行鏈路的帶寬和頻率計劃可以調(diào)整；三是功率靈活性，要求6個獨立波束的等效全向輻射功率（EIRP）可以調(diào)整。在此需求下，錫克拉－2衛(wèi)星超高頻頻段載荷主要通過多波束可切換天線（MBSA）、數(shù)字信道化處理器和多端口放大器（MPA）這三項技術分別實現(xiàn)。

錫克拉－2衛(wèi)星在軌示意圖

錫克拉－2衛(wèi)星超高頻有效載荷框圖

其多波束可選擇天線共包括3組，均由反射面和饋源陣構成，共產(chǎn)生19個點波束，形成全球覆蓋，其中有6個波束可同時處于接收狀態(tài)。此外，超高頻接收天線還具備自適應調(diào)整能力，從而針對干擾源地理位置而進行動態(tài)調(diào)零。其綜合前端設備為8保6配置，具備低噪放大和抗干擾防護能力，數(shù)字信道化換處理器則是專用星上處理器，通過對數(shù)字載波進行解復用和復用，實現(xiàn)射頻信道頻率靈活性管理。其多端口放大器組件是在不損失互調(diào)性能并優(yōu)化功率消耗的前提下實現(xiàn)功率靈活性的核心部件。其解復用和復用鏈路組件，與數(shù)字信道化處理器一起，支持點波束級別頻率靈活性的實現(xiàn)。

總的來看，錫克拉－2衛(wèi)星超高頻有效載荷是歐洲邁向“靈活有效載荷”的重要一步，實現(xiàn)了在空間、頻率和功率等三個方面的靈活性，支持意大利軍方在多個戰(zhàn)場上的直接通信。而且，其星上數(shù)字信道化處理技術的應用，使得波束內(nèi)和波束間支持柵格網(wǎng)絡，可實現(xiàn)單跳通信、支持組播能力，能保證錫克拉－2衛(wèi)星即使是在嚴酷的通信對抗條件下也可以靈活支持地面部隊的通信需求。

3 未來發(fā)展計劃

意大利未來軍用衛(wèi)星通信能力的發(fā)展，一方面取決于自身需求，另一方面也考慮了北約衛(wèi)星通信需求的發(fā)展。2004年，意大利、法國、英國與北約簽署了合作備忘錄，利用三個國家的軍用通信衛(wèi)星來支持北約的衛(wèi)星通信需求，即“北約21世紀衛(wèi)星通信計劃”（NP2KSP）在2005—2019年間為北約軍事行動提供衛(wèi)星通信支持。意大利在其中提供100%的特高頻段衛(wèi)星通信容量和10%的具備抗干擾能力的超高頻衛(wèi)星通信容量。

目前，意大利瞄準國內(nèi)需求和北約2020年以后的衛(wèi)星通信需求，提出了“意大利古格里埃爾默馬可尼衛(wèi)星”（SIGMA）和錫克拉－3衛(wèi)星計劃。其中“意大利古格里埃爾默馬可尼衛(wèi)星”采用特高頻和Ka頻段，主要面向政府和民用機構；錫克拉－3衛(wèi)星采用特高頻和超高頻有效載荷，主要面向軍事用戶。

意大利軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展路線圖

“意大利古格里埃爾默馬可尼衛(wèi)星”主要利用Ka頻段提供寬帶衛(wèi)星通信服務，計劃2016年啟動，將采用各種先進的技術，支持雙向寬帶通信，同時支持IP協(xié)議，并且能夠與地面下一代網(wǎng)絡交互。意大利航天局為主要的采辦機構，而考慮到意大利發(fā)展軍民兩用衛(wèi)星系統(tǒng)的傳統(tǒng)，國防部也將給予部分資金支持，承擔部分成本。

錫克拉－3衛(wèi)星則是意大利國防部主導的衛(wèi)星計劃，主要用于替代錫克拉－1B衛(wèi)星，滿足國內(nèi)軍方和北約盟友的軍事衛(wèi)星通信需求。該計劃將于2018年啟動，目前計劃采用特高頻和超高頻有效載荷的方案，尚未考慮極高頻有效載荷能力的發(fā)展。

4 總結

21世紀以來，意大利在國內(nèi)需求和預算條件的雙重限制下，成功發(fā)展出了獨立于美國及其北約盟友的軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)，這既受益于其堅實的航天工業(yè)基礎，同時也與其獨特的發(fā)展思路息息相關。意大利軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設的思路和特點，值得深入研究和分析，具有一定的參考和借鑒意義。

第一個特點是公私合營方式發(fā)展軍事衛(wèi)星通信能力，即民間資本為軍所用，利用商業(yè)公司的資金來發(fā)展軍用通信衛(wèi)星。意大利是歐洲第三個采用公司合營方式發(fā)展軍用通信衛(wèi)星的國家，錫克拉－1B、2衛(wèi)星都得到了空間通信公司的資助。錫克拉－1B衛(wèi)星計劃耗資3.2億歐元，其中空間通信公司出資25%，同時擁有星上特高頻和超高頻有效載荷25%的容量資源，可開展商業(yè)銷售服務。目前，節(jié)省軍事預算已經(jīng)成為意大利的首要任務，因此在發(fā)展未來衛(wèi)星計劃時，意大利也在考慮應用公私合營方式，包括私營公司或機構以何種方式參與進來，并且保證軍事能力不會降級。

第二個顯著的發(fā)展特點就是國際合作。首先，“錫克拉”系列衛(wèi)星雖然是意大利獨立發(fā)展的，但是為北約提供衛(wèi)星通信服務，而北約的通信需求在一定程度上也影響了其發(fā)展思路和方向。其次，錫克拉－2衛(wèi)星計劃由意大利與法國兩國的合作建設。

在項目出資方面，意大利占62%，法國占38%。星上攜帶特高頻和超高頻有效載荷，分別供法國、意大利和北約使用。其中，供法國使用的有效載荷是針對錫拉庫斯－3（Syracuse－3）衛(wèi)星的增強和擴展；供意大利使用的載荷是針對錫克拉－1A和1B衛(wèi)星的擴展；供北約使用的載荷則是具備抗干擾能力的，作為錫克拉－1B的備份。衛(wèi)星歸法國和意大利共同所有，在使用上和管理上有所區(qū)分。衛(wèi)星的工程測控由意大利軍方通過位于維尼亞-迪瓦萊的測控站負責，通信載荷的管理與配置由法國和意大利分別負責，法國的測控站位于巴黎郊區(qū)的梅森-拉斐特。

在衛(wèi)星的研制過程中，充分考慮了兩國的均衡。衛(wèi)星平臺由法國提供，特高頻有效載荷由意大利研制，超高頻有效載荷由法國和意大利分別研制。衛(wèi)星平臺與通信載荷的總裝在意大利的圖靈完成，震動、熱和聲試驗則是在法國戛納完成。

法國和意大利的這次合作得益于兩國的合資公司泰雷茲-阿萊尼亞航天公司，使許多問題變得簡單。同時，錫克拉－2衛(wèi)星項目是產(chǎn)業(yè)級和政府級的國際合作，除了為兩國節(jié)省了大量資金以外，也為全球軍用通信衛(wèi)星領域的國際合作樹立了一個典范。