美太空軍首秀，先進(jìn)極高頻衛(wèi)星星座建成

文/ 龐之浩

▲ “先進(jìn)極高頻”在軌飛行示意圖

北京時(shí)間2020 年3 月27 日凌晨4 點(diǎn)18 分，美國(guó)用宇宙神-5 運(yùn)載火箭成功把第6 顆“先進(jìn)極高頻”軍用通信衛(wèi)星送入太空，這是“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星星座的最后一顆衛(wèi)星，此次發(fā)射標(biāo)志著該星座正式組建完成。同時(shí)，這也是美國(guó)太空軍自2019 年12 月成立后的首次太空軍載荷發(fā)射任務(wù)，而且是在新冠肺炎疫情日趨嚴(yán)重的情況下進(jìn)行的，因此顯得較為特殊。

“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星的主承包商是洛·馬公司，有效載荷由諾·格宇航創(chuàng)新系統(tǒng)公司提供，之前的5 顆分別于2010 年8 月、2012 年5 月、2014年9 月、2018 年10 月、2019 年8 月發(fā)射入軌。本次發(fā)射中，中途因地面系統(tǒng)液壓油泵閥控箱的放大器電路插板故障而叫停，經(jīng)技術(shù)人員緊急排查后，宇宙神-5 火箭順利點(diǎn)火升空，發(fā)射時(shí)間比原計(jì)劃推遲了80 分鐘。

美國(guó)的三類軍用通信衛(wèi)星

美國(guó)軍用通信衛(wèi)星是目前世界上最先進(jìn)的軍用通信衛(wèi)星，它分為寬帶、受保護(hù)和窄帶三類。寬帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)大容量；受保護(hù)軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)著重抗干擾、保密及核生存能力；窄帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)則重點(diǎn)支持需要語(yǔ)音或低數(shù)據(jù)速率通信的用戶，以及移動(dòng)用戶和小型終端的用戶。

在寬帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)方面，美國(guó)先是陸續(xù)發(fā)射了三代“國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”衛(wèi)星，以及裝載在“特高頻后繼星”上的“全球廣播業(yè)務(wù)”系統(tǒng)。這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率較高，主要用戶是固定和移動(dòng)的陸基終端，還有一些大型軍艦和飛機(jī)上的終端等，用于為美國(guó)指揮機(jī)關(guān)和作戰(zhàn)部隊(duì)之間提供高質(zhì)量的保密通信和高速數(shù)據(jù)傳輸。從2007 年起，美軍開(kāi)始逐步用“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星替換“國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”衛(wèi)星和“全球廣播業(yè)務(wù)”，其信息傳輸能力是“國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”的10 倍，工作壽命10 ～15 年，為三軍提供通信支持。該衛(wèi)星工作在X 頻段和Ka 頻段，能夠提供其他軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)所不能提供的許多重要作戰(zhàn)特征，為美軍及其聯(lián)軍在目前世界上所有戰(zhàn)區(qū)提供高容量X 頻段和Ka 頻段通信，極大地提高美軍在Ka 和X 頻段的通信能力，增強(qiáng)美軍士兵執(zhí)行海、陸、空任務(wù)的能力。

▲ 第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星發(fā)射升空

▲ 吊裝第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星

在受保護(hù)軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)方面，美國(guó)先是陸續(xù)發(fā)射了6 顆“軍事星”衛(wèi)星，這是世界上首顆采用數(shù)字處理和調(diào)頻技術(shù)的衛(wèi)星，抗摧毀和生存能力強(qiáng)。前2 顆為第一代“軍事星”，采用了抗核加固、抗干擾和極高頻等技術(shù)，具備在核戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的生存能力。后4 顆為第二代“軍事星”，放棄了核加固能力，以降低制造費(fèi)用和難度，但在第一代“軍事星”192 條低速率信道的基礎(chǔ)上增加了32 條每秒1.5 兆比特的中速率信道，以適應(yīng)當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)用戶的需求；還增加了自適應(yīng)調(diào)零天線，具有很高的靈活性和抗干擾、防截獲、防偵收能力。從2010 年起，美軍開(kāi)始逐步用“先進(jìn)極高頻”替換“軍事星”，其容量是“軍事星”的12 倍，可同時(shí)用于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信。

▲ 第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星任務(wù)徽標(biāo)

▲ 發(fā)射第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星的宇宙神-5 火箭箭體上首次印上了美國(guó)太空軍的LOGO

在窄帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)方面，美國(guó)先是陸續(xù)發(fā)射了多顆“艦隊(duì)衛(wèi)星通信”衛(wèi)星、“租賃衛(wèi)星”和“特高頻后繼星”。其中“特高頻后繼星”先后發(fā)射了11顆，每顆可提供39 個(gè)信道，并為艦隊(duì)廣播業(yè)務(wù)提供高保密鏈路。從2012 年起，美軍開(kāi)始逐步用“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”替換“特高頻后繼星”，其信息傳輸能力是“特高頻后繼星”的10 倍，容量提高了15 倍，主要為海軍提供服務(wù)。

軍用通信的法寶

▲ 發(fā)射前的宇宙神-5 火箭頂部

▲ 第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星任務(wù)海報(bào)

“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星是受保護(hù)系列軍用通信衛(wèi)星的第三代，它融合了另兩類軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)的特點(diǎn)，既能保障寬帶，又可保障安全性，是美軍新一代具有高防護(hù)性能的地球同步軌道軍用通信衛(wèi)星，它可在包括核戰(zhàn)爭(zhēng)在內(nèi)的各種規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)中，為關(guān)鍵戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)提供防截獲、抗干擾、高保密和高生存能力的全球衛(wèi)星通信。

此次發(fā)射的第6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量約6170 千克、入軌質(zhì)量4100 千克，運(yùn)行在赤道上方3.6 萬(wàn)公里的地球同步軌道上，設(shè)計(jì)壽命14年，其星地上行頻率采用44吉赫茲極高頻，下行頻率采用20吉赫茲超高頻，星間鏈路頻率采用60吉赫茲極高頻。該衛(wèi)星的信息傳輸能力或者說(shuō)是通信容量是現(xiàn)役第二代“軍事星”的10倍，軍方操作人員所獲得的帶寬增大了5倍，支持戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的能力提高了2倍，且體積更小、更耐用，可處理更多的通信數(shù)據(jù)量，能夠支持戰(zhàn)術(shù)軍用通信。

“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星采用A2100 衛(wèi)星平臺(tái)，為板箱式結(jié)構(gòu)。其主體為長(zhǎng)方體，兩側(cè)帶有兩個(gè)太陽(yáng)能電池翼；裝有包括雙組元和單組元兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的雙模式推進(jìn)系統(tǒng)，用于姿態(tài)控制；配有用于軌道轉(zhuǎn)移的4 臺(tái)霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)，因此可少攜帶很多推進(jìn)燃料，裝載較多的有效載荷；還用電子管功率放大器（固態(tài)功率放大器）取代了大多數(shù)大功率軍用通信衛(wèi)星所使用的行波管放大器，既提供了較高的保真度，也提高了整體的功率效率。

6 顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星之間利用卡塞格倫星間鏈路天線實(shí)現(xiàn)通信，該天線饋源能在60 吉赫茲的頻率上以5%的帶寬實(shí)現(xiàn)單脈沖跟蹤，其積分信道可以同時(shí)用于收發(fā)，差分信道只是用于接收的跟蹤信道。另外，每顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星使用許多指向地球的窄點(diǎn)波束來(lái)直接與用戶通信，可提供1 個(gè)全球波束、2 個(gè)調(diào)零點(diǎn)波束、4 個(gè)捷變點(diǎn)波束、24 個(gè)時(shí)分復(fù)用波束和6 個(gè)駐留波束。

軍事應(yīng)用前景廣

▲ “先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星上安裝的霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)（藍(lán)框內(nèi)）

▲ “先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星上的相控陣天線

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中傳送雷達(dá)圖像需要更高的傳輸速率，例如“全球鷹”無(wú)人偵察機(jī)拍攝的雷達(dá)圖像，用“軍事星”傳輸需要4 天多，用“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星只需2 分鐘。如果用“軍事星”傳送未來(lái)的“空間雷達(dá)”衛(wèi)星獲取的圖像，大約需要一個(gè)多月，而用“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星傳送僅需17 分鐘。

美軍已采購(gòu)了幾千套地面終端，包括高、中、低不同數(shù)據(jù)率的便攜式移動(dòng)和固定終端。地面系統(tǒng)的天線直徑最大的為3 米，最小的可做到幾厘米。除美國(guó)外，加拿大、荷蘭、澳大利亞和英國(guó)也可使用“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星，目的是一方面可以幫助美國(guó)鞏固盟友關(guān)系，另一方面還可以讓盟國(guó)分擔(dān)一部分運(yùn)營(yíng)成本。

目前，軍用通信衛(wèi)星在戰(zhàn)爭(zhēng)中所起到的作用越來(lái)越大，理論和實(shí)戰(zhàn)均已證明，戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星加上各種小型、輕量、便攜式移動(dòng)通信終端，將成為未來(lái)軍用通信的重要組成部分。而“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星所具有的加密級(jí)別高、截獲概率低、抗干擾力強(qiáng)、不懼核戰(zhàn)爭(zhēng)等特點(diǎn)，似乎更能滿足未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。