美軍軍事通信衛(wèi)星現(xiàn)狀及未來發(fā)展思路分析

王 煜

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

衛(wèi)星通信，就是地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行的通信，由于其通信容量大、通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件限制、通信質(zhì)量高和機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，多年來已成為不可或缺的軍事通信手段[1]。近些年隨著無人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的大量應(yīng)用，衛(wèi)星通信需求更進(jìn)入一個(gè)新的高峰。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，使用無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，讓作戰(zhàn)人員處于更安全的位置，無論無人機(jī)的控制還是偵察監(jiān)視信息的回傳都需要消耗大量通信資源，而這些無人機(jī)工作時(shí)會(huì)遠(yuǎn)離地面站，因此，只能依賴衛(wèi)星，而不是視距鏈路作為主要傳輸手段[2]。

美國(guó)作為衛(wèi)星通信使用最早、裝備最完善也是應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，它的軍事衛(wèi)星通信發(fā)展思路無疑代表著未來軍事通信衛(wèi)星的發(fā)展和建設(shè)方向。本文介紹了美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析了美軍最近出臺(tái)的幾個(gè)未來衛(wèi)星通信發(fā)展計(jì)劃和項(xiàng)目，并總結(jié)歸納了美軍未來衛(wèi)星通信的發(fā)展思路，希望能對(duì)搭建我國(guó)未來軍事衛(wèi)星通信體系有所借鑒。

1 美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

美軍早已認(rèn)識(shí)到了衛(wèi)星通信在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要意義，幾十年來一直十分重視軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用。隨著21世紀(jì)初美軍新一代軍事通信目標(biāo)體系的確立，美軍更是將衛(wèi)星通信作為這一體系中的一種不可或缺的傳輸手段。美軍衛(wèi)星通信的應(yīng)用模式主要有以下幾種：一是在國(guó)防干線網(wǎng)(DISN)中作為有線網(wǎng)(主要是光纖網(wǎng))的輔助、補(bǔ)充和延伸手段；二是作為大型戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)干線節(jié)點(diǎn)間的主要傳輸手段以及接入上層網(wǎng)絡(luò)之用；三是作為陸?？盏雀鞣N移動(dòng)平臺(tái)甚至單兵的一種重要通信手段，供戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)及個(gè)人通信之用；四是利用大型衛(wèi)星終端為樞紐，靈活組成VSAT通信網(wǎng)；五是利用商用衛(wèi)星通信系統(tǒng)滿足平、戰(zhàn)時(shí)軍事通信需求[3]。

美軍進(jìn)行衛(wèi)星通信既使用專門的軍用衛(wèi)星也使用商用衛(wèi)星。其中，軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)又包括寬帶系統(tǒng)、窄帶系統(tǒng)和受保護(hù)安全抗干擾系統(tǒng)3類。下面從寬帶、窄帶和受保護(hù)3個(gè)類別介紹美軍新一代專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

1.1 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

寬帶衛(wèi)星通信的多信道、保密話音、高數(shù)據(jù)率通信為執(zhí)行任務(wù)指揮、危機(jī)管理、情報(bào)數(shù)據(jù)傳輸提供支持。寬帶衛(wèi)星通信為政府、戰(zhàn)略級(jí)、戰(zhàn)術(shù)等一系列用戶提供支持，包括白宮、各軍兵種、美國(guó)國(guó)務(wù)院、參聯(lián)會(huì)、所有戰(zhàn)斗指揮官、聯(lián)合特遣部隊(duì)、多國(guó)部隊(duì)以及其他政府機(jī)構(gòu)。美軍寬帶衛(wèi)星通信體系主要為普通用戶的話音及數(shù)字系統(tǒng)提供距離擴(kuò)展。寬帶衛(wèi)星通信將交換及網(wǎng)絡(luò)訂閱服務(wù)延伸到前沿部署部隊(duì)，并為補(bǔ)給基地支持、作戰(zhàn)信息、國(guó)防信息系統(tǒng)網(wǎng)(DISN)服務(wù)提供到國(guó)防部信息網(wǎng)(DODIN)的回傳能力。寬帶衛(wèi)星通信為美軍作戰(zhàn)提供所需的全球連接能力。寬帶系統(tǒng)工作在3～30 GHz的SHF頻段，包括S、C、X、Ku以及Ka等頻段。

目前美軍軍用衛(wèi)星通信的寬帶業(yè)務(wù)主要由DSCS III(國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng))、WGS(寬帶全球衛(wèi)星系統(tǒng))和全球廣播業(yè)務(wù)(GBS)提供。其中DSCS為美軍過去主要使用的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，近些年已逐漸被WGS系統(tǒng)取代，只發(fā)揮備份/補(bǔ)充寬帶衛(wèi)星通信的作用。而GBS是一種高度單向廣播通信服務(wù)，沒有獨(dú)立空間段，使用美軍UHF后續(xù)星(UFO)和WGS衛(wèi)星，并用美國(guó)及其他國(guó)家的Ku及Ka頻段衛(wèi)星也可作為補(bǔ)充。隨著美軍WGS衛(wèi)星逐漸部署完成，GBS的空間段會(huì)主要轉(zhuǎn)移到WGS衛(wèi)星上。本文將主要介紹美軍的WGS寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)[4]。

美軍寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)(WGS)提供X頻段(7 GHz/8 GHz)與Ka頻段(20～21 GHz/30～31 GHz)通信能力，與現(xiàn)有DSCS系統(tǒng)和GBS系統(tǒng)終端兼容，但能力更強(qiáng)、容量更大。WGS的帶寬容量是單顆DSCS III衛(wèi)星的10倍。此外WGS還具有支持移動(dòng)及戰(zhàn)術(shù)個(gè)人通信用的高容量雙向Ka頻段通信能力。WGS另一優(yōu)勢(shì)是可支持X和Ka頻段交聯(lián)，任何DSCS系統(tǒng)X頻段終端均可在無需任何升級(jí)的情況下實(shí)現(xiàn)與Ka頻段終端的聯(lián)通[3]。

WGS的空間段是由10顆衛(wèi)星組成的星座，每顆衛(wèi)星有19副天線，形成19個(gè)波束覆蓋，其中8個(gè)可控成形X頻段波束和10個(gè)指向可控Ka頻段波束；第9個(gè)X頻段波束提供全球覆蓋。這些波束為南北緯65°間的美軍提供通信服務(wù)。

前3顆WGS衛(wèi)星命名為WGS Block I衛(wèi)星，可處理35條獨(dú)立125 MHz信道，3條47 MHz以及1條50 MHz X頻段全球覆蓋信道。隨后的4顆衛(wèi)星，即WGS-4、WGS-5、WGS-6和WGS-7為Block II星，增加了2條獨(dú)立于主載荷(信道化機(jī))的400 MHz信道。最后的WGS-8～10命名為WGS Block IIA，進(jìn)行了信道化機(jī)升級(jí)，所有通過WGS信道化機(jī)升級(jí)的信道都從125 MHz提升到了500 MHz，單顆WGS衛(wèi)星的可用帶寬幾乎翻倍[4]。

WGS強(qiáng)大的連通性使用戶之間可以高效利用衛(wèi)星帶寬進(jìn)行交流，有效載荷高度靈活的關(guān)鍵是數(shù)字信道機(jī)，信道機(jī)把上向鏈路的帶寬分為1 872個(gè)子信道，每個(gè)子信道為2.6 MHz，并對(duì)子信道進(jìn)行路由交換。信號(hào)頻帶彼此交叉，上行覆蓋與下行覆蓋相連。另外，一個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何一個(gè)上行信號(hào)都可以與一個(gè)或全部下行覆蓋區(qū)域內(nèi)的信號(hào)連接。這樣，在任何一個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)靈活的互聯(lián)互通性，包括X頻段和Ka頻段的頻帶交叉。此外，信道機(jī)還可支持多點(diǎn)傳送和廣播服務(wù)[3]。

WGS衛(wèi)星目前已有9顆發(fā)射入軌，最后一顆衛(wèi)星WGS-10預(yù)計(jì)于2018年中發(fā)射。

1.2 窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

窄帶衛(wèi)星通信任務(wù)主要為全球戰(zhàn)術(shù)通信，包括途中緊急通信、戰(zhàn)區(qū)內(nèi)通信、情報(bào)廣播和戰(zhàn)斗網(wǎng)無線電的距離擴(kuò)展等提供支持。窄帶衛(wèi)星通信電臺(tái)可跨梯隊(duì)連接戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心，并為遠(yuǎn)離主力部隊(duì)的遠(yuǎn)程監(jiān)視部隊(duì)及陸軍特戰(zhàn)部隊(duì)提供支持。窄帶系統(tǒng)工作于UHF頻段，包括軍用UHF、商用L及S頻段。窄帶軍用衛(wèi)星通信工作頻段為225 ～400 MHz。UHF頻段的用戶終端成本低、體積小、重量輕，可使用小型便攜天線工作。由于窄帶衛(wèi)星通信在較低的UHF頻段收發(fā)信息，因此可在移動(dòng)、不利天氣條件、孤立區(qū)域、植被茂盛的情況下提供更可靠的通信。窄帶衛(wèi)星通信非常適合快速移動(dòng)的小型戰(zhàn)術(shù)終端，例如背負(fù)式或手持式設(shè)備。

目前美軍使用的窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有UHF后續(xù)星(UFO)和移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(MUOS)。UFO系統(tǒng)是支持戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)的主要軍用衛(wèi)星通信星座。UFO衛(wèi)星星座可提供全球覆蓋，其覆蓋區(qū)域接近WGS星座。美軍目前正在用MUOS替代逐漸老化的UFO系統(tǒng)。MUOS衛(wèi)星上搭載了2個(gè)載荷，即寬帶碼分多址(WCDMA)載荷(主要)和傳統(tǒng)的UHF載荷。MUOS使用與UFO衛(wèi)星相同的帶寬，同時(shí)后向兼容標(biāo)準(zhǔn)的5 kHz及25 kHz信道。與此同時(shí)，還使用類似蜂窩電話的新UHF波形。5顆MUOS衛(wèi)星與UFO衛(wèi)星共享同一個(gè)軌道位置，至少能覆蓋南北緯65°的廣大區(qū)域，但其容量及用戶接入數(shù)幾乎是UFO衛(wèi)星的10倍，傳輸數(shù)據(jù)率可達(dá)96 kbps，甚至128 kbps。[4]

目前5顆MUOS衛(wèi)星已全部入軌并提供服務(wù)，但現(xiàn)在還只能提供傳統(tǒng)的UHF服務(wù)，不能提供WCDMA蜂窩服務(wù)。

1.3 受保護(hù)安全抗干擾衛(wèi)星通信系統(tǒng)

受保護(hù)安全通信對(duì)保證各級(jí)作戰(zhàn)的指揮控制至關(guān)重要。受保護(hù)衛(wèi)星通信的眾多特征(如使用高定向性點(diǎn)波束、擴(kuò)頻及跳頻技術(shù)等)，可提供抗干擾、抗閃爍、低截獲概率和低檢測(cè)概率等能力，其重點(diǎn)是抗干擾、隱蔽和核生存。在競(jìng)爭(zhēng)及敵對(duì)環(huán)境中，寬帶系統(tǒng)性能會(huì)降級(jí)，而受保護(hù)的衛(wèi)星通信則仍可正常工作(數(shù)據(jù)速率會(huì)降低)。這些獨(dú)特的能力使得受保護(hù)衛(wèi)星通信頻段非常適合最關(guān)鍵的戰(zhàn)略級(jí)部隊(duì)以及任務(wù)指揮系統(tǒng)。

美軍的受保護(hù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括先進(jìn)極高頻(AHHF)與“軍事星”(Milstar)。它們用高度安全且抗干擾的通信為戰(zhàn)略級(jí)、戰(zhàn)役級(jí)和戰(zhàn)術(shù)級(jí)部隊(duì)提供支持。它們工作于EHF及SHF頻段(上行鏈路EHF、下行鏈路SHF)，可進(jìn)行低數(shù)據(jù)速率(LDR)、中數(shù)據(jù)速率(MDR)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)速率(XDR)運(yùn)行模式通信。由于“軍事星”及AEHF衛(wèi)星設(shè)計(jì)的固有特性，受保護(hù)衛(wèi)星通信的吞吐量要小于寬帶衛(wèi)星通信。隨著AEHF的逐漸部署，軍事星將最終為AEHF衛(wèi)星所取代，下面主要介紹美軍的AEHF系統(tǒng)。

AEHF衛(wèi)星系統(tǒng)是一種多軍種聯(lián)合衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可提供安全、受保護(hù)、抗干擾的全球軍用衛(wèi)星通信。AEHF載荷可為用戶提供75 bps～8 Mbps的數(shù)據(jù)速率，該數(shù)據(jù)速率范圍可兼容“軍事星”Block II衛(wèi)星上的低數(shù)據(jù)速率載荷及中數(shù)據(jù)速率載荷。

AEHF空間段是由“軍事星”和AEHF衛(wèi)星組成的綜合星座，提供與“軍事星”相同的調(diào)零天線及星間鏈路能力，但吞吐量更大，單顆AEHF衛(wèi)星的容量比全部5顆“軍事星”衛(wèi)星的容量都要大。AEHF依然使用1個(gè)EHF上行鏈路和1個(gè)SHF下行鏈路，但指向可控、方向圖可控的波束更多，數(shù)據(jù)速率也更高。AEHF還使用V波段星間鏈路與AEHF衛(wèi)星、“軍事星”交鏈，這樣可以不使用脆弱的地面站而利用整個(gè)星座實(shí)現(xiàn)全球通信。。

AEHF可為戰(zhàn)略級(jí)、戰(zhàn)術(shù)級(jí)用戶升級(jí)受保護(hù)軍用衛(wèi)星通信能力。

AEHF系統(tǒng)非常靈活，足以支持針對(duì)各獨(dú)立作戰(zhàn)環(huán)境進(jìn)行通信，且能通過重構(gòu)滿足不斷變化的作戰(zhàn)要求?？杀Ｗo(hù)關(guān)鍵的話音、數(shù)據(jù)通信，防止低/中/高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)被干擾、截獲、檢測(cè)，以及遭到自然和核爆的影響。

AEHF系統(tǒng)能同時(shí)覆蓋多個(gè)戰(zhàn)區(qū)，這種覆蓋能力能夠?yàn)樵诘乩砩霞胁渴鸬膽?zhàn)術(shù)級(jí)地面、空中及海上部隊(duì)提供支持。此外，戰(zhàn)區(qū)覆蓋區(qū)域還能進(jìn)一步細(xì)分為高分辨率區(qū)域和中分辨率區(qū)域[4]。

目前已有3顆AEHF發(fā)射入軌運(yùn)行，AEHF系統(tǒng)已達(dá)到了初始運(yùn)行能力。而原計(jì)劃于2017年發(fā)射的AEHF-4則將發(fā)射時(shí)間推遲到了2018年，第4顆衛(wèi)星將使系統(tǒng)達(dá)到完全運(yùn)行能力。之后還規(guī)劃了另外2顆衛(wèi)星(AEHF-5和AEH-6)提供重疊全球覆蓋和在軌備份，將在AEHF-1和AEHF-2達(dá)到使用壽命時(shí)取而代之。

2 美軍未來通信系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃

未來戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境將要面臨愈加激烈的反衛(wèi)星威脅和競(jìng)爭(zhēng)，催生了對(duì)現(xiàn)有衛(wèi)星星座進(jìn)行更新?lián)Q代的需求[5]。就在目前新一代軍用衛(wèi)星系統(tǒng)還未完全建設(shè)完成之際，美軍就已開始謀劃未來的衛(wèi)星通信體系了。近期，美軍開展了一系列項(xiàng)目，探討10年之后的美軍衛(wèi)星通信體系和發(fā)展方向。下面簡(jiǎn)要介紹其中幾個(gè)重要項(xiàng)目。

2.1 啟動(dòng)寬帶衛(wèi)星通信備選方案分析工作，確立滿足美軍未來幾十年通信需求的寬帶衛(wèi)星通信體系

美軍認(rèn)為，未來美軍仍十分依賴衛(wèi)星通信提供戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)關(guān)鍵通信，但當(dāng)前美軍寬帶衛(wèi)星通信能力仍無法滿足作戰(zhàn)需求。據(jù)估計(jì)，2016～2025年，美軍帶寬需求至少增加68%，將推動(dòng)寬帶需求從2016年的19 Gbps提升為2025年的32 Gbps。美軍在寬帶衛(wèi)星通信能力方面存在巨大缺口[6]。此外，美國(guó)防部現(xiàn)有的專用衛(wèi)星通信能力也很快就要達(dá)到其預(yù)期服務(wù)終點(diǎn)。WGS系統(tǒng)即將完成全面部署，而第一批WGS衛(wèi)星在未來10年將達(dá)到其使用壽命，之后，整個(gè)星座將逐漸老化、能力下降，無法滿足需求。

美軍于2016年12月正式啟動(dòng)了寬帶衛(wèi)星通信備選方案分析(AoA)工作，研究WGS星座建設(shè)完成后寬帶衛(wèi)星通信下一步的發(fā)展，寬帶AoA將幫助美國(guó)防部決定WGS-10之后的寬帶衛(wèi)星通信后續(xù)方案，即更廣泛地使用現(xiàn)有商用技術(shù)，并設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)新的專用衛(wèi)星星座[2]。為了及時(shí)納入最新技術(shù)以及提高系統(tǒng)彈性。截止發(fā)稿時(shí)為止，美軍的寬帶AoA工作仍未完成。但從近期美軍在這一工作框架下頒發(fā)的幾個(gè)合同來看，未來美軍寬帶衛(wèi)星通信的發(fā)展方向可一見端倪。

① 納入商用衛(wèi)星公司、衛(wèi)星行業(yè)組織和國(guó)際合作伙伴。美軍已經(jīng)意識(shí)到，介于未來衛(wèi)星通信發(fā)展所需的巨額資金和美軍國(guó)防預(yù)算縮減的現(xiàn)實(shí)，其未來軍用衛(wèi)星通信的發(fā)展光靠自己必然是獨(dú)木難支。在宣布寬帶AoA工作開啟的“寬帶通信服務(wù)AOA決策備忘錄”中就明確指出，AoA工作中一開始就要考慮將商業(yè)機(jī)構(gòu)和國(guó)際合作伙伴納入進(jìn)來。

② 納入商業(yè)衛(wèi)星技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施。美軍認(rèn)識(shí)到，目前商業(yè)衛(wèi)星通信發(fā)展速度要遠(yuǎn)快于軍用技術(shù)，于是鑒于未來軍事衛(wèi)星服務(wù)彈性抗毀要求、技術(shù)的發(fā)展方向，美國(guó)防信息系統(tǒng)局于2017年4月發(fā)布了一份信息征詢書，向業(yè)界尋求當(dāng)前及未來實(shí)現(xiàn)并管理寬帶通信的設(shè)備、軟件及服務(wù)供應(yīng)方案的信息。此份征詢書的真正目的是從技術(shù)的角度確認(rèn)潛在的商用實(shí)現(xiàn)技術(shù)是否應(yīng)該被考慮到寬帶企業(yè)服務(wù)架構(gòu)中來。之后的方案分析工作將對(duì)最新商業(yè)通信技術(shù)及運(yùn)行概念進(jìn)行評(píng)估，探討如何利用商業(yè)能力如何提供劃算的、有保證的、滿足未來寬帶通信需求的彈性解決方案，并提出了可能納入的商業(yè)地面基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)要求[7]。

③ 授出寬帶通信架構(gòu)研究合同，確立彈性安全的寬帶衛(wèi)星通信運(yùn)行和服務(wù)體系。過去美軍更多著眼于各衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)，將大部分關(guān)注點(diǎn)放在了將更強(qiáng)、更有彈性的衛(wèi)星送入軌道上，而現(xiàn)在美軍正向衛(wèi)星通信整體服務(wù)提供者的角色轉(zhuǎn)型，因而美國(guó)防部將其注意力轉(zhuǎn)向彈性地面運(yùn)行系統(tǒng)上。于是美國(guó)防部于2017年7月分別向休斯和Kratos公司授予了寬帶通信架構(gòu)研究(WCAS)合同，希望實(shí)現(xiàn)一種能夠由多家服務(wù)提供商提供服務(wù)，多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)互連互通互操作、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行多種應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)終端多網(wǎng)漫游，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理魯棒、高效、自動(dòng)化，使用靈活高效的新一代彈性寬帶衛(wèi)星通信地面運(yùn)行和企業(yè)服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的衛(wèi)星通信資源共管、共享、共用[8-9]。

2.2 開展受保護(hù)衛(wèi)星通信服務(wù)(PSCS)體系研究，確立下一代受保護(hù)衛(wèi)星通信架構(gòu)

受保護(hù)衛(wèi)星通信是美軍近年來發(fā)展的重要通信能力。目前美軍主要由“軍事星”(Milstar)和AEHF系統(tǒng)為中緯度地區(qū)的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)用戶提供受保護(hù)衛(wèi)星通信，在北極地區(qū)主要由增強(qiáng)極地系統(tǒng)(EPS)向少量戰(zhàn)術(shù)用戶提供服務(wù)[10]。為了實(shí)現(xiàn)受保護(hù)衛(wèi)星通信的彈性容量、采購(gòu)靈活性以及行動(dòng)靈活性，美軍目前正在考慮這一受保護(hù)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)體系的替代方案，將戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信任務(wù)分解。其中，受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信將遷移至受保護(hù)抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信(PATS)系統(tǒng)，利用受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形(PTW)，通過WGS衛(wèi)星或商業(yè)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信，最后則將通過受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)(PTS)全處理有效載荷實(shí)現(xiàn)PTW通信；在受保護(hù)戰(zhàn)略通信方面，美軍打算建設(shè)一個(gè)戰(zhàn)略擴(kuò)展數(shù)據(jù)率(XDR)通信衛(wèi)星星座和相關(guān)任務(wù)控制段，其空間段體系結(jié)構(gòu)需要能夠同時(shí)提供中緯度和極地覆蓋[11]。

2.3 開啟商業(yè)衛(wèi)星通信探路者計(jì)劃，探索購(gòu)買衛(wèi)星帶寬新方式

近年來，美軍商業(yè)衛(wèi)星通信服務(wù)采辦的管理機(jī)制和運(yùn)行體制逐步統(tǒng)一和成熟，商業(yè)系統(tǒng)、技術(shù)的軍事應(yīng)用越來越廣泛。商業(yè)衛(wèi)星通信已經(jīng)成為美軍用通信系統(tǒng)的有力補(bǔ)充，支持軍事應(yīng)用的效果已經(jīng)日益顯露。但商業(yè)通信服務(wù)采辦的問題也逐漸暴露出來，許多商業(yè)運(yùn)營(yíng)商采用的是基于QoS的管理服務(wù)，與美軍許多平臺(tái)不兼容。于是美國(guó)空軍于2014年出臺(tái)了商用衛(wèi)星通信探路者(COMSATCOM Pathfinder)試驗(yàn)計(jì)劃，重點(diǎn)解決軍商用系統(tǒng)不兼容問題，探索利用商業(yè)衛(wèi)星能力的新方式，推動(dòng)利用相對(duì)低成本、能夠快速交付的商業(yè)通信衛(wèi)星服務(wù)滿足軍方需求[12]。目前美軍共發(fā)布了5個(gè)商業(yè)衛(wèi)星通信探路者項(xiàng)目，前3個(gè)項(xiàng)目正在實(shí)施，第1個(gè)項(xiàng)目于2014年發(fā)布，探索采購(gòu)已運(yùn)行商業(yè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為美非洲司令部提供衛(wèi)星通信服務(wù)；第2個(gè)項(xiàng)目于2016年發(fā)布，探索在衛(wèi)星發(fā)射前購(gòu)買轉(zhuǎn)發(fā)器容量，支持情報(bào)和監(jiān)視任務(wù)；第3個(gè)項(xiàng)目于2017年發(fā)布，研究漫游概念，探索設(shè)計(jì)多modem硬件，可以讓飛機(jī)等環(huán)球飛行時(shí)可在多個(gè)衛(wèi)星寬帶提供商間無縫切換；第4個(gè)和第5個(gè)項(xiàng)目同步進(jìn)行，2018年前不會(huì)啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)大部分寬帶AoA工作已經(jīng)完成，2個(gè)項(xiàng)目將持續(xù)構(gòu)建“帶寬池”概念同時(shí)演示驗(yàn)證漫游能力，修改帶寬匯聚方法以納入多個(gè)服務(wù)提供商，演示驗(yàn)證高容量衛(wèi)星服務(wù)[13]。

3 未來美軍衛(wèi)星通信體系發(fā)展思路分析

美軍的以上幾個(gè)衛(wèi)星通信體系發(fā)展計(jì)劃都還在實(shí)施當(dāng)中，都還未完成，美軍未來最終的衛(wèi)星通信體系不得而知，但從這幾個(gè)計(jì)劃不難看出美軍未來發(fā)展衛(wèi)星通信的大致思路。

3.1 實(shí)現(xiàn)彈性、高可用性是未來衛(wèi)星通信體系的建設(shè)目標(biāo)

所謂彈性就是信息系統(tǒng)出現(xiàn)故障或遭到攻擊時(shí)維持或恢復(fù)功能的能力。美軍認(rèn)為，未來它要面臨的是水平相當(dāng)?shù)膶?duì)手，敵方可能擁有反衛(wèi)星能力和武器，可以采用干擾、欺騙、致眩和網(wǎng)絡(luò)攻擊等方式破壞衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)行[11]，因而要在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮衛(wèi)星通信的作用，提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)彈性無疑是保持系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。上述的種種美軍未來衛(wèi)星通信發(fā)展措施，無不以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)彈性、安全和抗毀為基本目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信全面彈性的措施主要有：一是采用抗干擾、網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)等技術(shù)手段以及改善軟硬件魯棒性等提高單系統(tǒng)彈性抗毀能力；二是采用分散配置體系提升系統(tǒng)重構(gòu)能力，增加敵方對(duì)抗難度和成本；三是采用多波段、多模式或智能終端，增加用戶使用衛(wèi)星的選擇和靈活性[5]；四是發(fā)展快速發(fā)射等能力迅速替換損失的資產(chǎn)。

3.2 分散(Disaggregation)式體系是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信彈性的可靠保證

所謂分散式體系，就是改變過去由能力強(qiáng)大但數(shù)量很少的大型衛(wèi)星集中完成各種衛(wèi)星通信功能，轉(zhuǎn)而將空間能力分布在大量衛(wèi)星平臺(tái)上，采用一種空間分散的物理配置，由數(shù)量眾多但功能單一的衛(wèi)星分布式完成任務(wù)。這樣可大幅增加對(duì)手的對(duì)抗目標(biāo)數(shù)量，提升對(duì)手的對(duì)抗成本，增加敵方的對(duì)抗難度，使對(duì)手很難瞄準(zhǔn)，少量衛(wèi)星被干擾、被攻擊不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功能，從而減輕對(duì)空間資產(chǎn)廣泛攻擊的影響[14]。實(shí)現(xiàn)體系分散的方法有以下幾種：一是增加專用軍事通信衛(wèi)星的數(shù)量，將過去功能強(qiáng)大但數(shù)量少、價(jià)格高昂的大型復(fù)雜衛(wèi)星完成的任務(wù)交由功能單一但價(jià)格便宜因而數(shù)量龐大的衛(wèi)星合作完成；二是加大商業(yè)衛(wèi)星帶寬的使用力度，提高衛(wèi)星的數(shù)量和多樣性；三是利用在商業(yè)衛(wèi)星上搭載軍用載荷的方式增加太空中軍用載荷數(shù)量。

3.3 加大商用衛(wèi)星的使用力度是重要途徑

美軍使用商業(yè)衛(wèi)星完成軍事任務(wù)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)80%以上的政府和軍事衛(wèi)星通信是通過商用服務(wù)完成的[14]，而美國(guó)政府審計(jì)署的一份報(bào)告稱，2001～2011年美國(guó)軍方對(duì)商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的依賴飆升了8倍[15]。美軍未來必然會(huì)進(jìn)一步加大商業(yè)衛(wèi)星的使用，主要原因有：一是雖然多年以來乃至今后數(shù)年美軍不斷衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，但美軍帶寬需求的增長(zhǎng)速度卻更快，帶寬缺口只會(huì)越來越大，而近些年商用提供商的容量正經(jīng)歷爆發(fā)性增長(zhǎng)，未來幾年仍將繼續(xù)，無疑需要利用商業(yè)衛(wèi)星填補(bǔ)缺口；二是商業(yè)衛(wèi)星的發(fā)展更為迅速，商業(yè)運(yùn)營(yíng)商提供新一代系統(tǒng)的時(shí)間短、周期快，國(guó)防部實(shí)現(xiàn)一個(gè)新系統(tǒng)可能要花10～15年，而商用衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商只需不到3年，因而商用衛(wèi)星的技術(shù)更新速度更快，技術(shù)更為先進(jìn)；三是商用技術(shù)、裝備、服務(wù)用于國(guó)防部體系可實(shí)現(xiàn)敏捷性、泛在覆蓋、增強(qiáng)運(yùn)行靈活性以及國(guó)防部體系彈性；四是商用服務(wù)還可解放有限的軍事人員，使之更關(guān)注維持美國(guó)在太空的優(yōu)勢(shì)地位并增強(qiáng)運(yùn)行彈性和冗余度。

過去，美軍使用商用衛(wèi)星服務(wù)的主要方式有4種：① 美軍臨時(shí)購(gòu)買或租用商業(yè)衛(wèi)星點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路或帶寬。采用這種方式，商業(yè)公司無法事先規(guī)劃或與之長(zhǎng)期合作，因而價(jià)格極高，經(jīng)濟(jì)上很不劃算。② 美軍提前購(gòu)買或租用某一商業(yè)公司在某一地區(qū)的剩余容量，并納入到總體帶寬當(dāng)中，從而大幅降低價(jià)格。③ 利用商業(yè)公司未能準(zhǔn)確入軌的衛(wèi)星提供服務(wù)，價(jià)格也要低得多[5]。第二種和第三種方式雖然服務(wù)價(jià)格低，但由于商用衛(wèi)星服務(wù)使用場(chǎng)景與軍用環(huán)境完全不同，因此不能完全滿足軍用要求，特別是安全要求。④ 使用搭載有效載荷方式。這種方式是將軍用有效載荷作為搭載在商用衛(wèi)星上的一個(gè)模塊，它有通信電路，可獨(dú)立于主航天器工作，但與主航天器共享電源和轉(zhuǎn)發(fā)器。這種方式?jīng)]有建造和發(fā)射整個(gè)政府專用衛(wèi)星的費(fèi)用，可減少實(shí)現(xiàn)空間通信能力所需成本和時(shí)間。雖然搭載式載荷可提供由軍方用戶進(jìn)行了加密的高安全通信，但它們通常不具備抗核攻擊加固能力，且某些政府機(jī)構(gòu)仍希望擁有并控制整個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)，因而搭載式有效載荷還未被政府航天規(guī)劃者廣泛接受[15]。

以上幾種商業(yè)衛(wèi)星使用方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，正因如此，美軍一直致力于探索商業(yè)衛(wèi)星的最佳使用方式，在其寬帶衛(wèi)星通信方案分析工作啟動(dòng)之初就明確要求商業(yè)運(yùn)營(yíng)公司的參與，試圖在未來軍用衛(wèi)星通信架構(gòu)中能順利將商用資產(chǎn)整合進(jìn)來，其商業(yè)衛(wèi)星通信探路者計(jì)劃更是直接探索商業(yè)衛(wèi)星最佳方式。未來美軍對(duì)商業(yè)衛(wèi)星的使用必然是借助可以無縫融合商業(yè)服務(wù)的衛(wèi)星通信體系以及軟件定義波形技術(shù)，在商用衛(wèi)星上運(yùn)行符合軍事需求的波形，如上節(jié)所述的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形(PTW)，實(shí)現(xiàn)滿足軍事需求的商用衛(wèi)星通信服務(wù)。

3.4 建立新一代軍事衛(wèi)星通信“系統(tǒng)之系統(tǒng)”是必然選擇

美軍當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)不能滿足設(shè)想的未來作戰(zhàn)環(huán)境對(duì)通信容量的需求，互操作性也不足。因而，美軍提出建設(shè)的是一個(gè)新一代軍事衛(wèi)星“集成系統(tǒng)”。該“集成系統(tǒng)”是一個(gè)可以為各個(gè)不同任務(wù)區(qū)域的廣大用戶提供寬帶、窄帶及安全通信能力的多個(gè)系統(tǒng)組成的“系統(tǒng)之系統(tǒng)”，發(fā)揮衛(wèi)星通信在未來軍事通信中的作用。上節(jié)所述的各項(xiàng)計(jì)劃中，無論是寬帶衛(wèi)星通信方案分析中提出的寬帶通信架構(gòu)研究(WCAS)，受保護(hù)衛(wèi)星通信服務(wù)(PSCS)項(xiàng)目中提出的PTW波形，還是商用衛(wèi)星通信探路者計(jì)劃中的“資源池”概念，都是在向建立衛(wèi)星通信“系統(tǒng)之系統(tǒng)”方向努力。

4 結(jié)束語

經(jīng)過數(shù)十年的努力，美軍已經(jīng)擁有了世界上最完備的寬帶、窄帶、受保護(hù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，但美國(guó)防部依然認(rèn)為其衛(wèi)星通信系統(tǒng)難以滿足10年后的通信需求，因此啟動(dòng)了一系列計(jì)劃，論證未來更長(zhǎng)時(shí)間的衛(wèi)星通信體系。從美軍的種種衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃可以看出，實(shí)現(xiàn)整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的綜合一體化，加大商用衛(wèi)星和運(yùn)營(yíng)商的參與度是其衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的彈性抗毀和高可用是最終目標(biāo)。

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