軍事衛(wèi)星通信的繼任者

吳　勤

美國(guó)是當(dāng)今世界上擁有最完整、最強(qiáng)大軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的國(guó)家，其80％以上的戰(zhàn)略通信任務(wù)是由衛(wèi)星通信系統(tǒng)完成的。但是美軍認(rèn)為，現(xiàn)有體系在技術(shù)上已不能滿足今后的通信需求，必須徹底改革現(xiàn)有的衛(wèi)星通信體系，建立一個(gè)全新的軍用通信系統(tǒng)，才能適應(yīng)軍事轉(zhuǎn)型的需求。因此，軍事衛(wèi)星通信的繼任者正是在這種背景下孕育而生的。

現(xiàn)有軍事衛(wèi)星系統(tǒng)將被取代

軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為窄帶、寬帶和受保護(hù)衛(wèi)星這三大類。窄帶系統(tǒng)主要用于支持用戶的語音、低數(shù)據(jù)速率、移動(dòng)通信服務(wù)，特別是那些受到終端能力、天線尺寸、使用環(huán)境等嚴(yán)重影響的用戶的通信需求；寬帶系統(tǒng)能夠提供很大的容量，而受保護(hù)系統(tǒng)則能提供抗干擾能力強(qiáng)和隱蔽的保密安全可靠的通信服務(wù)，特別是在核戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下具有較強(qiáng)的生存能力。美國(guó)軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)多系統(tǒng)集成系統(tǒng)，當(dāng)前使用的典型系統(tǒng)包括軍事星(受保護(hù)系統(tǒng))、國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(寬帶系統(tǒng))、特高頻后續(xù)星(窄帶系統(tǒng))等。要依靠當(dāng)前的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)來滿足軍事用戶在無縫連接，寬帶、高數(shù)據(jù)速率、大容量，全球廣播服務(wù)、抗干擾以及反偵察等方面的所有要求是十分困難的，為此美國(guó)正在計(jì)劃研制并部署一批新型軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)以取代現(xiàn)有系統(tǒng)。

美軍計(jì)劃在2010年前使用寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)來替換國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)。一顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星可提供比整個(gè)國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)星座還多的通信能力。每顆衛(wèi)星將支持2.4吉字節(jié)／秒～3.6吉字節(jié)／秒的數(shù)據(jù)率。它采用能夠控制上行頻率與任何下行頻率匹配的數(shù)字信道裝置和轉(zhuǎn)換開關(guān)，提供x波段和Ka波段覆蓋；而且該衛(wèi)星還與國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)及其支持的北約部隊(duì)終端相兼容。首顆衛(wèi)星已于2007年10月發(fā)射升空，今年5月正式投入使用(參看本刊2008年9月號(hào))。

現(xiàn)有的窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作于UHF頻段，用于移動(dòng)、戰(zhàn)術(shù)、應(yīng)急和常規(guī)的語音和數(shù)據(jù)通信。目前，使用UHF進(jìn)行通信的主要是美國(guó)海軍的特高頻后繼星系統(tǒng)和艦隊(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)提供。隨著特高頻后繼星的服務(wù)壽命計(jì)劃2008年結(jié)束，美國(guó)海軍開始實(shí)施移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)計(jì)劃。該計(jì)劃的空間部分由5顆工作衛(wèi)星和1顆在軌備用衛(wèi)星組成。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量將達(dá)到42兆比特／秒，而特高頻后繼星系統(tǒng)僅為2～5兆比特／秒，傳輸速率將達(dá)到96千比特／秒，最高可以接近128千比特／秒。一條1兆比特的任務(wù)命令以特高頻后繼星系統(tǒng)衛(wèi)星2.5千比特／秒的速率傳送需要長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)的時(shí)間，但使用移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)從發(fā)送到接收的時(shí)間在一秒鐘之內(nèi)。首顆移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星將于2010年發(fā)射，2014年實(shí)現(xiàn)全面作戰(zhàn)能力。

先進(jìn)極高頻系統(tǒng)將替代軍事星系統(tǒng)，它是美國(guó)軍事衛(wèi)星通信體系的重要組成部分，可為陸、海、空軍，特種部隊(duì)、美國(guó)戰(zhàn)略導(dǎo)彈部隊(duì)、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御和空間對(duì)抗等美國(guó)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)力量，提供安全、可靠的全球衛(wèi)星通信服務(wù)。與軍事星2相比，該衛(wèi)星的總?cè)萘恳?0倍。一顆這樣的衛(wèi)星提供的容量，相當(dāng)于5顆軍事星衛(wèi)星的總?cè)萘?。由于?shù)據(jù)率較高，該衛(wèi)星能高速地傳輸實(shí)時(shí)視頻信號(hào)、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)等戰(zhàn)術(shù)信息。例如，發(fā)送一份1.1兆比特的作戰(zhàn)命令，使用低速率的軍事星1大約需要1小時(shí)，使用中速率的軍事星2需要5.7秒，而使用更高速率的先進(jìn)極高頻衛(wèi)星大約只需要1秒。

繼任者的優(yōu)勢(shì)

在1991年的“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中，美軍發(fā)現(xiàn)，他們不僅僅缺少通信能力，而且通信連接也不順暢。阿富汗和伊拉克行動(dòng)以及全球反恐戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)一步表明，美軍對(duì)高技術(shù)通信以及來自無人機(jī)、海軍系統(tǒng)和地面士兵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的需求量在不斷增加。如果帶寬成為戰(zhàn)斗中重要“瓶頸”的話，那么美國(guó)軍方應(yīng)該做什么?就在“九一”事件后不久，美國(guó)國(guó)防部發(fā)起了一項(xiàng)轉(zhuǎn)型通信研究，這就是“轉(zhuǎn)型型通信體系結(jié)構(gòu)”，其目的是用最新科技武裝部隊(duì)，使美國(guó)的通信能力有成倍的增長(zhǎng)。

“轉(zhuǎn)型通信體系結(jié)構(gòu)”是美軍用衛(wèi)星通信項(xiàng)目的總體目標(biāo)，旨在開發(fā)一種全球覆蓋的一體化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，可提供保密的互聯(lián)網(wǎng)類型的服務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)與國(guó)家安全機(jī)構(gòu)、北約和其他國(guó)際合作者的互操作，以及有保護(hù)的寬帶戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略級(jí)通信。

“轉(zhuǎn)型通信體系結(jié)構(gòu)”的核心是轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其技術(shù)難度和復(fù)雜程度在通信衛(wèi)星發(fā)展史上都是前所未有的。它是一個(gè)類似于互聯(lián)網(wǎng)的高速系統(tǒng)，可提供強(qiáng)大的、抗干擾的全球保密通信，并在通信速度、保密性能以及適用性方面有較大的飛躍，對(duì)陸、海、空、天一體化通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)起到了關(guān)鍵作用。轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)由以下三個(gè)主要部分組成：5顆衛(wèi)星構(gòu)成的“星座”；一個(gè)主要的衛(wèi)星操作中心，一個(gè)提供網(wǎng)絡(luò)管理的任務(wù)操作系統(tǒng)。

由5顆衛(wèi)星組成的星座可提供不間斷的通信覆蓋能力，預(yù)計(jì)每顆衛(wèi)星的容量至少比先進(jìn)極高頻系統(tǒng)衛(wèi)星大10倍。任務(wù)操作系統(tǒng)將使美軍的整個(gè)轉(zhuǎn)型通信體系結(jié)構(gòu)能夠基于IP進(jìn)行寬帶全球性互聯(lián)網(wǎng)通信。五角大樓表示，要盡早簽定合同，以完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的大部分地面設(shè)施，將在衛(wèi)星發(fā)射前一年完成并運(yùn)行，以便軍事星衛(wèi)星能夠?qū)υ撔l(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，并作好與該衛(wèi)星連接的準(zhǔn)備。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的用戶終端與以往軍事衛(wèi)星的終端相比，天線尺寸大大減小，而機(jī)動(dòng)性增強(qiáng)、傳輸速率大大提高，其終端速率為先進(jìn)極高頻系統(tǒng)衛(wèi)星終端速率的8倍，發(fā)送速率可達(dá)到12兆字節(jié)／秒，接收速率為1兆字節(jié)／秒。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的終端共有3種類型：(1)XDR+型，該終端工作頻率44吉赫～20吉赫，當(dāng)使用30厘米的移動(dòng)天線時(shí)可處理速率為1兆字節(jié)／秒(上行連路)和48兆字節(jié)／秒(下行鏈路)的通信流量；當(dāng)使用60厘米的機(jī)載天線時(shí)，傳輸速率為16兆字節(jié)／秒-192兆字節(jié)／秒；當(dāng)使用1.2米的艦載天線時(shí)，傳輸速率為8兆字節(jié)／秒一192兆字節(jié)／秒。(2)X-XDR+型，工作在X波段(8吉赫～7吉赫)。當(dāng)使用60厘米的移動(dòng)天線時(shí)，傳輸速率為5兆字節(jié)-170兆字節(jié)／秒，當(dāng)使用1.2米的艦載天線時(shí)，傳輸速率為30／60兆字節(jié)／秒。(3)Ka-XDR+型，該終端工作在Ka波段(20吉赫-30吉赫)，其終端包括一個(gè)60厘米的機(jī)載終端，傳輸速率為13兆字節(jié)／秒～192兆字節(jié)／秒；以及一個(gè)可使“全球鷹”無人機(jī)以320兆字節(jié)／秒～384兆字節(jié)／秒速率進(jìn)行通信的終端。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)與過去的其它衛(wèi)星不同，它好比是通過衛(wèi)星之間的交叉鏈路在空間建立光纖，從而提供前所未有的容量；其強(qiáng)健的分組化環(huán)境，可使各作戰(zhàn)部隊(duì)實(shí)現(xiàn)更快速、更有效的聯(lián)通。衛(wèi)星星座是交叉鏈接的，能提供x波段、Ka波段和激光通信業(yè)務(wù)，支持軍事戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略和空中情報(bào)，監(jiān)視、偵察等國(guó)防和情報(bào)用戶的高數(shù)據(jù)率的通信。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)能極大地提高總的帶寬容量，能提供10吉字節(jié)／秒的吞吐量，并可將每輛戰(zhàn)車的射頻負(fù)荷容量最多提高2吉字節(jié)／秒，而先進(jìn)極高頻系統(tǒng)衛(wèi)星最多只能提高250兆字節(jié)／秒。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)具備全球聯(lián)通及受保護(hù)的動(dòng)中通能力。在地面，該衛(wèi)星將用射頻鏈路以25兆字節(jié)／秒～45兆字節(jié)／秒的速率與地面用戶連接；在太空，采用20吉字節(jié)／秒的激光通信實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間相互連接，傳送大型圖像文件的時(shí)間僅有目前衛(wèi)星的幾分之一。動(dòng)中通能力是該衛(wèi)星系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)所在，通過1.5兆字節(jié)／秒的通信鏈路，可動(dòng)態(tài)連接一輛以64千米，小時(shí)速度行駛的戰(zhàn)車，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以連接多達(dá)1500輛動(dòng)串通戰(zhàn)車進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這一優(yōu)勢(shì)使得此前的任何衛(wèi)星通信系統(tǒng)都望塵莫及。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)還將大大縮短信息交換所需的時(shí)間。1994年，通過軍事星I系統(tǒng)發(fā)送一條任務(wù)指令，需要約1小時(shí)。過去10年，改進(jìn)后的軍事星2在這方面取得了巨大進(jìn)步，任務(wù)指令的傳輸時(shí)間縮短為5.7秒左右；而先進(jìn)極高頻系統(tǒng)衛(wèi)星使這一時(shí)間進(jìn)一步縮短為1秒多，到了2014年，轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)更是縮短為不到1秒。轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)還有一大亮點(diǎn)，是在可視圖像和雷達(dá)圖像的傳輸時(shí)間方面。1994年，使用軍事星(傳送一幅24兆字節(jié)、8×10英寸的可視圖像需要22.2小時(shí)。到了2001年，軍事星2把該時(shí)間縮短為2分鐘，先進(jìn)極高頻系統(tǒng)將使其進(jìn)一步縮短至24秒，但轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)則可在1秒之內(nèi)完成這種傳輸。

轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)還將采用星際激光交叉鏈路以及源于激光通信終端的激光上行鏈路，而計(jì)劃裝載激光通信終端的平臺(tái)包括“全球鷹”無人機(jī)、U-2偵察機(jī)、E-3機(jī)載預(yù)警控制系統(tǒng)、E-8“聯(lián)合星”等。

綜上所述，衛(wèi)星通信作為信息戰(zhàn)的基本傳輸手段，是國(guó)防通信系統(tǒng)的重要組成部分，也是未來軍用綜合信息網(wǎng)的神經(jīng)中樞。如何借鑒美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，從數(shù)量和質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的合理化，使之更加適合軍事行動(dòng)的需要；廣泛應(yīng)用高數(shù)據(jù)率通信、寬帶通信，星間鏈路和星上處理技術(shù)，充分滿足作戰(zhàn)的大數(shù)據(jù)量、高速通信的軍事應(yīng)用需求，是現(xiàn)階段及以后一段時(shí)期內(nèi)刻不容緩的任務(wù)。