美軍“先進(jìn)極高頻”(AEHF)軍用通信衛(wèi)星
2010年8月12日，美國(guó)將用“宇宙神-5”火箭發(fā)射第1顆“先進(jìn)極高頻”(AEHF)軍用通信衛(wèi)星，用于取代現(xiàn)役的“軍事星”(Milstar) 衛(wèi)星系統(tǒng)，這是美國(guó)軍用通信衛(wèi)星邁出更新?lián)Q代的第二步。新發(fā)射的美國(guó)“AEHF”軍用通信衛(wèi)星也叫第3代“軍事星”，用于替換第2代“軍事星”。其信息傳輸能力是現(xiàn)役第2代“軍事星”的10倍，軍方操作人員所獲得的帶寬將增大5倍，且體積更小，更耐用，可處理更多的通信數(shù)據(jù)量，從而能夠支持戰(zhàn)術(shù)軍用通信。另外，每顆AEHF衛(wèi)星造價(jià)5.8億美元，約是“軍事星”的1／2，壽命預(yù)計(jì)為15年。該衛(wèi)星的主承包商是美國(guó)洛克希德·馬丁公司，總共研制5顆。 AEHF衛(wèi)星能給戰(zhàn)區(qū)指揮官提供離安全性的、抗干擾的、不易截獲的通信服務(wù)，可滿足實(shí)時(shí)圖像，戰(zhàn)場(chǎng)地圖和跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?zhàn)術(shù)通信需求，將成為美國(guó)國(guó)防部在軍用衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)中期階段使用的骨干。
新舊技術(shù)相結(jié)合
AEHF采用A2100衛(wèi)星平臺(tái)，發(fā)射質(zhì)量約6600千克，入軌質(zhì)量4100千克，比采用“波音-702”平合的“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星還大10％以上。它采用了“軍事星”上已有的擴(kuò)頻，調(diào)頻，星間鏈路和星上處理等技術(shù)，所以能增強(qiáng)路由選擇，能根據(jù)用戶優(yōu)先級(jí)別來(lái)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并通過(guò)星間通信實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)。衛(wèi)星具有非常強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，特別是減小了對(duì)地面支持系統(tǒng)的依賴程度，降低了地面破壞攻擊的可能性。即便地面控制站被破壞，整個(gè)系統(tǒng)仍能自主工作半年以上。
AEHF采用了相控陣天線技術(shù)，波束成形網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、毫米波單元(AMU)技術(shù)和電推進(jìn)系統(tǒng)等一些新技術(shù)。為了滿足戰(zhàn)爭(zhēng)的特殊需要，該衛(wèi)星一共攜帶有14部天線：1個(gè)極高頻上行相控陣天線(波束可在用戶之間瞬變)，2個(gè)超高頻下行相控陣天線，2個(gè)V頻段(60吉赫茲)星間鏈路天線(口徑為 1.83米的卡塞格倫天線)，1個(gè)上／下行收發(fā)共用全球覆蓋喇叭天線，2個(gè)上／下行收發(fā)共用調(diào)零天線(用于自適應(yīng)調(diào)零和抗干擾)，6個(gè)上／下行裝有平衡架的收發(fā)共用可旋轉(zhuǎn)碟型天線。它還用電子管功率放大器取代了行波管放大器，提供了較高的保真度，但降低了功率傳輸門(mén)限，以確保和以往的衛(wèi)星系統(tǒng)的兼容。
此前的衛(wèi)星基本采用機(jī)械方式來(lái)改變波束反射面，因此某一個(gè)時(shí)刻波束只能屬于某一用戶，而AEHF是通過(guò)電子方式來(lái)改變射頻波束的指向的，能很便捷地使用戶之間的波束瞬間跳變，而衛(wèi)星的上行相控陣天線可直接接收來(lái)自地面終端的信號(hào)。衛(wèi)星相控陣天線采用一種先進(jìn)的半導(dǎo)體材料——銦的磷化物，它使天線的噪聲更低，信號(hào)更加清晰。各個(gè)AEHF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。
由諾·格公司研制的“波束成形網(wǎng)絡(luò)”(BFNs)可使AEHF衛(wèi)星天線自動(dòng)調(diào)零，以便對(duì)付潛在的干擾，而在波束覆蓋范圍內(nèi)的合法用戶將能正常使用衛(wèi)星，這種抗干擾功能不需要由地面控制和干涉。
衛(wèi)星采用氙離子流體霍爾推進(jìn)器，所以可少攜帶很多推進(jìn)燃料，從而承載較多的有效載荷。不過(guò)，衛(wèi)星也因此在上天105天前后才能定點(diǎn)。
技高一籌的新星
AEHF在第2代“軍事星”低數(shù)據(jù)率載荷(LDR)和中數(shù)據(jù)率載荷(MDR)的基礎(chǔ)上，增加了擴(kuò)展數(shù)據(jù)率載荷(×DR)，即能提供高數(shù)據(jù)率傳輸服務(wù)，同時(shí)其覆蓋區(qū)范圍也大大擴(kuò)大。該星單星通信總?cè)萘繌牡?代“軍事星”的40兆比特／秒提高到430兆比特／秒，同步信道數(shù)量增加2～3倍。這樣的傳輸速率可允許戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)傳輸準(zhǔn)實(shí)時(shí)視頻、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)。
第1代“軍事星”極高頻通信速率為75千比特／秒，第2代“軍事星”為100兆比特／秒，而AEHF超過(guò)1吉比特／秒。
AEHF用于戰(zhàn)術(shù)通信數(shù)據(jù)速率是8.192兆比特／秒(第2代“軍事星”為1.544兆比特／秒)，用于戰(zhàn)略通信的數(shù)據(jù)速率是19.2千比特／秒，可以服務(wù)6000個(gè)終端和4000個(gè)網(wǎng)絡(luò)(比第2代“軍事星”多2500個(gè))，并同時(shí)提供50個(gè)下行鏈路信道。按照這個(gè)容量，新系統(tǒng)在點(diǎn)波束數(shù)量上將有近10倍增長(zhǎng)，極大地提高了用戶接入能力。同時(shí)，AEHF的點(diǎn)波束更小，功率更高，提高了通信的可靠性和數(shù)據(jù)率，極大地降低了敵方偵聽(tīng)和干擾的可能性。“軍事星”的星間鏈路通信速率為10兆比特／秒，而AEHF可以達(dá)到60兆比特。秒，同時(shí)，AEHF的星間鏈路還增強(qiáng)了路由功能和抗干擾能力。
具體來(lái)說(shuō)，用第1代“軍事星”傳輸“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈的任務(wù)命令需要100秒，傳輸1.1兆大小的空中任務(wù)命令需要1.02小時(shí)，傳輸1幅偵察衛(wèi)星拍攝的可見(jiàn)光圖像(24兆)需要22.2小時(shí)；用第2代“軍事星”傳輸只需花0.16秒、5.7秒、2.07分鐘；用AEHF則僅用0.03秒、 1.07秒、23.6秒。傳送雷達(dá)圖像通常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，而用未來(lái)的“轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星”(T-SAT)則不到1秒。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；用 AEHFT衛(wèi)星傳送需要17分鐘，而用T-SAT則不到1秒。
可支持多種終端
“先進(jìn)極高頻”能在任何時(shí)候提供世界范圍內(nèi)的軍事應(yīng)用，并兼容現(xiàn)有的“軍事星”系列終端，支持提供機(jī)載，艦載，車(chē)載和便攜終端，如：海軍多頻段終端(NMT)、單信道抗干擾便攜式終端、先進(jìn)極高頻通用系統(tǒng)試驗(yàn)終端(AUST-T)，保密移動(dòng)抗干擾可靠型戰(zhàn)術(shù)終端(SMART-T)和先進(jìn)超視距系列終端(FAB-T)以及潛艇高數(shù)據(jù)速率(Sub-HDR)系統(tǒng)。其中先進(jìn)超視距系列終端綜合了以前的2個(gè)項(xiàng)目，即機(jī)載寬帶終端(AWT)和指令遞送終端替代系統(tǒng)(CPTR)，從而建立了一個(gè)通用的開(kāi)放式、覆蓋天基地基的綜合應(yīng)用體系。
按計(jì)劃，到2010年美軍將采購(gòu)2500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)的天線直徑最大為3米，最小的可做到幾厘米。
因?yàn)锳EHF工作在較高的頻段，其用戶終端也在不斷向小型化發(fā)展。一種稱為L(zhǎng)TCC的技術(shù)可把有源和無(wú)源的射頻元件以一種多層布局的形式封裝在一個(gè)低損耗的絕緣材料中，用該技術(shù)所集成的相控陣天線尺寸更小，損耗更低。
總之，AEHF衛(wèi)星具備抗干擾、低檢測(cè)概率、低截獲概率的特點(diǎn)和先進(jìn)的加密系統(tǒng)，其對(duì)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的支持能力比“軍事星”提高了2倍，且能與其他軍用網(wǎng)絡(luò)和盟軍網(wǎng)絡(luò)兼容。AEHF能夠支持動(dòng)中通，提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻會(huì)議和圖像傳輸業(yè)務(wù)，為美國(guó)的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)力量在各種級(jí)別的沖突中提供安全、可靠的全球衛(wèi)星通信。每顆AEHF-P衛(wèi)星可連接上百個(gè)直徑1英尺的終端天線，把戰(zhàn)場(chǎng)上的所有梯隊(duì)聯(lián)接成具備太空路由的虛擬網(wǎng)絡(luò)。它還能為那些需要快速、精確信息的用戶提供實(shí)時(shí)地圖、目標(biāo)信息和先進(jìn)的智能監(jiān)視和偵察信息。它也可直接對(duì)來(lái)自用戶終端的請(qǐng)求做出回答，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
2002年12月，由于考慮后續(xù)衛(wèi)星采用T-SAT，所以美國(guó)取消了第4、5顆AEHF衛(wèi)星的采購(gòu)。然而在2009年4月份，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)宣布取消T-SAT項(xiàng)目。為了填補(bǔ)項(xiàng)目取消造成的能力空隙，美國(guó)軍方計(jì)劃增加AEHF衛(wèi)星的采購(gòu)數(shù)量。在2009年9月份，授予洛·馬公司新的合同，開(kāi)始采購(gòu)第4顆AEHF衛(wèi)星的部件。前3顆衛(wèi)星研制總成本約21億美元。但是由于美軍在時(shí)隔7年后又決定采購(gòu)第4顆衛(wèi)星，造成衛(wèi)星成本急劇上升，第4顆AEHF 衛(wèi)星的成本達(dá)到了10億美元以上。
三類(lèi)超級(jí)通信兵
美國(guó)軍用通信衛(wèi)星可分為寬帶、受保護(hù)和窄帶3類(lèi)。寬帶系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)大容量；受保護(hù)系統(tǒng)著重抗干擾特性、保密性及核生存能力：窄帶系統(tǒng)則重點(diǎn)支持需要語(yǔ)音或低數(shù)據(jù)率通信的用戶，以及移動(dòng)用戶和小型終端的用戶。
在寬帶系統(tǒng)建造方面，美國(guó)先后發(fā)射了3代“國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”(DSCS)衛(wèi)星，以及裝載在“特高頻后繼星”(UFO)上的“全球廣播業(yè)務(wù)” (GBS)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。其中第3代DSCS裝有6臺(tái)超高頻轉(zhuǎn)發(fā)器，總帶寬500兆赫，是世界首顆采用電子切換超高頻多波束天線的衛(wèi)星，有較強(qiáng)的抗干擾生存能力，用于為美國(guó)國(guó)家指揮機(jī)關(guān)和作戰(zhàn)部隊(duì)提供高質(zhì)量的保密通信和高速數(shù)據(jù)傳輸。
GBS系統(tǒng)的工作方式與商用電視直播衛(wèi)星類(lèi)似，是一種高速單向的廣播通信系統(tǒng)，可直接向世界各地的戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)人員提供大量信息，有“智能推”和 “用戶取”兩種服務(wù)方式，前者把新聞、天氣等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)目和戰(zhàn)區(qū)通報(bào)等定期播發(fā)，后者是部隊(duì)“點(diǎn)播”的特殊信息。其寬頻帶及高速傳輸能力，可使大型作戰(zhàn)文件的傳輸由過(guò)去幾小時(shí)變?yōu)閹酌腌?，因而能協(xié)同美國(guó)海軍的巡航導(dǎo)彈發(fā)射前的最后1分鐘進(jìn)行最終目標(biāo)修正；也可把來(lái)自衛(wèi)星或無(wú)人飛機(jī)的各類(lèi)數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)航的艦艇，而以前的海軍“艦隊(duì)衛(wèi)星通信”(FltSatCom)要達(dá)到這種能力還比較勉強(qiáng)。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，特別詳細(xì)的作戰(zhàn)命令必須用飛機(jī)送到航母上，而同樣詳細(xì)的作戰(zhàn)命令若用“全球廣播業(yè)務(wù)”則可在1分鐘內(nèi)送達(dá)。
現(xiàn)在，美國(guó)正用“寬帶全球衛(wèi)星通信”(WGS)衛(wèi)星替換DSCS衛(wèi)星和GBS，并降低美國(guó)政府對(duì)商業(yè)衛(wèi)星通信服務(wù)的依賴。WGS的信息傳輸能力是DSCS的10倍，工作壽命10-15年，目前已發(fā)射3顆，未來(lái)還將發(fā)射3顆，用于為三軍提供通信支持。該衛(wèi)星采用“波音－702”衛(wèi)星平臺(tái)，工作在 X頻段和Ka頻段。該衛(wèi)星擁有18個(gè)可重新配置的覆蓋區(qū)，以及具備向不同覆蓋區(qū)進(jìn)行廣播和多點(diǎn)廣播的傳送能力，并且能夠連接位于任意區(qū)域和所有區(qū)域的用戶，即使他們處于不同工作頻率。
在受保護(hù)系統(tǒng)建造方面，美國(guó)先后發(fā)射了6顆“軍事星”衛(wèi)星，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1代 “軍事星”，它們采用了抗核加固，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2代“軍事星”，它們放棄了核加固能力，以降低制造費(fèi)用和難度，但在第1代“軍事星”192條低速率信道的基礎(chǔ)上增加732條1.5兆比特／秒的中速率有效載荷，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。美國(guó)從2010年起用AEHF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。
在窄帶系統(tǒng)建造方面，美國(guó)先后發(fā)射了“艦隊(duì)衛(wèi)星通信”衛(wèi)星、“租賃衛(wèi)星”(Leasat)和UFO。目前在軌服役的UFO有11顆，每顆可提供39個(gè)信道，為艦隊(duì)廣播業(yè)務(wù)提供了高保密鏈路。這些衛(wèi)星雖然同屬一個(gè)系列，但仍有不斷的改進(jìn)，例如第1～3顆UFO載有特高頻、超高頻有效載荷，從第4 顆衛(wèi)星開(kāi)始增加了極高頻有效載荷；第8～10顆衛(wèi)星上的特高頻有效載荷則被GBS系統(tǒng)所替換。美國(guó)將從2011年開(kāi)始發(fā)射“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)” (MUOS)，以替換UFO，前者比后者信息傳輸能力提高10倍，容量提高15倍，主要為海軍服務(wù)。
未來(lái)的軍用通信
從2011年起，美國(guó)還將陸續(xù)用洛·馬公司的6顆MOUS替換UFO，為多種地面用戶提供移動(dòng)通信服務(wù)。MOUS采用商用通信衛(wèi)星技術(shù)，為使用各種大型、小型和手持終端的用戶提供服務(wù)。
目前，美國(guó)UFO星座由8顆工作星和1顆在軌備份星組成，每顆衛(wèi)星提供38個(gè)帶寬為5千赫茲和25千赫茲的通信信道，以及1個(gè)25千赫茲的艦隊(duì)廣播信道，現(xiàn)有約7500套特高頻頻段的地面終端在使用。該系統(tǒng)的能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了飛速增長(zhǎng)的軍用通信需求，美國(guó)預(yù)計(jì)2011年將需要42兆比特／秒的通信容量，提供2300個(gè)用戶同時(shí)接入，因此美國(guó)轉(zhuǎn)向發(fā)展全新的“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”。
預(yù)計(jì)，到2013年MOUS可全部部署完畢，形成作能力。屆時(shí)，各種窄帶衛(wèi)星通信終端總數(shù)將達(dá)到82000套，其中50％為手持式戰(zhàn)場(chǎng)幸存者逃生定位設(shè)備(CSEL)，其余終端為先進(jìn)的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)終端和先前UFO的系統(tǒng)。一旦MOUS投入使用，將可有效為美軍機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)提供通信保障，為所有軍事部門(mén)的任務(wù)目標(biāo)提供超視距通信支持。該系統(tǒng)采用了現(xiàn)代化第3代移動(dòng)通信技術(shù)，可同步傳輸語(yǔ)音，數(shù)據(jù)和圖像，同時(shí)系統(tǒng)的傳輸容量也能夠獲得提升。它能不受天氣和環(huán)境限制為艦艇，飛機(jī)和地面部隊(duì)提供更可靠的窄帶通信能力，是美海軍下一代窄帶衛(wèi)星通信星座。
美國(guó)還曾計(jì)劃研制T-SAT，它是美國(guó)“全球信息柵格帶寬擴(kuò)展”計(jì)劃的天基部分，也是美國(guó)情報(bào)、國(guó)防和航天三類(lèi)機(jī)構(gòu)共享的下一代空間通信基礎(chǔ)設(shè)施。該衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)大容量全球通信；利用激光鏈路和因特網(wǎng)協(xié)議(IP)等新技術(shù)向成千上萬(wàn)用戶提供高機(jī)動(dòng)、超視距和受保護(hù)的通信；向戰(zhàn)術(shù)用戶提供中速率通信能力，向機(jī)載的情報(bào)、監(jiān)視和偵察平臺(tái)提供更強(qiáng)大的連通能力，用戶數(shù)量將是AEHF衛(wèi)星系統(tǒng)的6～10倍。
首顆T-SAT原定于2013年發(fā)射升空，并通過(guò)激光通信的方式保障衛(wèi)星之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。此衛(wèi)星系統(tǒng)投入使用后將能夠簡(jiǎn)化各種無(wú)線通信工具接收衛(wèi)星信號(hào)的過(guò)程，使處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的技術(shù)裝備無(wú)需再頻繁地調(diào)整天線方向。最主要的AT-SAT系統(tǒng)可以提高圖片的傳輸速度。不過(guò)，由于多種原因，T- SAT項(xiàng)目2009年被取消。
未來(lái)的軍用通信衛(wèi)星將普遍采用商用大型公用平臺(tái)，重點(diǎn)發(fā)展有效載荷技術(shù)，面向效能全面集成，重視系統(tǒng)功能的互補(bǔ)，以及系統(tǒng)的兼容性和互聯(lián)互通性能：提高衛(wèi)星系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化通信能力；向更高的頻段和激光通信方向發(fā)展，發(fā)展星間和星地激光通信系統(tǒng)，以大幅度提高系統(tǒng)的有效帶寬，并使擴(kuò)頻和跳頻范圍更寬，傳輸?shù)姆较蛐愿鼜?qiáng)，抗干擾能力更高；星上處理技術(shù)向基帶處理發(fā)展，從而提高有效載荷利用率，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)至多點(diǎn)傳輸和廣播通信，星上交換靈活，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按需多址，抗干擾能力強(qiáng)，提供通信業(yè)務(wù)更靈活，網(wǎng)絡(luò)化能力更高；向多點(diǎn)波束方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，擴(kuò)大衛(wèi)星容量，提高衛(wèi)星功率和系統(tǒng)的適應(yīng)性，靈活的改變系統(tǒng)的配置：綜合采取多種技術(shù)提高抗干擾性能。 轉(zhuǎn)自《現(xiàn)代軍事》2010年9期
