美國“先進極高頻”軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)狀及其應(yīng)用

崔瀟瀟 鐘江山 趙煒渝 魏晨曦 胡旖旎（北京跟蹤與通信技術(shù)研究所）

軍用衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、容量大等優(yōu)點，能更好地滿足戰(zhàn)場信息傳輸需求。美國擁有先進的軍用衛(wèi)星通信技術(shù)，建造了一些典型的軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并應(yīng)用于戰(zhàn)場信息傳遞，為指揮機關(guān)的實時決策提供依據(jù)。為了在軍事對抗中保持優(yōu)勢，近年來，美國不斷發(fā)展新技術(shù)，在信息對抗中始終處于主導(dǎo)地位?，F(xiàn)階段，美軍重點發(fā)展的新一代軍用衛(wèi)星通信受保護系統(tǒng)是“先進極高頻”（AEHF）衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

1 AEHF衛(wèi)星系統(tǒng)部署

美國軍用通信衛(wèi)星分為寬帶、受保護和窄帶三類。寬帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)強調(diào)大容量；受保護軍用通信衛(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)則重點支持需要話音或低速率通信的用戶，以及移動用戶和小型終端的用戶。

在受保護軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)方面，美國先是陸續(xù)發(fā)射了6顆“軍事星”（Milstar）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。前2顆為第一代“軍事星”，采用了抗核加固、抗干擾和極高頻（EHF）等技術(shù)，具備在核戰(zhàn)爭條件下的生存能力。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1.5Mbit/s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，美軍開始逐步用AEHF替換“軍事星”。

AEHF由洛馬公司（LM）研制，是受保護系列軍用通信衛(wèi)星的第三代，又稱為第三代“軍事星”。該系統(tǒng)由6顆軍用通信衛(wèi)星組成，用來取代第二代“軍事星”系統(tǒng)，可提供EHF范圍的上行鏈路/交叉鏈路功能和超高頻（SHF）范圍通信。它由美國空軍的空軍太空司令部（USSPACECOM）操作。

AEHF既能保障寬帶，又可保障安全性，是美軍新一代具有高防護性能的地球同步軌道（GEO）軍用通信衛(wèi)星，它可在包括核戰(zhàn)爭在內(nèi)的各種規(guī)模戰(zhàn)爭中，為關(guān)鍵戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)部隊提供防截獲、抗干擾、高保密和高生存能力的全球衛(wèi)星通信。

目前，AEHF的6顆衛(wèi)星已經(jīng)全部發(fā)射，創(chuàng)建了一個交互連接（crosslinked）的星座，這標(biāo)志著該系列部署工作的完成。AEHF支持廣泛的任務(wù)，例如，戰(zhàn)略核行動、特殊行動、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御、太空行動和情報。

AEHF－1原計劃于2007年發(fā)射，但由于諸如關(guān)鍵密碼要求之類的困難被推遲。2010年8月14日，AEHF－1由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）用宇宙神－5－531（Atlas－5－531）運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射。2011年10月，衛(wèi)星到達(dá)目標(biāo)軌道， 2012年3月，該衛(wèi)星開始服役。

2012年5月4日，AEHF－2由ULA用宇宙神－5火箭發(fā)射升空。火箭助推器由RD－180發(fā)動機提供動力，“半人馬座”（Centaur）的上面級由普惠公司（P&W）的Rocketdyne RL10A發(fā)動機提供動力。

AEHF－2由宇宙神－5火箭發(fā)射升空（來源：ULA）

2014年9月18日，AEHF－3由ULA公司用宇宙神－5火箭從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的SLC－41號工位上發(fā)射。該衛(wèi)星提供衛(wèi)星在SHF和EHF頻段上的通信。

2018年10月17日，AEHF－4由ULA公司用宇宙神－5火箭從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射。該衛(wèi)星配置了基帶處理載荷、星上加密機、調(diào)零天線、相控陣天線、星間鏈路等多種先進技術(shù)手段，具備高加密級別、低截獲/探測概率、抗核閃爍等基本特征，將進一步鞏固美軍戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)保密通信能力。從軌道配置來看，前3顆AEHF衛(wèi)星分別定點在非洲、南美洲和亞太上空，新發(fā)的AEHF－4衛(wèi)星繼續(xù)部署在亞太區(qū)域，為該地區(qū)軍事行動提供有力保障。

2019年8月6日，AEHF－5由ULA公司用宇宙神－5火箭發(fā)射升空。該衛(wèi)星將為美軍提供安全和抗干擾的通信服務(wù)。美軍成功部署其第5顆AEHF衛(wèi)星，標(biāo)志著該系統(tǒng)空間段建設(shè)進入尾聲，也客觀上加劇了新體系轉(zhuǎn)型研發(fā)工作的緊迫性。

2020年3月26日，AEHF－6由ULA公司用宇宙神－5－551運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。目標(biāo)軌道遠(yuǎn)地點35298km、近地點10876km、傾角13.9°。551型是宇宙神－5系列運載能力最強的型號，設(shè)5臺固體捆綁，采用5m直徑整流罩。

測試中的AEHF－4（來源：Lockheed Martin）

這是美國太空軍這一新軍種自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)重的情況下進行的，因此顯得較為特殊。2020年12月，美國太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心將AEHF－6衛(wèi)星的運控權(quán)移交給太空作戰(zhàn)司令部。同海軍陸戰(zhàn)隊隸屬于海軍部一樣，天軍仍放在空軍部之下。AEHF－6的發(fā)射標(biāo)志著該系列部署工作的完成。

2 AEHF衛(wèi)星有效載荷

AEHF通信衛(wèi)星用于為美國國家領(lǐng)導(dǎo)人及陸海空部隊提供高生存能力和有保護的保密通信，可為美國戰(zhàn)略部隊、空軍空間預(yù)警資源和作戰(zhàn)部署部隊提供快速全球覆蓋。

其抗干擾有效載荷包括：機載信號處理載荷，射頻設(shè)備，交叉頻帶的EHF/SHF通信天線，A2100航天器必不可少的路由和控制軟件及硬件。來自衛(wèi)星的天線波束是電子可控的，可以從信道到波束進行映射，以實現(xiàn)所需的傳輸容量。衛(wèi)星可以交叉鏈接，以實現(xiàn)來自不同地面網(wǎng)關(guān)的全球通信。戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的優(yōu)點是體積小、移動終端少、動態(tài)路由和檢測概率低，可提供戰(zhàn)術(shù)軍用通信，包括地圖和戰(zhàn)場實時視頻。衛(wèi)星還提供其他重要的可生存、持久和受保護的通信，并應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)威脅。

為了滿足戰(zhàn)爭的特殊需要，AEHF上一共攜帶有14副天線：1副EHF上行相控陣天線，2副SHF下行相控陣天線，2副V頻段（60GHz）星間鏈路天線，1副上/下行收發(fā)公用全球覆蓋喇叭天線，2副上/下行收發(fā)公用調(diào)零天線（用于自適應(yīng)調(diào)零和扛干擾），6副上/下行裝有平衡架的收發(fā)公用可旋轉(zhuǎn)碟形天線。

3 AEHF系統(tǒng)作戰(zhàn)能力高度聚焦對抗防護需求

洛馬航天系統(tǒng)公司負(fù)責(zé)AEHF衛(wèi)星的空間和地面部分，包括任務(wù)控制和系統(tǒng)集成。AEHF系列衛(wèi)星采用A2100M平臺，發(fā)射質(zhì)量6168kg，入軌質(zhì)量4100kg。AEHF系列衛(wèi)星為板箱式結(jié)構(gòu)，其主體為長方體，兩側(cè)帶有2副太陽電池翼；裝有包括雙組元和單組元2種發(fā)動機的雙模式推進系統(tǒng)，用于姿態(tài)控制；配有用于軌道轉(zhuǎn)移的4臺霍爾電流推進器及電子管功率放大器（固態(tài)功率放大器）。

采用霍爾電流推進器提供動力

AEHF衛(wèi)星由霍爾電流推進器提供動力，可少攜帶很多推進燃料，從而承載較多的有效載荷。AEHF采用的電推進系統(tǒng)包括4臺用于軌道轉(zhuǎn)移和位置保持的BPT－4000氖離子霍爾效應(yīng)推力器，每臺霍爾效應(yīng)推力器質(zhì)量7.5kg，體積16cm×22cm×27cm，標(biāo)稱功率4.5kW，標(biāo)稱電壓350V，推力270mN，比沖950s。

“先進超視距終端系列”作為通信終端

與AEHF兼容的通信終端主要是美國的“先進超視距終端系列”（FAB-T），該系統(tǒng)旨在研制一系列適用于各種平臺的寬帶保密衛(wèi)星通信終端。FAB-T能夠兼容未來波形，軟件和硬件也都采用了通用性標(biāo)準(zhǔn)。

BPT－4000霍爾效應(yīng)推進器

通信技術(shù)較“軍事星”更為強大

在通信技術(shù)上，AEHF采用了上一代“軍事星”軍用通信衛(wèi)星上擴頻、調(diào)頻、星間鏈路和星上處理等技術(shù)，增強了路由選擇能力。它能根據(jù)用戶優(yōu)先級別為部署和作戰(zhàn)的部隊（作戰(zhàn)節(jié)點）提供點對點通信以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過星間通信實現(xiàn)全球服務(wù)，并有非常強的戰(zhàn)場生存能力，減小了對地面支持系統(tǒng)的依賴程度，即便在地面控制站被破壞后，整個系統(tǒng)仍能自主工作半年以上。新的星間鏈路將在數(shù)倍于“軍事星”數(shù)據(jù)速率的條件下運行。

波音公司FAB-T終端

6顆AEHF衛(wèi)星之間利用“卡塞格倫”（Cassegrain）星間鏈路天線實現(xiàn)通信。另外，每顆AEHF衛(wèi)星使用許多指向地球的窄點波束來直接與用戶通信，可提供1個全球波束、2個調(diào)零點波束、4個捷變點波束、24個時分復(fù)用波束和6個駐留波束。作為“軍事星”的接替型號，每顆AEHF衛(wèi)星的總通信容量比由5顆衛(wèi)星構(gòu)成的整個“軍事星”星座還要大。

電子管功率放大器提供較高保真度及整體功率效率

AEHF還采用了相控陣天線、波束成形網(wǎng)絡(luò)、毫米波單元和電推進系統(tǒng)等一些新技術(shù)。AEHF通過電子方式來改變射頻波束的指向，因而其相控陣天線能很便捷地使用戶之間的波束瞬間跳變，衛(wèi)星的上行相控陣天線可直接接收來自地面終端的信號。波束成形網(wǎng)絡(luò)可使AEHF線自動調(diào)零，以便對付潛在的干擾，而在波束覆蓋范圍內(nèi)的合法用戶仍能正常使用衛(wèi)星。

AEHF的容量是“軍事星”的10倍，大大增加了其覆蓋范圍，可提供跨海、空中和陸地任務(wù)戰(zhàn)的連接。AEHF系統(tǒng)由太空中的衛(wèi)星、用戶終端和地面任務(wù)控制系統(tǒng)，以及相關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。移動和固定控制站組成了高度可生存的任務(wù)控制部分，旨在監(jiān)視衛(wèi)星健康狀況，并提供監(jiān)視和行動計劃。終端部分是固定終端和地面移動、機載、船舶和潛艇，以及所有合作伙伴的其他終端的網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星通信（SATCOM）僅獲取空軍終端、空間和地面部分，這3個網(wǎng)段使通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹付ㄋ俾史秶鸀?5bit/s～8Mbit/s。

4 AEHF系統(tǒng)特點

通過上述研究可以分析總結(jié)出AEHF系統(tǒng)具有以下幾項特點：

1）AEHF衛(wèi)星是一種先進的抗干擾和核硬化衛(wèi)星，旨在“為高優(yōu)先級的軍隊提供可生存通信，以及全球性、受保護和抗干擾的通信”。該衛(wèi)星提供的通信業(yè)務(wù)具有很強的抗干擾、抗截獲、高安全性、不易探測等特點，廣泛用于戰(zhàn)區(qū)指揮官的通信和指揮，可滿足實時圖像、戰(zhàn)場地圖和跟蹤數(shù)據(jù)等戰(zhàn)術(shù)軍用通信的需求，使得美國信息化戰(zhàn)爭有了“總指揮”。

2）AEHF的任務(wù)是為軍隊在地面、海上和空中的高優(yōu)先級資產(chǎn)提供可生存的受保護通信，AEHF衛(wèi)星具備更高的安全和自我保護等功能，它使得美國總統(tǒng)和戰(zhàn)斗指揮官能夠通過各級戰(zhàn)爭和沖突的各個階段控制其戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略力量。

3）AEHF系統(tǒng)將賦予軍隊指戰(zhàn)員在所有環(huán)境中（甚至區(qū)域核戰(zhàn)爭中）通信的能力。向美國位于全球任何地區(qū)的陸、海、空軍提供通信。每顆衛(wèi)星都具有嚴(yán)格的抗干擾特性，可為部隊進行關(guān)鍵傳輸，無需擔(dān)心會被敵人干擾。除完成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)之外，AEHF星座還將向美國國家指揮機構(gòu)（包括總統(tǒng)會議等）提供關(guān)鍵的可持續(xù)、受保護的持久通信。

4）AEHF系統(tǒng)信息傳輸能力是第二代“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，同時還具有抗電子干擾、抗反衛(wèi)星武器打擊等受保護功能。

5）AEHF衛(wèi)星具有加密級別高、截獲與探測概率低、能穿透核武器引起的電磁干擾等基本特征。它能向中東地區(qū)的美國及盟國部隊提供安全通信。除了向美軍各部、戰(zhàn)略司令部和重要民事機構(gòu)（如中央情報局）提供高度機密的通信能力外，AEHF－2衛(wèi)星還為英國、加拿大和荷蘭部隊的高度機密需求提供服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代戰(zhàn)爭是陸、海、空、天、電的綜合對抗，戰(zhàn)場空間趨于多維和擴展，信息化戰(zhàn)場日益透明，需要一體化聯(lián)合作戰(zhàn)與體系對抗和網(wǎng)絡(luò)對抗，而這一切都離不開軍用衛(wèi)星通信的支持。軍用衛(wèi)星通信可以實時傳遞戰(zhàn)場信息，并將總部的命令安全準(zhǔn)確地下發(fā)到各級指揮機關(guān)及士兵。美軍下一代軍用通信衛(wèi)星體系的核心思路在于：推動防護戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)載荷分離，通過改造升級，使現(xiàn)役非防護衛(wèi)星系統(tǒng)增加防護功能。戰(zhàn)略通信方面，未來將基于AEHF系統(tǒng)已經(jīng)成熟的載荷技術(shù)，打造專用的防護戰(zhàn)略通信衛(wèi)星系統(tǒng)，作為美軍構(gòu)建戰(zhàn)略保底能力的核心基礎(chǔ)設(shè)施。我國要在未來的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中取得勝利，離不開軍用衛(wèi)星通信的支持，因此，需要大力發(fā)展我國的軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并采用先進的通信技術(shù)及抗干擾、抗截獲技術(shù)，在信息對抗中立于不敗之地。