军事卫星通信的继任者

吴　勤

美国是当今世界上拥有最完整、最强大军事卫星通信系统的国家，其80％以上的战略通信任务是由卫星通信系统完成的。但是美军认为，现有体系在技术上已不能满足今后的通信需求，必须彻底改革现有的卫星通信体系，建立一个全新的军用通信系统，才能适应军事转型的需求。因此，军事卫星通信的继任者正是在这种背景下孕育而生的。

现有军事卫星系统将被取代

军事卫星通信系统一般分为窄带、宽带和受保护卫星这三大类。窄带系统主要用于支持用户的语音、低数据速率、移动通信服务，特别是那些受到终端能力、天线尺寸、使用环境等严重影响的用户的通信需求；宽带系统能够提供很大的容量，而受保护系统则能提供抗干扰能力强和隐蔽的保密安全可靠的通信服务，特别是在核战争环境下具有较强的生存能力。美国军事卫星通信系统实际上是一个多系统集成系统，当前使用的典型系统包括军事星(受保护系统)、国防卫星通信系统(宽带系统)、特高频后续星(窄带系统)等。要依靠当前的军事卫星通信系统来满足军事用户在无缝连接，宽带、高数据速率、大容量，全球广播服务、抗干扰以及反侦察等方面的所有要求是十分困难的，为此美国正在计划研制并部署一批新型军事卫星通信系统以取代现有系统。

美军计划在2010年前使用宽带全球卫星通信系统来替换国防卫星通信系统。一颗“宽带全球卫星通信”卫星可提供比整个国防卫星通信系统星座还多的通信能力。每颗卫星将支持2.4吉字节／秒～3.6吉字节／秒的数据率。它采用能够控制上行频率与任何下行频率匹配的数字信道装置和转换开关，提供x波段和Ka波段覆盖；而且该卫星还与国防卫星通信系统及其支持的北约部队终端相兼容。首颗卫星已于2007年10月发射升空，今年5月正式投入使用(参看本刊2008年9月号)。

现有的窄带卫星通信系统工作于UHF频段，用于移动、战术、应急和常规的语音和数据通信。目前，使用UHF进行通信的主要是美国海军的特高频后继星系统和舰队卫星系统提供。随着特高频后继星的服务寿命计划2008年结束，美国海军开始实施移动用户目标系统计划。该计划的空间部分由5颗工作卫星和1颗在轨备用卫星组成。系统的数据吞吐量将达到42兆比特／秒，而特高频后继星系统仅为2～5兆比特／秒，传输速率将达到96千比特／秒，最高可以接近128千比特／秒。一条1兆比特的任务命令以特高频后继星系统卫星2.5千比特／秒的速率传送需要长达1小时的时间，但使用移动用户目标系统从发送到接收的时间在一秒钟之内。首颗移动用户目标系统卫星将于2010年发射，2014年实现全面作战能力。

先进极高频系统将替代军事星系统，它是美国军事卫星通信体系的重要组成部分，可为陆、海、空军，特种部队、美国战略导弹部队、战区导弹防御和空间对抗等美国战略和战术力量，提供安全、可靠的全球卫星通信服务。与军事星2相比，该卫星的总容量要大10倍。一颗这样的卫星提供的容量，相当于5颗军事星卫星的总容量。由于数据率较高，该卫星能高速地传输实时视频信号、战场地图和目标数据等战术信息。例如，发送一份1.1兆比特的作战命令，使用低速率的军事星1大约需要1小时，使用中速率的军事星2需要5.7秒，而使用更高速率的先进极高频卫星大约只需要1秒。

继任者的优势

在1991年的“沙漠风暴”行动中，美军发现，他们不仅仅缺少通信能力，而且通信连接也不顺畅。阿富汗和伊拉克行动以及全球反恐战争进一步表明，美军对高技术通信以及来自无人机、海军系统和地面士兵的实时数据通信的需求量在不断增加。如果带宽成为战斗中重要“瓶颈”的话，那么美国军方应该做什么?就在“九一”事件后不久，美国国防部发起了一项转型通信研究，这就是“转型型通信体系结构”，其目的是用最新科技武装部队，使美国的通信能力有成倍的增长。

“转型通信体系结构”是美军用卫星通信项目的总体目标，旨在开发一种全球覆盖的一体化卫星通信网络，可提供保密的互联网类型的服务，并且实现与国家安全机构、北约和其他国际合作者的互操作，以及有保护的宽带战术和战略级通信。

“转型通信体系结构”的核心是转型卫星通信系统，其技术难度和复杂程度在通信卫星发展史上都是前所未有的。它是一个类似于互联网的高速系统，可提供强大的、抗干扰的全球保密通信，并在通信速度、保密性能以及适用性方面有较大的飞跃，对陆、海、空、天一体化通信网络的实现起到了关键作用。转型卫星通信系统由以下三个主要部分组成：5颗卫星构成的“星座”；一个主要的卫星操作中心，一个提供网络管理的任务操作系统。

由5颗卫星组成的星座可提供不间断的通信覆盖能力，预计每颗卫星的容量至少比先进极高频系统卫星大10倍。任务操作系统将使美军的整个转型通信体系结构能够基于IP进行宽带全球性互联网通信。五角大楼表示，要尽早签定合同，以完成网络体系结构的一体化设计。转型卫星通信系统的大部分地面设施，将在卫星发射前一年完成并运行，以便军事星卫星能够对该卫星网络进行测试，并作好与该卫星连接的准备。

转型卫星通信系统的用户终端与以往军事卫星的终端相比，天线尺寸大大减小，而机动性增强、传输速率大大提高，其终端速率为先进极高频系统卫星终端速率的8倍，发送速率可达到12兆字节／秒，接收速率为1兆字节／秒。

转型卫星通信系统的终端共有3种类型：(1)XDR+型，该终端工作频率44吉赫～20吉赫，当使用30厘米的移动天线时可处理速率为1兆字节／秒(上行连路)和48兆字节／秒(下行链路)的通信流量；当使用60厘米的机载天线时，传输速率为16兆字节／秒-192兆字节／秒；当使用1.2米的舰载天线时，传输速率为8兆字节／秒一192兆字节／秒。(2)X-XDR+型，工作在X波段(8吉赫～7吉赫)。当使用60厘米的移动天线时，传输速率为5兆字节-170兆字节／秒，当使用1.2米的舰载天线时，传输速率为30／60兆字节／秒。(3)Ka-XDR+型，该终端工作在Ka波段(20吉赫-30吉赫)，其终端包括一个60厘米的机载终端，传输速率为13兆字节／秒～192兆字节／秒；以及一个可使“全球鹰”无人机以320兆字节／秒～384兆字节／秒速率进行通信的终端。

转型卫星通信系统与过去的其它卫星不同，它好比是通过卫星之间的交叉链路在空间建立光纤，从而提供前所未有的容量；其强健的分组化环境，可使各作战部队实现更快速、更有效的联通。卫星星座是交叉链接的，能提供x波段、Ka波段和激光通信业务，支持军事战术、战略和空中情报，监视、侦察等国防和情报用户的高数据率的通信。

转型卫星通信系统能极大地提高总的带宽容量，能提供10吉字节／秒的吞吐量，并可将每辆战车的射频负荷容量最多提高2吉字节／秒，而先进极高频系统卫星最多只能提高250兆字节／秒。

转型卫星通信系统具备全球联通及受保护的动中通能力。在地面，该卫星将用射频链路以25兆字节／秒～45兆字节／秒的速率与地面用户连接；在太空，采用20吉字节／秒的激光通信实现卫星之间相互连接，传送大型图像文件的时间仅有目前卫星的几分之一。动中通能力是该卫星系统的另一个优势所在，通过1.5兆字节／秒的通信链路，可动态连接一辆以64千米，小时速度行驶的战车，并可进行数据率的动态调整。转型卫星通信系统可以连接多达1500辆动串通战车进行数据传输，这一优势使得此前的任何卫星通信系统都望尘莫及。

转型卫星通信系统还将大大缩短信息交换所需的时间。1994年，通过军事星I系统发送一条任务指令，需要约1小时。过去10年，改进后的军事星2在这方面取得了巨大进步，任务指令的传输时间缩短为5.7秒左右；而先进极高频系统卫星使这一时间进一步缩短为1秒多，到了2014年，转型卫星通信系统更是缩短为不到1秒。转型卫星通信系统还有一大亮点，是在可视图像和雷达图像的传输时间方面。1994年，使用军事星(传送一幅24兆字节、8×10英寸的可视图像需要22.2小时。到了2001年，军事星2把该时间缩短为2分钟，先进极高频系统将使其进一步缩短至24秒，但转型卫星通信系统则可在1秒之内完成这种传输。

转型卫星通信系统还将采用星际激光交叉链路以及源于激光通信终端的激光上行链路，而计划装载激光通信终端的平台包括“全球鹰”无人机、U-2侦察机、E-3机载预警控制系统、E-8“联合星”等。

综上所述，卫星通信作为信息战的基本传输手段，是国防通信系统的重要组成部分，也是未来军用综合信息网的神经中枢。如何借鉴美国的经验，从数量和质量上实现我国卫星通信系统的合理化，使之更加适合军事行动的需要；广泛应用高数据率通信、宽带通信，星间链路和星上处理技术，充分满足作战的大数据量、高速通信的军事应用需求，是现阶段及以后一段时期内刻不容缓的任务。