美军卫星基础设施建设现状与特点分析

翻译 李金红 张灿 志英

一、美军卫星基础设施建设现状

美军的卫星基础设施由空间段和地面段两部分组成。空间段是指主体卫星及星上所有载荷，地面段是指支持用户访问卫星并实现用户间通信的所有地面设施。

目前，美军在空间段拥有在轨运行的通信、导航、侦察监视、气象监测等各类军事卫星约100余颗。其中，国防卫星通信系统、军事星、特高频后续卫星、先进极高频卫星和宽带全球卫星等多个系列通信卫星约30余颗，具备覆盖全球的安全宽带、窄带通信能力，能传输话音、数据、图像和视频会议等各类信息，为战略、战术各级作战任务提供通信支持；世界上性能最先进的全球定位系统（GPS）卫星29颗，可提供高精度的全球导航定位和精确授时；各种侦察监视卫星包括光学成像卫星、雷达成像卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星、导弹预警卫星等共30多颗，可对全球实施全天时、全天候、高精度的光学、雷达和电子侦察，对导弹提供有效预警；军用气象卫星5～6颗，可为美军的军事行动提供有效的气象预报支持。

在地面段，美军依托遍及全球的固定和移动军事基地，以独立建设、征用、租赁和联合部署等方式，建立了大量卫星固定地面站，用于接收、处理、控制和转发来自空间卫星数据信息。为了满足远征作战、多样化行动以及战时紧急需求，美军还部署了许多移动卫星地面站，例如，目前在伊拉克运行良好的“鹰眼-1”移动地面站。该移动地面站可以从美军及其盟国的多颗高分辨率成像卫星上直接接收侦察图像。就用户终端而言，由于美军众多卫星系统各自独立，因而使美军拥有上千种现役卫星用户终端，各式各样，种类繁多。

二、美军卫星基础设施建设特点

1.以空间段建设为主，努力打造作战快速响应空间

空间段一直是美军卫星基础设施建设与维护的重中之重。仅2011财年，美空军就计划发射4颗卫星，其中包括一颗“先进极高频通信卫星”、一颗“天基太空监视卫星”、一颗“新一代全球定位卫星”和一颗“太空作战响应卫星”。

经过20世纪90年代以来的几场高技术局部战争，尤其是转型卫星通信系统（TSAT）计划的终止，美军开始对卫星基础设施的建设与维护进行系统总结。美军认为，现有大型卫星系统不能及时响应战场变化，不能由战场指挥员控制，而且时效性差，研制、发射和准备的周期长、费用高昂，一旦发射失败或在轨发生故障则损失惊人，因此，需要探索和开发成本低廉、更加灵活的空间系统，提供更快的作战响应能力。在此前提下，美军提出了作战快速响应空间(ORS)计划。该计划的核心就是改变现有卫星基础设施的建设和维护模式，采用响应性、模块化的建设和维护体系结构，引入即插即用概念，缩短卫星集成和测试的时间，降低系统的工程和设计成本，满足多任务需求。

2.以分散实施为主，尝试打破专业和军种界限

一直以来，美军卫星基础设施的建设和维护均坚持“谁提出、谁建设、谁维护”的原则，建设和维护资金由国防部按照预算申请统一划拨给下属各业务局、各司令部和各军种，除具体的发射任务由NASA和空军的卫星发射基地负责实施外，其余的建设和维护工作则各自分散实施。例如，先进极高频卫星、国防卫星通信系统和“军事星”由国防部军事卫星通信联合计划办公室和空军航天司令部联合负责；特高频后续卫星、移动用户目标系统、全球广播系统等由美海军空间和海上作战司令部负责；国防气象卫星由美空军空间和导弹系统中心和NASA联合负责；全球定位系统卫星由美空军空间司令部负责；各种侦查和监视卫星由NASA和美军航天司令部联合负责。目前，几乎只有美陆军尚未独立建设和维护的空间段卫星。2010年12月9日，美陆军航天和导弹防御司令部/战略司令部负责发射了陆军首颗卫星，但该卫星在轨时间仅有30天左右，属于试验卫星。

随着各军种联合作战程度的加强，这种建设和维护模式的弊端也凸显出来。首先，分散实施的模式不利于各建设和维护机构之间的技术和经验交流，容易造成各种资源浪费。例如，气象卫星、侦察和监视卫星、定位卫星都需要高性能的上、下行链路传输数据，而在这方面，通信卫星的建设已经具备了丰富的技术和经验。因此，美国防部正在尝试将通信卫星上先进的通信有效载荷与其他各专业卫星上的传感器有效载荷，进行合理、有效集成，充分发挥美军在通信领域的领先优势，进一步提升其他专业卫星的性能。其次，分散建设造就了众多“烟囱”式系统，仅就军事卫星通信系统而言，美国防部、美空军和美海军就分别部署了近十套独立系统。这些系统只能实现地面战、用户终端与空间卫星的信息传输，既不能在宽带网络中传输信息，也不能与采用其他系统的卫星实现连接；这样既不利于实现战场态势共享，还为作战人员增加了许多额外负担。

为此，美国防部正在采取多项措施，打破各专业和各军种之间的界限。首先，美国防部正在推动在各军种的卫星地面站和用户终端上部署分布式公共地面系统（DCGS）集成骨干网（DIB），该系统可以在美空军、陆军、海军、海军陆战队以及美国特种作战司令部中的不同分布式公共地面系统之间创建互操作能力，改变以往情报采集和分发的方式，实现实时的信息共享。该系统还可以向位于世界不同地点的分析家及其他人员提供完整的原始资料，因此将缩小军事作战与情报之间的界限。尽管该系统的研发和部署由空军牵头，其管理办公室为非官方联合项目办公室，但这是一项联合计划，办公室成员来自各军种及特种作战司令部。此外，美军还在开发新型多用途通用卫星终端，例如美海军的商用宽带卫星终端和多频段卫星终端。另外，据美空军空间司令部网站报道，美军战略司令部已于2010年6月正式接管了由空军航天与导弹系统中心、空军航天司令部牵头发射的第三颗宽带全球卫星（WGS），从而首次正式打破了美军“谁建设，谁维护、谁使用”的原则。该卫星将为遍及世界的美海军陆战队员、海军士兵、船员和海航人员提供灵活的高容量通信服务。

3.以纯军方投资为主，积极探索公私合作方式

卫星基础设施属于国家的重大战略性设施，关系到美国的国防安全和经济、军事、政治、外交利益，工程繁杂，耗资巨大。只有国家才有可能成为卫星基础设施建设的主导力量，责无旁贷。因此，出于掌握完全的控制权以及保密等方面的考虑，美军的卫星基础设施建设和维护项目虽然也采用军方研发和承包商研发相结合的制度，但都无一例外地由军方独立投资。因此，近几年，美军每年用于卫星基础设施建设和维护的预算一直居高不下，每年都维持在大约120亿美元左右。

纯军方投资方式的有利方面不言而喻，一方面可以确保军方百分之百地掌握卫星基础设施的控制权、运营权和使用权，另一方面，有国家财政作为坚强后盾，各阶段的建设和维护经费就有了坚实保障。不过，该方式的弊端也显而易见。首先，如果所有卫星基础设施建设项目都由军方大包大揽，依靠政府投入。长此以往，国家财政可能会不堪重负，很可能会顾此失彼。一旦某个项目出现延迟或超支，很可能会影响其他卫星项目的建设，或者缩减对地面基础设施的投资。例如，转型卫星通信系统计划就是纯军方投资失败的最典型例子。该计划终止的直接原因是，计划延迟造成成本过高，政府无力承担。其次，纯军方投资还不利于调动业界积极性，很难实现高效费比。而且军方对基础设施建设管理过严、干涉过多，往往还会妨碍承包商灵活调整研发思路。因此，也就经常会出现项目延迟和超支的情况。

正是由于纯军方投入方式存在以上弊端，美军正在积极变革卫星基础设施的建设和维护模式，积极寻求与业界的更广泛合作。其中一项现在看来最行之有效的方式是，搭载有效载荷。搭载有效载荷可把受保护的军事有效载荷，集成到已规划的、担负广播等任务的商用卫星上。这种方式可以降低发射成本和资本投资，同时还可保留与专用军事发射相关的大部分军事能力。搭载有效载荷并不能解决政府所有的与卫星相关的问题，但会给政府带来潜在的益处，因为它们具有很高的效费比，而且发射速度更快。其结果就是可以将大量的有效载荷送入轨道，从而构成广泛分布的系统，并具有高度的冗余性。

美军对这种做法的兴趣已经越来越浓厚，搭载有效载荷的开发工作目前出现了激增。其中一个关键项目是空间因特网路由（IRIS）计划。该计划将国防部投资的一个空间因特网路由器搭载在Intelsat IS-14卫星上，与该星的一个商用C频段转发器和两个商用Ku频段转发器相连，可覆盖欧洲、非洲和美洲，为美军提供下一代基于IP的通信能力。此外，美军还制定了商用搭载红外有效载荷（CHIRP）计划，将美空军航天与导弹系统中心建设开发的红外传感器有效载荷搭载到Americom政府服务（AGS）公司的SES Americom卫星上。目前，对红外有效载荷的测试已经结束，准备交付给卫星制造商，计划于2011年进行发射。