日本首颗军用通信卫星升空

王存恩 （北京空间科技信息研究所）

日本首颗军用通信卫星升空

Japan's First Military Communications Satellite Launched

王存恩 （北京空间科技信息研究所）

由日本电气公司（NEC）为主承包商，采用三菱电机股份有限公司（Mitsubishi Electric Corporation）DS2000平台研制的X频段防卫通信卫星－2（DSN－2，也称煌－2），于北京时间2017年1月24日17：44从种子岛宇宙中心用三菱重工业公司（Mitsubishi Heavy Industry Limited）的H－2A运载火箭发射入轨。

依据日本航天开发战略本部的规定：凡国家投资研制的航天器必须用本国火箭发射，3颗“防卫通信卫星”必须要用H－2A火箭发射。但是，由于大股东完美天空JAST公司（SKY Perfect JSAT）一再坚持，DSN公司（日本政府和防卫省支持成立的负责“防卫通信卫星”建设、维护、管理和运营的一家民营企业）董事会得到航天开发战略本部特批，决定首发星改用“阿里安”（Ariane）火箭发射。卫星按计划完成组装、系统联试后，于2016年2月运往南美法属圭亚那发射场，途中因货仓内压差过大致使卫星天线侧面出现一个40～50cm的凹陷，卫星被迫运回总装厂更换天线，并重新进行系统联试等，无法按原计划的2016年7月13日发射；接着又有报道称，卫星本体可能也受了损伤，不得不将发射时间推迟到2018年初，因此，本次首发的是防卫通信卫星－2。防卫通信卫星－3研制进展顺利，按原计划于2021年3月再发射。

1 卫星概况

自1989年起，防卫厅/防卫省就一直租用国内民营企业—完美天空JAST公司（最初为日本宇宙通信卫星公司）“超鸟”（Superbird）卫星的Ku/X频段转发器执行防卫厅/防卫省和自卫队以及自卫队与自卫队间的通信、指挥和调度等使命。2013年1月，防卫省在内阁支持下做出了由新成立的民营公司DSN公司为其研制2颗“防卫通信卫星”的决定；2015年底又追加1颗；同时决定于2020年6月发射并完成3星组网运行，最终取代2000年2月18日、2000年10月7日和2008年8月15日发射的超鸟－B2、D和C2。届时，防卫省就可用属于自己的通信卫星链路执行防卫省和自卫队、与派往国外的维和部队，以及自卫队与自卫队间的通信、发出指挥和调度等使命。不过依据现在的形势看，3星组网运行要推迟到2021年6月。

“防卫通信卫星”由结构、跟踪、遥测和指令、以姿态控制为核心的一体化管控、电源和太阳电池翼、推进、热控、仪表等7个分系统组成；卫星的有效载荷所采用的是MCC公司研制的新型X频段转发器。卫星发射3个月后稳定在可覆盖日本本土和向日本派往国外的维和部队提供通信服务的35800km的对地静止轨道上空，每颗星的设计寿命均为15年零3个月。

2 研制目的

受1969年颁布的首部航天基本法中“航天开发‘仅限于和平利用’”等条款限制，不允许国家研发用于军事目的的航天器，包括X频段“防卫通信卫星”。1985年2月6日，日本众议院预算委员会颁布的第五号文件认定：“防卫厅自卫队使用一般化的通信卫星及其同等功能的卫星通信链路不违反‘和平利用’原则”，1989年，防卫省开始租用“超鸟”卫星的通信链路。其实，日本政府一直在采用能采用的一切手段全力支持航天在防卫领域的应用，包括利用政府国库债务资金支付“超鸟”卫星的Ku、X频段转发器费用。不过，为避免给人留下口实，直到2008年颁布新航天基本法之前，却一直不允许防卫省出现在内阁申报航天开发预算的名单中。防卫省一直是支持修改航天基本法的骨干省厅，2008年颁布新航天基本法，2009年，防卫省就出现在申报国家航天开发预算的名单中，还是10个省厅中申报预算增加百分比最高的一个省厅（较2008年实际增加了20.17%，达608.19亿日元），被认为是修改航天基本法后受益最大的省厅。

日本之所以不惜花费大气力修改执行长达40年的航天基本法，同时，还修改了刚刚执行了11年的《通过民间参与等促进公共设施建设之法律》（通称PFI法），就是要确保航天不仅能够用于防卫，还要确保民营企业资金顺利进入军事航天，使“防卫通信卫星”等重大项目得以顺利实施。确保“防卫通信卫星”尽快投入使用，是实现“民掩军”，避免航天开发预算大幅度超过国会规定的重大举措之一。

如果说修改航天基本法是为航天在防卫领域应用扫清障碍，那么，修改PFI法则是既要使从事航天开发、应用和管理的民营企业顺利诞生，又要使像DSN公司等的民营企业拥有军事航天股份，允许其合理合法地参与诸如“防卫通信卫星”等重大军事航天项目的开发、应用和管理。

2013年1月15日和2013年12月17日，防卫省就与DSN公司签订“完善X频段卫星通信中继功能，推进其运营事业发展项目”及其追加合同，开启利用民间资金、运营能力和技术能力完成X频段卫星通信网络系统及其公用设施等的建设、维护管理和运营管理等业务的先河。

日本政府不惜以修改法律、法规等办法为实现X频段卫星通信计划鸣锣开道，也从另一个侧面说明防卫省太需要这一星座了。众所周知，日本是一个南北狭长达3300km的岛国，虽然国土面积只有377837km2，但除本土的4个岛屿外，还有远离本土的6852个小岛，且大多数都有自卫队驻防，要把这样一个地理位置分散，驻有的各种部队通过卫星通信网络有效地连接起来，且确保对分布在本土以及远离本土的6000多个岛屿上的驻军实现动态信息共享，做到将掌握的各种“非常事态”信息以最短时间、最快的速度传送到参谋本部，并依据分析结果制定出切实可行的对策及实地下达给各基层部队，其保密性要求之高，实现难度之大可想而知，更何况这些驻军之间既有耸立云天的楼群，又有密布的丛林，还有起伏的群山和陡峭的山峰遮挡，要顺畅完成通信联络，必须有既不易受恶劣气候等因素影响，又具备能对各种信息准确、稳定的传输能力的X频段卫星通信网络系统。防卫省20多年租用搭载X频段转发器的“超鸟”卫星实践也证明：选择与DSN民营股份公司类似的开发商开发属于防卫省专用的通信卫星系统才是唯一正确的选择。

3 选择搭载X频段转发器的主要原因

防卫省与自卫队，自卫队与自卫队之间卫星通信用转发器概况

当前，防卫省与自卫队，自卫队与自卫队之间进行卫星通信主要使用“超鸟”卫星上所搭载的X频段转发器，同时以Ku、L和Ka等3个频段为辅，今后还将继续采用这种模式。

1）X频段，防卫省和自卫队以及自卫队与自卫队间进行卫星通信用的主要频段，可确保准确无误地传递与部队活动有关的各种重要信息，包括作战部队的指挥和管控，提供作战情报支持等；

2）Ku频段，支持完善X频段功能，包括确保对在卫星所覆盖的区域内向用户提供足够的情报信息。

3）L频段，支持完善X、Ku频段功能，特别是为所覆盖区域内的用户提供所需足够的情报信息。

4）Ka频段，支持完善固定通信功能等。确保无论任何时段，轨道上都有3颗卫星组网运行，防卫省还决定凡在轨卫星达到设计寿命之前，都与DSN公司协商续签研制和发射其后继星合同，以保证通信链路畅通，连续、顺利地执行X频段卫星通信业务。

选择搭载X频段转发器的主要原因

X频段“防卫通信卫星”选择搭载X频段转发器主要有3个原因。

（1）卫星通信的各个频段中唯有X频段的抗电波传输障碍能力最强

X频段转发器的频率为7～8GHz，这一频段也被称之为“电波之窗”，是包括X、Ku、L、Ka和S等用于卫星通信的各个频段中抵御因降雨所导致电波传输障碍能力最强的频段。目前在轨运行的“超鸟”卫星所使用的就是7GHz、8GHz频段，在电波传输过程中它不仅损失最小，而且因大气吸收等所致的衰减也最小，这些是其他频段所不具备的；另外，这一频段还是最适于用来进行移动通信用的频段，许多国家的政府都选用这一频段作为通信频段。

（2）X频段不仅衰减小，出现混频和产生干扰的概率也非常小

X频段的地球站/空间链路的短波的指向能力不仅要比与甚高频/特高频（VHF/UHF）频段强，而且指向精度也相当高；传输过程中不仅衰减小，而且出现混频和产生干扰的概率也比其他频段小得多，不容易造成大的妨碍，即便造成妨碍也较其他频段易于采取对策，外加有易于在安全和保密等方面采取有效对策的优势，所以倍受用户青睐。不过，向国际电信联盟（ITU）申请并得到批准使用的手续不仅相当繁杂，而且耗时长，且必须遵守国际电信联盟的轨道分配规则；此外，还需解决难以用方向探测器等确定其位置等问题。

（3）执行移动通信过程不仅有很强的抗干扰能力，很好的隐秘性，且具备宽带功能

此前，许多国家和部队的卫星通信都选用特高频频段和超高频（SHF）频段，即X频段；利用X频执行移动通信任务，不仅可以只用移动地球站就可跟踪和捕获卫星，而且还有进行高品质通信的优势，与通常的固定（点与点间）通信相比，X频段通信卫星的通信技术水平含量高，星载有效载荷—转发器等星载硬件的功能非常强，不仅易于实现微小型化，轻型化，还可确保高可靠性，可以做到只要是卫星能俯看到的区段均能实现瞬时通信等特点；用于移动卫星通信的转发器的另一个特点是频带非常宽，数据信息（情报）传输量非常大，不仅有很强的抗干扰能力，而且隐秘性非常好且易于实现宽带化，能满足防卫省和自卫队对固定、移动卫星通信的要求。

“防卫通信卫星”星座建成后，不仅能提供目前租用的3颗“超鸟”卫星X频段转发器所提供的全部功能，还能以更快的速度传递信息，加大转发器的通信容量，增加动画和高清晰度通信传输等功能，实现用包括图像、音频和数据信息，以及混合多媒体等与分布在远离本土、有自卫队驻扎的岛屿在内的日本国内各地的自卫队，还有派遣到国外的维和部队保持实时、紧密、常态化的联系，在确保绝对安全的前提下准确地向各支部队传递信息，提供作战情报支持等。

4 建成全套公用设施和完善X频段卫星通信网络系统的重大意义

建成全套公用设施，实现3星组网后，可执行一元化的防卫卫星通信体制，这样就能更加灵活、有效地利用超越陆、海、空框架的防卫通信网络，确保各自卫队能在所希望的时间、与所希望联络的部队、用所希望采用的通信手段进行通信。完善X频段卫星通信网络系统具有4个重大意义：

可根据需求实行一元化管控与统一分配，且确保通信链路的需求与畅通

目前，租用在轨运行的超鸟－B2、D和C2卫星的转发器分别归属陆、海、空各兵种，尽管也允许其他部队（兵种）用，但必须在首先满足其所属部队需求的前提下，依据实际情况，由防卫省或与其所属部队沟通，在确保可有效控制通信链路的情况下，才允许开启与其他各兵种、各支自卫队间的通信网络。2021年实现3星组网运行后，不仅可完善X频段卫星通信事业，还可实现由防卫省（参谋本部）对卫星通信链路进行一元化管控，由DSN公司负责卫星通信网络系统及其公用设施等的建设、维护管理和运营等，确保卫星通信链路畅通。在这一前提下，根据实际需求统一向防卫省及其所属的陆、海、空军自卫队和维和部队、弹道导弹防御系统部队等分配通信链路。

减少制约和限制，增大通信容量，加快通信速度，增强通信能力

仅用超鸟－B2、D和C2卫星所搭载的转发器，不仅通信容量有限，通信速度也受一定限制，只能确保音频和传真，实现3星组网运行后，不仅能完善X频段卫星通信事业，增大通信容量，还可加快通信速度，届时，就不仅仅是进行音频和传真了，还可进行包括图像映像，乃至多媒体通信；仅用超鸟－B2、D和C2卫星搭载的转发器只能满足与国内各部队间的图像中继等基本需求，与驻扎在国外的部队进行图像中继的能力有限，甚至连与派遣到国外的维和部队进行图像中继都无法得到保证。实现3星组网后，使可动的点波束通信功能大幅度增强，可确保与包括维和部队在内的国内外用户进行图像中继；用超鸟－B2、D和C2卫星转发器时，只能根据通信单位要求和实际状况有限地调配中继服务，这3颗卫星组网后，可以防卫省的指令为主开展全方位应用。

对陆、海、空（自卫队）提供强力支持，确保出色完成各项任务

“防卫通信卫星”星座建成后，“不仅可覆盖日本本土，还可覆盖与包括远离日本本土的小笠原群岛等周边的所有岛屿，乃至部署在最西线（亚丁湾的）和最东线（夏威夷）附近的自卫队驻地”（中国固有领土钓鱼岛，以及南海诸岛也在其覆盖范围内），可确保与这些部队保持实时的通信联系。通过“防卫通信卫星”网络就可与分布在日本全国各地的陆、海、空自卫队和远离日本本土派有驻军的各个岛屿，以及派遣到国外维和部队及其战车、战舰、飞机，以及便携式终端等移动物体上的人员保持通信联系，为其提供各种通信服务，并统一、灵活、广泛、精准地传递参谋本部所发布的指令和传递的各种情报信息。

可适应各种不同的安全保障环境变化

防卫省的官员认为：安全保障环境时刻都在变化，“防卫通信卫星”星座投入使用后，不仅能够迅速地掌握时刻变化的环境信息，还能实时地提供包括网络中心战（NCW）进展、卫星通信等信息，不仅能够造就一流的卫星收集、制造、通信应用专家，还可造就以培养出的这些专家为主的防卫卫星通信服务团队，向包括防卫省、陆、海、空自卫队和派往国外的维和部队等提供优质服务。

5 DSN公司与“防卫通信卫星”

2012年12月19日注册成立的DSN公司，是一家利用民间资金、运营能力和技术能力，建设、维护、管理和运营航天领域的特殊任务的民营企业。DSN公司的3大股东分别为完美天空公司、日本电气公司和日本电报电话通信公司（NTT Com），其股份比例分别为65%、17.5%和17.5%。

作为出资、拥有股份的合同委托公司，3大股东分别承担不同任务。完美天空公司主要负责资金筹措和管控，以及公共管理控制设备的维修、管理，事业的统一经营管理。日本电气公司主要负责完善事业项目中的卫星设计、开发、总装与协调、联试，以及地面设施建设管控（不包括办公区的建筑），并提供技术支持。日本电报电话通信公司主要负责这一事业项目的地面设施维修和管理（不包括办公区的建筑）。

防卫省在DNS公司成立仅27天（2013年1月15日）就与其签订了执行“完善并运营X频段卫星通信中继功能等事业计划”的第一阶段合同：还明确了要用“阿里安”火箭和H－2A火箭分别于2016年7月和2017年1月将两颗设计寿命为15年零3个月的防卫通信卫星-1和2送入预定的对地静止轨道，合同总额度为1221亿日元；2015年底，两家又追签了一份总额超过600多亿日元的合同：要求DSN公司用三菱电机公司的DS2000平台再研制一颗设计寿命为15年零3个月的“防卫通信卫星”，并于2020年用三菱重工业公司的H－2A火箭送入预定轨道，实现3星组网，为防卫省和自卫队提供防卫通信服务。全部合同款项均利用国库债务资金按财政年度支付。

DSN公司之所以把防卫通信卫星－1以签订再转包合同方式交给阿里安空间公司用“阿里安”火箭发射，是因为防卫通信卫星－1上搭载了完美天空公司最新研制、需通过实验和验证尽快投放到市场的新型Ka和Ku频段商用器材。完美天空公司认为“阿里安”火箭的发射环境和运行轨道对实验和验证这些商用器材更为有利，甚至还承诺搭载这些商用器材和用“阿里安”火箭发射所增加的费用全部由完美天空公司承担，坚持一定要用“阿里安”火箭发射，DSN公司董事会、防卫省也就同意了这个大股东的要求，并得到航天开发战略本部的批准。