美国“先进极高频”军用通信卫星系统现状及其应用

崔潇潇 钟江山 赵炜渝 魏晨曦 胡旖旎（北京跟踪与通信技术研究所）

军用卫星通信具有覆盖范围广、容量大等优点，能更好地满足战场信息传输需求。美国拥有先进的军用卫星通信技术，建造了一些典型的军用卫星通信系统，并应用于战场信息传递，为指挥机关的实时决策提供依据。为了在军事对抗中保持优势，近年来，美国不断发展新技术，在信息对抗中始终处于主导地位。现阶段，美军重点发展的新一代军用卫星通信受保护系统是“先进极高频”（AEHF）卫星通信系统。

1 AEHF卫星系统部署

美国军用通信卫星分为宽带、受保护和窄带三类。宽带军用通信卫星系统强调大容量；受保护军用通信卫星系统着重抗干扰、保密及核生存能力；窄带军用通信卫星系统则重点支持需要话音或低速率通信的用户，以及移动用户和小型终端的用户。

在受保护军用通信卫星系统方面，美国先是陆续发射了6颗“军事星”（Milstar）卫星，这是世界上首颗采用数字处理和调频技术的卫星，抗摧毁和生存能力强。前2颗为第一代“军事星”，采用了抗核加固、抗干扰和极高频（EHF）等技术，具备在核战争条件下的生存能力。后4颗为第二代“军事星”，放弃了核加固能力，以降低制造费用和难度，但在第一代“军事星”192条低速率信道的基础上增加了32条1.5Mbit/s的中速率信道，以适应当前战术用户的需求；还增加了自适应调零天线，具有很高的灵活性和抗干扰、防截获、防侦收能力。从2010年起，美军开始逐步用AEHF替换“军事星”。

AEHF由洛马公司（LM）研制，是受保护系列军用通信卫星的第三代，又称为第三代“军事星”。该系统由6颗军用通信卫星组成，用来取代第二代“军事星”系统，可提供EHF范围的上行链路/交叉链路功能和超高频（SHF）范围通信。它由美国空军的空军太空司令部（USSPACECOM）操作。

AEHF既能保障宽带，又可保障安全性，是美军新一代具有高防护性能的地球同步轨道（GEO）军用通信卫星，它可在包括核战争在内的各种规模战争中，为关键战略和战术部队提供防截获、抗干扰、高保密和高生存能力的全球卫星通信。

目前，AEHF的6颗卫星已经全部发射，创建了一个交互连接（crosslinked）的星座，这标志着该系列部署工作的完成。AEHF支持广泛的任务，例如，战略核行动、特殊行动、战区导弹防御、太空行动和情报。

AEHF－1原计划于2007年发射，但由于诸如关键密码要求之类的困难被推迟。2010年8月14日，AEHF－1由联合发射联盟公司（ULA）用宇宙神－5－531（Atlas－5－531）运载火箭在卡纳维拉尔角空军基地发射。2011年10月，卫星到达目标轨道， 2012年3月，该卫星开始服役。

2012年5月4日，AEHF－2由ULA用宇宙神－5火箭发射升空。火箭助推器由RD－180发动机提供动力，“半人马座”（Centaur）的上面级由普惠公司（P&W）的Rocketdyne RL10A发动机提供动力。

AEHF－2由宇宙神－5火箭发射升空（来源：ULA）

2014年9月18日，AEHF－3由ULA公司用宇宙神－5火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角的SLC－41号工位上发射。该卫星提供卫星在SHF和EHF频段上的通信。

2018年10月17日，AEHF－4由ULA公司用宇宙神－5火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。该卫星配置了基带处理载荷、星上加密机、调零天线、相控阵天线、星间链路等多种先进技术手段，具备高加密级别、低截获/探测概率、抗核闪烁等基本特征，将进一步巩固美军战略与战术保密通信能力。从轨道配置来看，前3颗AEHF卫星分别定点在非洲、南美洲和亚太上空，新发的AEHF－4卫星继续部署在亚太区域，为该地区军事行动提供有力保障。

2019年8月6日，AEHF－5由ULA公司用宇宙神－5火箭发射升空。该卫星将为美军提供安全和抗干扰的通信服务。美军成功部署其第5颗AEHF卫星，标志着该系统空间段建设进入尾声，也客观上加剧了新体系转型研发工作的紧迫性。

2020年3月26日，AEHF－6由ULA公司用宇宙神－5－551运载火箭在卡纳维拉尔角空军基地发射升空。目标轨道远地点35298km、近地点10876km、倾角13.9°。551型是宇宙神－5系列运载能力最强的型号，设5台固体捆绑，采用5m直径整流罩。

测试中的AEHF－4（来源：Lockheed Martin）

这是美国太空军这一新军种自2019年12月成立后的首次太空军载荷发射任务，而且是在新冠肺炎疫情日趋严重的情况下进行的，因此显得较为特殊。2020年12月，美国太空与导弹系统中心将AEHF－6卫星的运控权移交给太空作战司令部。同海军陆战队隶属于海军部一样，天军仍放在空军部之下。AEHF－6的发射标志着该系列部署工作的完成。

2 AEHF卫星有效载荷

AEHF通信卫星用于为美国国家领导人及陆海空部队提供高生存能力和有保护的保密通信，可为美国战略部队、空军空间预警资源和作战部署部队提供快速全球覆盖。

其抗干扰有效载荷包括：机载信号处理载荷，射频设备，交叉频带的EHF/SHF通信天线，A2100航天器必不可少的路由和控制软件及硬件。来自卫星的天线波束是电子可控的，可以从信道到波束进行映射，以实现所需的传输容量。卫星可以交叉链接，以实现来自不同地面网关的全球通信。战术通信系统的优点是体积小、移动终端少、动态路由和检测概率低，可提供战术军用通信，包括地图和战场实时视频。卫星还提供其他重要的可生存、持久和受保护的通信，并应对网络威胁。

为了满足战争的特殊需要，AEHF上一共携带有14副天线：1副EHF上行相控阵天线，2副SHF下行相控阵天线，2副V频段（60GHz）星间链路天线，1副上/下行收发公用全球覆盖喇叭天线，2副上/下行收发公用调零天线（用于自适应调零和扛干扰），6副上/下行装有平衡架的收发公用可旋转碟形天线。

3 AEHF系统作战能力高度聚焦对抗防护需求

洛马航天系统公司负责AEHF卫星的空间和地面部分，包括任务控制和系统集成。AEHF系列卫星采用A2100M平台，发射质量6168kg，入轨质量4100kg。AEHF系列卫星为板箱式结构，其主体为长方体，两侧带有2副太阳电池翼；装有包括双组元和单组元2种发动机的双模式推进系统，用于姿态控制；配有用于轨道转移的4台霍尔电流推进器及电子管功率放大器（固态功率放大器）。

采用霍尔电流推进器提供动力

AEHF卫星由霍尔电流推进器提供动力，可少携带很多推进燃料，从而承载较多的有效载荷。AEHF采用的电推进系统包括4台用于轨道转移和位置保持的BPT－4000氖离子霍尔效应推力器，每台霍尔效应推力器质量7.5kg，体积16cm×22cm×27cm，标称功率4.5kW，标称电压350V，推力270mN，比冲950s。

“先进超视距终端系列”作为通信终端

与AEHF兼容的通信终端主要是美国的“先进超视距终端系列”（FAB-T），该系统旨在研制一系列适用于各种平台的宽带保密卫星通信终端。FAB-T能够兼容未来波形，软件和硬件也都采用了通用性标准。

BPT－4000霍尔效应推进器

通信技术较“军事星”更为强大

在通信技术上，AEHF采用了上一代“军事星”军用通信卫星上扩频、调频、星间链路和星上处理等技术，增强了路由选择能力。它能根据用户优先级别为部署和作战的部队（作战节点）提供点对点通信以及网络服务，通过星间通信实现全球服务，并有非常强的战场生存能力，减小了对地面支持系统的依赖程度，即便在地面控制站被破坏后，整个系统仍能自主工作半年以上。新的星间链路将在数倍于“军事星”数据速率的条件下运行。

波音公司FAB-T终端

6颗AEHF卫星之间利用“卡塞格伦”（Cassegrain）星间链路天线实现通信。另外，每颗AEHF卫星使用许多指向地球的窄点波束来直接与用户通信，可提供1个全球波束、2个调零点波束、4个捷变点波束、24个时分复用波束和6个驻留波束。作为“军事星”的接替型号，每颗AEHF卫星的总通信容量比由5颗卫星构成的整个“军事星”星座还要大。

电子管功率放大器提供较高保真度及整体功率效率

AEHF还采用了相控阵天线、波束成形网络、毫米波单元和电推进系统等一些新技术。AEHF通过电子方式来改变射频波束的指向，因而其相控阵天线能很便捷地使用户之间的波束瞬间跳变，卫星的上行相控阵天线可直接接收来自地面终端的信号。波束成形网络可使AEHF线自动调零，以便对付潜在的干扰，而在波束覆盖范围内的合法用户仍能正常使用卫星。

AEHF的容量是“军事星”的10倍，大大增加了其覆盖范围，可提供跨海、空中和陆地任务战的连接。AEHF系统由太空中的卫星、用户终端和地面任务控制系统，以及相关的通信网络系统组成。移动和固定控制站组成了高度可生存的任务控制部分，旨在监视卫星健康状况，并提供监视和行动计划。终端部分是固定终端和地面移动、机载、船舶和潜艇，以及所有合作伙伴的其他终端的网络。卫星通信（SATCOM）仅获取空军终端、空间和地面部分，这3个网段使通信和数据传输的指定速率范围为75bit/s～8Mbit/s。

4 AEHF系统特点

通过上述研究可以分析总结出AEHF系统具有以下几项特点：

1）AEHF卫星是一种先进的抗干扰和核硬化卫星，旨在“为高优先级的军队提供可生存通信，以及全球性、受保护和抗干扰的通信”。该卫星提供的通信业务具有很强的抗干扰、抗截获、高安全性、不易探测等特点，广泛用于战区指挥官的通信和指挥，可满足实时图像、战场地图和跟踪数据等战术军用通信的需求，使得美国信息化战争有了“总指挥”。

2）AEHF的任务是为军队在地面、海上和空中的高优先级资产提供可生存的受保护通信，AEHF卫星具备更高的安全和自我保护等功能，它使得美国总统和战斗指挥官能够通过各级战争和冲突的各个阶段控制其战术和战略力量。

3）AEHF系统将赋予军队指战员在所有环境中（甚至区域核战争中）通信的能力。向美国位于全球任何地区的陆、海、空军提供通信。每颗卫星都具有严格的抗干扰特性，可为部队进行关键传输，无需担心会被敌人干扰。除完成战术任务之外，AEHF星座还将向美国国家指挥机构（包括总统会议等）提供关键的可持续、受保护的持久通信。

4）AEHF系统信息传输能力是第二代“军事星”的10倍，军方操作人员所获得的带宽将增大5倍，且体积更小、更耐用，可处理更多的通信数据量，从而能够支持战术军用通信，同时还具有抗电子干扰、抗反卫星武器打击等受保护功能。

5）AEHF卫星具有加密级别高、截获与探测概率低、能穿透核武器引起的电磁干扰等基本特征。它能向中东地区的美国及盟国部队提供安全通信。除了向美军各部、战略司令部和重要民事机构（如中央情报局）提供高度机密的通信能力外，AEHF－2卫星还为英国、加拿大和荷兰部队的高度机密需求提供服务。

5 结语

综上所述，现代战争是陆、海、空、天、电的综合对抗，战场空间趋于多维和扩展，信息化战场日益透明，需要一体化联合作战与体系对抗和网络对抗，而这一切都离不开军用卫星通信的支持。军用卫星通信可以实时传递战场信息，并将总部的命令安全准确地下发到各级指挥机关及士兵。美军下一代军用通信卫星体系的核心思路在于：推动防护战略与战术载荷分离，通过改造升级，使现役非防护卫星系统增加防护功能。战略通信方面，未来将基于AEHF系统已经成熟的载荷技术，打造专用的防护战略通信卫星系统，作为美军构建战略保底能力的核心基础设施。我国要在未来的现代化战争中取得胜利，离不开军用卫星通信的支持，因此，需要大力发展我国的军用卫星通信系统，并采用先进的通信技术及抗干扰、抗截获技术，在信息对抗中立于不败之地。