OneWeb 低轨道卫星系统及其军事应用分析

王学宇，武坦然

（中国人民解放军 63891 部队，河南 洛阳 471000）

0 引言

低轨道卫星系统具备可扩展的覆盖范围、长距离的信号传输、受自然条件干扰小等特征，首先吸引了众多商用通信卫星公司的青睐，英国一网公司的One-Web 系统作为全球首创并付诸实施的低轨道巨型星座卫星系统受到了全世界主要国家的关注；随着低轨道卫星星座的发射入轨部署，低轨道卫星对地观测分辨率高、巨型星座监视覆盖能力强、互联网星座网络高、传输带宽、低延迟等优势迅速吸引了军方的关注。本文通过针对OneWeb 系统的分析研究，重点分析其军事应用潜力和战场应用，以期为针对低轨道卫星系统的技术研究、装备研制和电子防护等军事应对提供情报参考。

1 OneWeb 卫星系统

1.1 系统组成

卫星系统通常划分为空间段、地面段和用户段3个组成部分。其中，空间段是指星座中的所有卫星；地面段通常由中心站、测控站、信关站及地面支撑网组成，负责对空间段的测控、网络运行管理及用户管理等功能；用户段是指各类用户终端，包括手持机、便携站、车（机、船）载站、采集终端和固定站等。

1.1.1 空间段

OneWeb 系统的空间段即为星座系统，采用开放式架构，可在原有系统基础上通过增加新卫星提升星座整体容量。

1）星座规划

OneWeb 星座规划已经历多次修改，按照设计，目前星座布局应该包括6 372 颗LEO 卫星和1 280 颗MEO 卫星，截至2021 年11 月，具体情况如表1所示。

表1 OneWeb 卫星星座布局设计情况

当前，OneWeb 星座正在执行第一阶段的发射部署，第一阶段预计发射648 颗Ku/Ka 频段卫星，分布在高度1 200 km、倾角87.9°的18 个轨道面，每个轨道面部署约36 颗卫星。后续，OneWeb 星座还将发射V 频段分布在1 200 km、8 500 km 轨道高度的卫星。第一阶段建成后的卫星星座即能够覆盖全球，如图1所示。

图1 OneWeb 卫星星座全球覆盖示意图（第一阶段）

2）卫星基本情况

所有卫星由一网卫星公司负责设计和制造，当前每颗卫星的质量不大于150 kg，星上载荷包括2 个遥测天线、2 个Ku 波段天线和2 个Ka 波段天线，采用“太阳能板+锂离子电池”供储能系统，推进系统为氙气电推进，采用发射后电推方式入轨，可在轨运行5 年左右，失效后通过可靠的氙气电推进系统在5 年内将轨道近地点改为小于200 km，最终坠落大气层中烧毁。图2 给出了OneWeb 卫星近景视图。

图2 OneWeb 卫星近景图

3）实际发射情况

截止2022 年2 月底，OneWeb 星座已发射13 批 共计428 颗卫星，如表2 所示。

表2 OneWeb 星座卫星历次发射情况

1.1.2 地面段

根据设计方案，OneWeb 卫星之间没有星间链路，整个系统采用的是“天星地网”组网方式，因此，需要在地面设置足够多的信关站，才能保证对全球的无缝覆盖。

按照目前的建设方案，OneWeb 系统在全球范围内需要设置40 多个信关站，其中美国至少要有4 个信关站。每个信关站计划配置10 幅以上的天线，每幅天线口径为2.4 m 或更大。OneWeb 系统的地面段主要由美国休斯网络系统（HNS）公司负责设计、研发和生产。截至2018 年4 月，信关站具体位置信息如表3所示。

表3 信关站具体位置信息表

1.1.3 用户段

OneWeb 的用户终端包括机载、车载、固定安装等多种安装模式，采用热点覆盖形态，将卫星调制解调、地面LTE/3G、Wi-Fi 热点集成为一体，为OneWeb 用户终端周边一定区域内的用户提供互联网接入服务。图3 给出了OneWeb 系统2 种用户终端的照片。

图3 OneWeb 系统的用户终端

由于OneWeb 系统采用Ku 波段，卫星又是工作在低轨道上，因此，终端的小型化和廉价化成为可能。OneWeb 系统提供的通信服务比较适合个人与公共机构使用，推出的用户终端也是小型化的，可以作为一个本地互联网接入点，附近用户能通过Wi-Fi 或蜂窝信号接入互联网。为支持宽带接入，OneWeb 系统用户终端的天线口径约为30～75 cm，可以是机械式双抛物面天线或为低成本的相控阵天线，发射EIRP（卫星用户链路）为29.9 Dbw（54 MHz）。

1.2 技术指标

OneWeb 系统当前正在部署第一阶段1 200 km 轨道高度、87.9°轨道倾角的Ku、Ka 频段卫星，从公开渠道尚无法获取其他轨道高度、轨道倾角、频段的卫星参数，推测V 频段卫星还未进入制造阶段，因此本节只针对星座系统第一阶段进行介绍。

OneWeb空间段星座系统轨道参数如表4所示。从表格第2、3 列数据对比看，现阶段648 颗卫星并不能平滑过渡到1 764 颗卫星，因此后续该高度、倾角轨道面上可能会引入其他工作频段的卫星，或者非均匀部署。

表4 OneWeb 星座系统轨道参数表

卫星馈电链路（卫星和信关站之间的链路）采用Ka 频段，用户链路（卫星和用户终端之间的链路）采用Ku 频段，具体工作频率如表5 所示。

表5 OneWeb 系统工作频率表

OneWeb 系统设计每颗卫星上行50 Mbit/s，下行200 Mbit/s 的接入速度，单星吞吐量约为7.5 Gbit/s，整个星座总吞吐量为6～7 Tbit/s，由于采用低轨道，链路传输时延仅为30 ms，与地面网络相当。2019 年2月，首批卫星发射升空后，7 月在韩国同用户终端设计制造商——韩国Intellian 公司以及125 MHz 点对点通信（SCPC）测试调制解调器设计制造商——以色列Satixfy 公司联合开展测试，地面终端连接速度最高达到450 Mbit/s，时延小于30 ms。

星座系统设计轨道高度为1 200 km，但卫星发射时并不是一次性发射到预定轨道高度。首批6 颗卫星被发射至约995 km 轨道高度上，此后4 个多月时间内，卫星经过在轨测试与轨道爬升，通过等离子体电推进系统最终爬升至1 200 km 的工作轨道。按照OneWeb最初公布的方案，后续任务中的卫星均将被发射至450 km 高度的轨道，再自主抬升至1 200 km 工作轨道。

1.3 工作方式

1）星座架构

目前，星座系统的架构形式基本以天星地网、天星天网和天地一体化系统为主，OneWeb 系统是天星地网的主要代表。天星地网架构中卫星以透明转发方式，无星上处理及星间链路，地面段由信关站与用户站组成，信关站利用光缆连接，为典型的弯管结构，用户需依靠信关站接入地面核心网或建立通信。

2）卫星工作方式

每颗卫星产生16 个椭圆形用户波速（工作在Ku频段）和2 个馈电波速（工作在Ka 频段），单颗卫星覆盖范围1 080 km×1 080 km，可以灵活地对地面特定区域进行连续覆盖。其中，用户链路采用一幅相控阵天线来产生16 个点波速；馈电链路采用两幅指向可控天线，分别产生2 个馈电链路波速。OneWeb 卫星工作方式如图4 所示。

图4 OneWeb 卫星工作方式示意图

3）用户工作模式

OneWeb 用户有2 种工作模式：

（1）用户两跳通信

返向链路：用户终端→卫星终端→卫星→信关站（用户链路→馈电链路）；

前向链路：信关站→卫星→卫星终端→用户终端（馈电链路→用户链路）。

（2）用户跨星通信

用户1→卫星终端1→卫星1→信关站1→信关站2→卫星2→卫星终端2→用户终端2（用户链路→馈电链路→骨干链路→馈电链路→用户链路）。

OneWeb 卫星用户的两跳通信、跨星通信流程示意图如图5 所示。

此外，如果信关站无地面网络且不与其他信关站相连，或者地面网络连通效果不理想，可根据卫星网络的路由算法利用多个卫星连续跨星转发的方式。在图5 中示意为：用户1→卫星终端1→卫星1→信关站1→卫星3→信关站2→卫星2→卫星终端2→用户终端2。

图5 OneWeb 卫星用户的两跳通信、跨星通信流程示意图

2 OneWeb 系统的军事应用分析

2.1 低轨卫星星座的军事应用潜力

1）提供高质量通信服务

一般在战争状态下，地面通信基础设施可能被战争摧毁，低轨卫星星座具有通信带宽大、效率高、速度快、延时短的特点，可为无人机、飞机、直升机等移动装备提供高质量的通信服务，使其摆脱陆基通信系统的限制，不再受山地、海洋、极地等地形及不良天候的影响，复杂电磁环境下的抗干扰、反劫持能力也将得到大大提高。因此，更适宜采用低轨星座通信的方式来确保其通信性能的稳定性。低轨星座的超低延时更可以保证监测图像更快回传，更快完成目标搜寻，保证任务顺利完成。

2）强化侦察监视能力

低轨商业互联网卫星可搭载多种载荷，结合重仿率高的优势，对全球主要地区实现24 小时不间断遥感监测分析。美军依托其侦察监视技术上的绝对优势，构建了全维全天候全时的立体侦察监视体系，战场对其具有单向透明性。2019 年11 月，美国国防部先进技术研究局宣布将打造“庄家”系统，利用低轨道卫星对全球范围进行监控。商业低轨卫星极有可能成为“庄家”系统的重要搭载平台。利用商业低轨卫星搭载侦察监视载荷，将进一步强化美军的侦察监视技术优势。

3）提升导航定位能力

商业低轨卫星星座的应用，将进一步提升军用导航定位系统的精度和抗干扰能力。导航定位能力的提升，将强化多域联合作战优势。“多域战”的前提是通过强大的导航定位与信息通联能力，将坦克、步战车、自行火炮、直升机等装备联成一体，实现互联互通，将使军事作战中的“全域机动”与“跨域协同”能力得到提升，多域作战能力优势得到强化。

2.2 OneWeb 系统的潜在战场应用

1）大幅增强美军指挥通信网的宽带通信能力

OneWeb 项目可提供低成本、全球覆盖的高速互联网服务，若开展军事化应用，得益于全球无死角的高速卫星互联网的波束覆盖，将大幅增强美军的作战通信能力。2019 年初，美国国防部新组建的航天发展局明确表示，将从OneWeb、SpaceX 公司等实施低轨道巨型卫星计划的企业采购服务。OneWeb 系统能够为全球用户提供只有25 ms 的低延迟传输，比目前最尖端卫星通信250 ms 的延迟传输，整整提升了一个数量级，可作为战区外发射远程“发射不管武器”的末端导航控制平台，或者未来机器人部队与无人作战飞机的数据交换平台和节点。在近年来的几场局部战争中美军都征用了大量民用通信用于军事指挥控制。毋庸置疑，战时，OneWeb 系统必将被美军征用。

2）通过搭载侦察传感器构建全球无缝侦察网

目前，美军虽然拥有众多侦察资产，包括侦察卫星、侦察机、地面雷达站等，但这些资产并不是全球可达的。地面雷达和侦察飞机的作用距离限制了其对敌方国土腹地的侦察能力，目前部署的侦察卫星则无法保证全天时的侦察能力。而部署在低地球轨道的OneWeb 系统则可以合法地、全天时地在敌方上空保持一定数量的卫星，全天候全天时地“盯住”敌方的一举一动，使敌方无所遁形。

3）为弹道导弹防御提供强大的支持

OneWeb 等低轨道巨型卫星系统一旦部署完成，若想通过洲际弹道导弹攻击美国本土实现对等威慑的话，几乎成了不可能完成的任务。一方面，OneWeb卫星可搭载导弹预警载荷，对敌方任何导弹发射进行预警；另一方面，必要时密布天空的OneWeb 卫星系统还可以作为拦截武器对途经附近的导弹进行拦截。弹道导弹防御的最佳方法就是在敌方导弹命中前将其摧毁，OneWeb 系统开创的低成本大载荷发射模式，使弹道导弹拦截的成功率和费效比大大提升。One-Web 系统的战略意义，或将改变整个太空防卫格局。

4）为无人机蜂群作战提供有力支撑

随着战争形态加速向智能化演进，无人机集群作战将成为未来作战的重要形式。无人机集群通过自组织协同算法，实施广域分布式多点多向突击，对传统防御系统提出挑战。但是，无人机集群要远距离作战离不开卫星通信，现有的通信卫星无法保证全球覆盖，而且时延较长，有时会在瞬息万变的战场上延误战机。OneWeb 系统凭借自身优势有望克服这些弊端，为美军无人机集群作战提供作战支持。更为关键的是，OneWeb 系统可凭借数据处理优势，实施分布式计算，形成“天基云计算”平台，通过飞行控制、态势感知、信息共享、目标分配和智能决策，实现单架无人机能力的扩展以及集群整体作战效能的显著提升。

3 OneWeb 系统的军事应对

3.1 预先开展太空互联网攻击技术和装备研制

随着大量商业低轨道卫星系统的部署，其目标监视、导航定位能力完全可以在平时、战时转变为军事用途。美国国家侦察局商业图像项目主任表示，美国国家间谍卫星服务于美国军队、国土安全组织与情报局，但美国国家侦察局希望利用商业低轨道卫星系统执行间谍卫星的功能。为此，该局将寻求能够提供高分辨率图像、快速刷新率和互补现象学的供应商组合，共同为政府分析师提供更全面的情报图景。另外，美太空军新成立的太空作战分析中心，负责进行分析、建模、兵棋推演和实验，以创建作战概念和部队设计指导，虽说太空作战分析中心成立的初衷是导弹预警，但导弹预警与太空作战并无实质性技术差别。作为军事斗争的重要组成部分，预先开展针对太空监视侦察卫星的对抗技术和手段势在必行。

由于低轨道卫星系统卫星数量极其巨大，且低轨卫星成本低廉加之快速发射补星能力，利用陆基武器系统攻击低轨道卫星基本不具备可能性。因此，需预先开展针对低轨道卫星系统的电子干扰、信息欺骗、网络攻击等攻击技术和装备研制，同步开展相关攻击技术和装备的试验训练技术和条件建设研究。

3.2 提升电子信息装备的电子防护技术和能力

美国国防工业协会《国防杂志》编辑桑德拉·欧文在2022 年1 月的《SpaceNews》杂志上发表题为《太空与国家安全：2022 年展望》文章，他在文中指出，美国太空发展局计划2022 年在低轨道发射第一批卫星，这批卫星将成为一个军用巨型星座的基础，到2026 年，该星座的数量可能接近1 000 个航天器。太空发展局将部署传感器卫星以探测导弹和高超声速武器，部署通信卫星以向作战人员快速传输信息等。美军在陆、海、空、天全方位目标监测系统支持下，长期以来保持优于对手的侦察监视能力，在新的太空低轨道卫星侦察监视系统加持下，对手的一举一动都将无所遁形。为保持战场生存能力以完成作战目的，增强战场装备尤其是电子信息装备的电子防护能力已迫在眉睫。

电子信息装备和平时期规避对手侦察，积极获取对手情报信息；战时执行电子防护、电磁防御，保持战术机动和电磁机动相结合，配合电子诱饵、阵地伪造和电子攻击力量，抵消对手侦察效果，保持战场信息体系完整；同时，可预先开展电子防护技术和装备的试验训练技术研究，适当储备相关条件建设基础。

4 结束语

全球各主要大国高度重视太空低轨道卫星系统建设，在商业资本的强力推进和幕后军事推手的合力作用下，以OneWeb、StarLink 为代表的低轨道卫星项目发展迅猛。本文通过分析OneWeb 卫星系统，尤其是其军事和战场应用，不难发现，一旦以OneWeb 为代表的低轨道巨型互联网卫星系统应用于军事领域，其军事应用潜力不可估量，并可能影响战争模式和现有格局。因此，预先开展针对低轨道巨型互联网卫星系统攻防两方面的技术研究、装备研制、试训方法等准备工作已势在必行。