星链技术在无人机作战中的应用研究

曹渊哲 王家丰

自美国太空探索技术公司（SpaceX）的“星链”问世以来，世界各国开始着手打造属于自己的低轨道星座卫星网络。在乌克兰危机中，星链技术与军事的结合再成为各国研究讨论的热门话题。本文通过分析星链技术的特点和优势，结合现阶段无人机作战的局限，总结提出现有或是未来星链技术和无人机的作战深入结合的优势，设想论证典型运用场景，进而对低轨卫星星座和无人机装备发展提出建议。

星链计划是SpaceX的一个项目，计划于2019至2024年在太空搭建由约4.2万颗卫星组成的星链网，并在2020年开始提供相关服务。但星链的意义不是简单的提供网络信息服务或为偏远、不发达地区解决网络问题，其背后有着更深层次的军事意义。美军曾利用星链系统进行无人机指挥测试，测试结果表明，星链系统有利于突破无人机通信瓶颈，可将完整杀伤链时间缩短至二十秒内，并使操作员同时指挥大量无人机执行集团化行动成为了可能。此外，自乌克兰危机以来，星链系统已与无人机进行了一定程度的融合。事实再次证明，星链系统凭借其突破传统通信卫星通信限制的优势，已颠覆性地改变了无人机的作战形式、作战理念、作战范围等。为更好地提升无人机作战能力，研究智能化战争背景下星链系统在无人机作战中的运用问题已迫在眉睫。

星链的特点和优势

星链技术实际上是利用大型低轨卫星星座从太空提供互联网的技术，旨在利用非地球静止卫星轨道（NGSO）部署大型星座，搭载更为先进的数字通信有效载荷、多波束天线，采用更高级调制方案和更复杂的频率复用方案，以解决地面网络覆盖盲区问题。与传统通信卫星相比，星链技术具有以下特点。

基数大、容量大、鲁棒性好。近年来，世界各国都在发展反卫星武器，由此可见，未来战争中，双方都会在第一时间内摧毁敌方现有卫星通信导航系统，以期瘫痪敌作战体系。对于目前各国使用的通信导航系统，只需击毁几颗关键卫星即可破坏其整个作战体系。但星链系统有着庞大的卫星数量，即使部分卫星被摧毁，剩余的卫星也依旧足以支撑整个作战体系。同时，星链系统通过数量的优势提高了自身整体的弹性，消除了个别小系统故障瘫痪导致的影响，加强了整个系统的鲁棒性，极大地提高了战场生存能力。

星链卫星的平板式设计

低成本。星链卫星的研发和制造过程都十分强调成本控制。研发方面，SpaceX公司提出的一系列科研工程方法，确保了在保证质量的情况下降低研发成本。用平板式设计大幅增加单次发射卫星数量，用霍尔推进器替代传统推进器并采用稀有气体氪为助推剂等方法，都在一定程度上降低了星链卫星的发射成本。此外，星链卫星在研发过程中充分考虑制造因素，通过设计与制造环节的交缠耦合，及时发现问题并调整，降低不合理设计可能产生的隐性成本。

速率高，延迟低。地球同步轨道卫星服务的时延约为477ms（用户到地面信关站），实际使用中一般为600ms或更多，由于星链位于更低的轨道，用户到卫星的实际时延降低到了25～35ms，几乎与现有光纤通信网络同等数量级。

用户终端采用阵列式盘状天线追踪捕获卫星，终端可布设于任何可对准卫星的地方，其自带的电动马达可用于自我跟踪并调整方位角以最佳状态对准卫星，目前一个用户终端售价为499美元，提供50～150Mbit/s的接入速度和20～40ms的时延服务。SpaceX公司表示高性能的民用、海事、商用等版本服务在陆续推出中。无疑，其军用版终端将具备更高的速率和更低的延迟。

星链卫星的全球覆盖

全球覆盖，范围广。虽然目前移动通信已经发展到5G，但是无论3G、4G或者5G，都是基于一定密度的地面基站提供服务的，地面基站极为有限的覆盖范围注定其无法运用于航空通信。现役军用通信卫星覆盖范围远远无法满足日益拓展的战场范围，在复杂战场环境下的信号强度也难以保证，制约了包括无人作战在内的诸多新作战样式的效能发挥。而星链系统凭借其环绕全球的卫星分布可以较好的解决此类问题，同时星链系统可以在全域范围内保证相当可观的通信速率，在需要时可以随时调配卫星大幅提高重点地区的通信质量。

星链在无人机作战中的应用需求分析

星链技术可以较好的解决现有的无人机远距离链路通信路径损耗大的问题。无人机数据链系统所面临的最严峻的挑战是信息长距离的传输，长距离的传输会给数据链系统的性能带来极大的挑战，最大的挑战就是功率衰减和频率效率降低。Wimax标准下的无线城域网（WMAN）接入技术，其信号传输半径也只能达到50千米，而一般的航空数据链路要求覆盖360千米的范围，所以使用传统的无线通信链路来实施长距离的测控和传输会造成严重的功率衰减和极低的频谱效率。WiMAX网络在0.9千米的范围里仅能实现3bps～5bps/Hz的频谱效率，而对于无人机超视距而言，频谱效率将会更低，难以满足视频、图像、战场态势实时回传的需要。除此之外，信息的长距离传输会增加系统误码率、减少接收机信噪比、增加数据包的丢失概率。而星链卫星低轨部分使用V波段，以其低轨道、高密度优势，可以最大限度在保证无人机作战半径情况下，实现低衰减、大容量、低延迟通信。

星链技术可以改变目前无人机单机作战多、联合作战少的作战模式。如乌克兰危机中，乌军使用TB-2无人机摧毁俄坦克、俄军使用柳叶刀巡飞弹打击乌军装甲车等报道已屡见不鲜，而出动海雕等无人机执行战场侦察任务更是司空见惯，但这些使用都是相对简单的单机作战行动，无人机协同作战的案例则相对较少，无人机作战使用仍高度依赖单个兵器的技战能力，多平台、体系化、综合性的协同使用尚未成型。

在现行作战场景下，无人机与地面炮兵或航空兵部队协同作战已成为常态，无人机主要用于目标指示、火力校正等任务，此类任务以战术打击为目的，距离诸兵种联合空地协同、信火一体的作战运用仍有较大差距。制约无人机协同作战的关键因素就是缺乏强有力的通信链路支撑。无人机现有通信链路仅限于简单无人机状态回传、控制指令发送以及预置程序执行支撑，远远达不到多机协同、战场态势实时回传与智能决策，而星链恰好可以满足这些需求。

星链技术可以一定程度上使现有卫星通信系统易被瘫痪，短时间内发射备份卫星难度大的问题有所改观。现代战争中，瘫痪对方通信网络是破坏敌作战体系最直接有效的办法。现有卫星通信系统抗打击能力低，只需要摧毁某一颗或几颗卫星，就可使其卫星通信网络瘫痪。所以现有卫星通信系统在未来无人机作战中发挥的作用相对有限，无人机作战效能将被极大削弱。反观星链系统，其高密度、低成本、高弹性的优势，极大地提高了战场生存能力，最大程度避免了卫星通信网络被敌瘫痪的可能。

星链技术典型运用场景

作为无人作战全球全域指挥控制的“天基大脑”。全域作战强调的是基于领域的不对等作战，即用压制性的方式破坏对方的作战体系。星链未来的发展就可以让指挥官做到使用联合全域的无人装备的指挥控制系统，与其他力量跨域协同，根据作战任务和作战环境分配作战资源，综合运用各领域的力量，使敌作战体系崩溃瘫痪。星链系统与无人装备的结合使在陆、海、空、太空甚至网络、电磁域的作战更加多维化，立体化。星链也成为建立完善全球视野，进一步实现全域作战指挥控制的第一步。

星链体系可作为无人作战的“天基大脑”

作为无人机蜂群作战的“云端控制中枢”。蜂群作战是智能控制下的新型战术战法，无人机蜂群作战系统是由大量的无人机组成。但目前无人机作战在数量上仍没有达到不对等作战的需求。为了真正的实现蜂群作战，无人机群想要通过人工的控制是几乎无法实现的，只能通过优化软件算法，通过星链系统进行庞大数据量的信息交互，从而在态势感知、集群编队、火力打击、毁伤评估等方面形成属于蜂群的绝对优势。无人机蜂群的各个功能分区通过单机的软硬件和星链系统的结合，使无人机蜂群作战智能化。星链构建的智能化网络用于无人机蜂群的智能作战决策也将大大缩短无人机作战的闭环时间，从而提升无人蜂群的作战能力。

作为战术无人中继平台和有人机之间的“数据神经元”。2014年DARPA发布的体系集成技术和试验项目计划研究了一种灵活快捷的方式，将单个武器系统的能力分散加装到多个有人和无人平台上去，并使其快速成为战斗体系。这为有人机和无人机的协同提供了新思路，即一架有人机与多个无人平台协同，在无人平台上装载可以为有人机提供服务的载荷，如电子对抗、通信设备等。

作为自杀式无人机的“千里眼”和“指路人”。自杀式无人机或将成为地面分队的必要装备，不仅能够提供支援也能作为独立进攻的工具。通过星链的卫星导航和自身的惯导等，既可以使自杀式无人机在无法进行攻击时安全返航，也能在发射以后通过卫星进行控制，在星链大基数优势下进行计算将图像反馈给操作员，充分发挥其弹药性能，提高毁伤效果，进行精确打击，使杀伤链路闭合更加快捷。

乌克兰危机中俄军使用的shahed136自杀式无人机

装备发展建议

自主研发建设星链系统。目前，拥有一定基数的独立自主的近地轨道卫星系统，是国家安全建设和社会发展的前提和保障。未来战争一定是全域的战争，是信息链主导下的陆、海、空、天、网络、电磁多维一体化的战争。太空的资源有限且又支配着战争的走向，所以需要思考探究星链系统的研发和发展，从本质上确保其战时的安全性、可靠性。其次，推进我国航天事业的建设，积极推进新时代航空航天体制改革，鼓励创新理念，加快航天领域的尤其是近地轨道卫星互联网的发展。最后，在确保独立自主的同时，统筹规划好国家航天发展格局，充分发挥制度优势，利用先进技术，筑造太空能力。

推进无人机机载系统、地面指挥控制系统标准化。无人机机载系统以及地面控制站的标准化、兼容化是现阶段无人机发展的主旋律。不论是长航时的战略无人机还是微型的战术无人机，一个灵活的、兼容的无人机指挥控制系统不仅能提高无人平台的感知能力，还能高效地协同无人机编队或蜂群之间的指令执行，进一步提升无人机作战效能。机载系统和地面指挥控制系统的标准化和兼容化，使不同机型组成的编队或蜂群中每个或数个单机有不同的飞行任务，提高了整个无人作战系统的灵活作战能力，也提高了抗毁伤能力。

研发新型链路安全技术，提高抗干扰、防诱骗能力。复杂战场环境下，无人机数据链面临着极为严峻的挑战，传统的扩频跳频通信无法满足可靠性要求，其避开并避免非恶意干扰的能力、抵抗恶意干扰的能力亟待有大的突破。需要加快在低功耗MIMO系统集成、无人机数据链系统与卫通系统及其他无线通信系统整合，以及发展新的协作通信方式等方面的研究与攻关，以寻求更加灵活、适应性更强的方法来提高无人机的抗干扰能力，保证链路通信质量。

结语

星链技术在未来的联合全域战场上能够发挥的作用是毋庸置疑的。星链技术将战场空间立体化、高维度化，使己方能够站在更高的维度取得压倒性的优势。如果能够保证一定数量的终端存在，就可以实现战场的指挥控制一体化，突破无人机通信瓶颈，大大缩短无人机作战决策闭环时间，允许无人机大规模集团化出动，真正实现无人作战、智能化作战，将无人装备深入融合到作战体系中去，极大释放无人机战争潜力。应把握时机，紧前布局低轨卫星星座计划，集中力量加紧关键技术攻关，抢占更多太空战略资源，进一步加强天基通信组网能力，加速军队的信息化智能化建设，构建军队智能化的新发展格局，备战未来，打赢未来。