美国今年将发射２颗“宽带全球卫星通信”

天　兵

超级“通信兵”

军用通信卫星除具有一般通信卫星所具有的通信距离远、容量大、质量高、寿命长、覆盖区 域广等优点外，还具有保密性好、抗干扰性强、数据处理快、可靠性高和灵活机动及核环境 下的生存能力等特点，所以技高一筹。

在信息战中，军用通信卫星举足轻重，它在兵力部署、支援和指挥控制过程中有巨大的作用，是力量的倍增器，因此受到各军事大国的高度重视，都竞相发展，现已显露“杀机”。

按用途它可分为战略通信卫星和战术通信卫星，前者提供全球性的战略指挥、控制、通信和 情报传输，其中包括传输各种侦察卫星所获得的信息；后者则提供地区性军事信息的传输， 如军用飞机、舰船、车辆，乃至小分队或单兵背负终端的移动通信。不过，战略、战术通信卫星现正向合二为一的方向发展。

当前的国际形势表明，打世界大战，尤其是打核大战的可能性越来越小，但局部战争日渐增多，所以，目前对战术通信的需求日益增大。在近些年的战争中，尽管美国和北约动用了所有军用乃至商用通信卫星，但仍未能满足战场需求，原因是这些卫星的容量有限、抗干扰能力差，只能用于军团级以上，无法解决战区之间的广泛联络和指挥控制问题。

对美国来说，要把以前陈兵欧洲的局面转变到以美国本土为基地，就至少有25%的兵力具有全球应急能力，以适应各种作战环境。要做到这一点，其关键是要有强大的战术通信能力，靠快速、可靠和超视距的战术通信卫星迅速集结和远征。理论和实战均已证明，战术通信卫星再加上各种小型、轻量、便携式移动通信终端，将成为未来军事通信的重要组成部分。为此，美国一直在加紧研制和新型军用通信卫星，其中2009年3月和7月，美国将用宇宙神-5火箭先后发射宽带全球卫星通信－2、3(Wideband Global SATCOM-2、3——WGS-2、3)。

一个顶十的新星

WGS是美国第一个支持政府转型通信体系结构的运行卫星通信系统，每颗卫星信息传输率超过2.5～3.3 Gbit/s，比目前在轨服役的“国防卫星通信系统”（DSCS）快10倍。首颗WGS卫星于2007年10月发射升空，提供了与整个DSCS一样的高带宽能力。2008年4月，美国战略司令部已经接管WGS-1的指挥与控制权，成为该项目发展的重大里程碑。2008年5月12日美国波音公司宣布，可覆盖太平洋地区的美军宽带全球卫星通信-1卫星正式投入运行，开始为美国海外军事行动提供重要支持，这对美国军用卫星通信具有重要的影响，是美国关键的军用卫星通信项目，能使美国及其盟国的军用卫星通信能力产生巨大的飞跃。

“宽带全球卫星通信”卫星曾经被视为迈向先进军事通信能力的过渡阶段，它现在已经成为支柱性的卫星系统，这在很大程度上是因为从商业用户那里借鉴到的技术。与普通商用通信卫星相比，WGS能提供更好的抗干扰保护，但是不能提供类似加固型“军事星”（所具有的加密能力。其数据加密与解密都由地面终端操作，不过WGS提供的是加密数据的传输。

WGS能提供4.875GHz的瞬时转换带宽，由于战术用户所使用的地面终端，数据传输的速率以及调制方式的不同，卫星为作战用户所提供的传输容量是现有国防卫星通信系统-3（DSCS-3）数据流的10倍多；可覆盖19个独立地区，为南北纬65度之间的美军提供通信服务，用于纯军事目的时，其业务范围还可扩展到70°N～65°S。其总的覆盖地区包括战场上的焦点地区以及战场外能够支持运行的地区。它支持位于几个窄覆盖地区和至少一个扩展窄覆盖地区（是窄覆盖地区的几倍）的Ka频段终端。该星能在窄覆盖地区提供双向和广播业务，可用于在战区部署战术部队，确定网关、广播注入地点和卫星控制地点；为战区之外的作战用户，如空军基地和海军战斗组提供服务。

该卫星总共研制６颗，平均设计寿命为12年，首颗卫星发射很成功，有望延长7年寿命，在轨运行19年。第4～6颗卫星已经开始建造，预计在2011年早期至2012年第三季度之间进行发射。WGS星座最终将取代DSCS系统。

2008年12月17日美国空军宣布，正式授予波音公司价值2.3亿美元的合同，生产WGS-6、即最后一颗WGS卫星。2007年12月，空军授权波音建造这颗WGS卫星。按照美国政府与澳大利亚政府签署的合作协议，这项采办计划由澳大利亚投资。

性能十分优异

首颗WGS卫星，即WGS-1是2007年10月10日由宇宙神-5火箭发射的，是支持美国政府转型通信结构首个投入运行的卫星通信系统，覆盖包括夏威夷、日本和东南亚在内的美军太平洋战区。美军计划在2012年前总共发射至少6颗WGS卫星，其中后3颗是备份。待前3颗WGS卫星上天后，它们便可覆盖全球。3颗WGS卫星分别定点在赤道上空60°E、175°E和12°W。另外,WGS-4、5、6与前3颗WGS有所不同，增加了无线电旁路能力，以便支持需要额外带宽、数据传输率最高达到311Mbit/s的机载情报、监视与侦察平台。在后3颗WGS上还可能装载了激光通信系统，用于验证每颗在轨WGS彼此间直接连通的能力。这种激光通信技术一旦验证成功，将会在军用卫星通信计划中广泛使用。在该星座最终建成后，将具有向全球美军及盟军提供网络通信的功能，获得完全的作战力。

WGS由美国波音公司制造，采用波音-702卫星平台，每颗造价为3.5亿美元，是美军在轨服役通信卫星中性能最高的一颗，它可通过双向、点对点、多重播放及广播通信的方式，向作战人员快速分发大量数据。

该卫星以前叫“宽带填隙卫星”（Wideband Gapfiller Satellite，其缩写也是WGS），这是因为最初考虑到DSCS和更大容量系统之间存在缝隙，所以研制了它。每颗WGS卫星的带宽是DSCS-3的12倍，两者差别相当于宽带上网和拨号上网。

它不仅容量大大增加，能以更高数据率向作战人员提供更快、更有效率地交换信息，而且运行十分灵活，可提供其他军事卫星通信系统所不能提供的许多重要作战特征。例如，WGS拥有18个可重新配置的覆盖区，以及具备向不同覆盖区进行广播和多点广播的传送能力，并且能够连接位于任意区域和所有区域的用户，即使他们处于不同工作频率。

该系统现已成为美军在X频段和Ka频段范围的大容量通信卫星系统，通过它美军能够向地球几乎每个角落快速发送大容量的信息，为军队提供前所未有的宽带密集型应用，例如：视频流、远程会议、实时数据传输和高分辨率成像。此外，这种新型宽带能力还可为新一代无人空中飞行器（如，“全球鹰”和MQ-9）提供支持。

美国战略司令部接管

美国空军2008年4月16日宣布，经过了一系列复杂的在轨测试后，美国战略司令部已经接管了WGS-1的指挥与控制权，这标志着用WGS替换DSCS的序幕正徐徐拉开。其测试是在赤道上空122.8°W进行的，试验结束后，WGS-1被定点在175°E的最终运行轨道上。

其实，在完成所有在轨测试，并得到验收满意证明后，美国军事卫星通信系统中队（MCSW）于2008年1月18日就从波音公司手中接管这颗卫星控制权，然后美国战略司令部司令Kevin P.Chilton于2008年4月15日又从MCSW的手中接收WGS-1的作战指挥权。

这种新卫星采用了X和Ka频段，前者在美国陆军中使用频繁，后者可传输广播信号。目前，使用了20年之久的DSCS只能提供单向Ka频段信号，而WGS可提供双向Ka频段信号。该星还能“跨频”传输，让通信者同时使用X和Ka这2个频段。此功能对军队意义重大，它可使拥有X频段终端的指挥官与另一个拥有Ka频段终端的指挥官对话，让战地部队具有更大灵活性、更强作战能力和连通性。

WGS项目由美国空军和陆军共同投资，所以它由美国空军与陆军联合负责运行，以支持整个作战部队。该卫星控制通过X频段链路、Ka频段链路和空间地面链路来完成，由不同军种的有关部门共同承担。其主要控制机构为陆军宽带卫星运行中心和空军卫星运行中心。陆军负责网络控制，主要依靠分布在世界各地的地面设施。地面控制部分主要利用现有的商用软件及硬件设备，如Raytheon公司的EclipseTM遥感探测与指挥系统。卫星运行控制则由空军负责，使用一体化的指挥与控制系统（CCS-C）。CCS-C是正在开发的支持所有现在的与未来的军用通信卫星星座的一体化指控与控制系统，它将取代替目前所使用的空军卫星控制网络。

由于WGS卫星和地面控制系统比DSCS智能化更高，所以容易运行和维护，大大降低了对人力的需求和其他的全寿命期费用。它能自动识别问题并寻找产生问题的根源，而无须操控人员告诉它如何调整自己。命令方式也与现在使用的不同，不必用手敲入命令，命令都是预先设定好的。预先设定命令减少了卫星操控中的风险，这意味着完成同样工作只需更少的操控人员和更短时间。WGS让操控变得更安全，因为它消除了大量人为失误的可能性。用DSCS的时候，要专门设置2个人确认每一条命令，但用WGS的时候，其命令会被自动检查，操控人员可事先它们将如何执行。

空间军用高速路

美国WGS计划是1997年8月美国国防部提出的新一代宽带通信卫星，目的是在新一代更先进的通信卫星系统投入应用之前（2010～2012年左右），对美国空军的DSCS和海军的全球广播业务（GBS）系统的工作进行补充和加强。WGS较现有系统技术更先进、能力更强、容量更大，且与现有控制系统及终端兼容。它能提供军用双向X频段（约7～8GHz）通信能力（现在由DSCS提供）以及GBS的军用Ka频段（上行为30～31GHz，下行为20～21GHz）通信能力。此外，该星还具有支持移动及战术个人通信用的高容量双向Ka频段的通信能力。

WGS采用了相控阵天线和卫星数字处理等大量先进技术，目的是提高了卫星的性能和运行灵活性，满足战争中额外的转换需求，把用于作战的宽带容量大大提高。例如，WGS采用的新型电控天线不再依靠机械操纵，它能够与地球上的不同地点进行通信，实现了Ka频段无线电用户对X频段用户的通信。

它是DSCS―3的继任者，建造WGS星座的宗旨是扩展DSCS和特高频后续卫星-8、9、10（UFO-8、9、10）的GBS的能力，为美军提供近期转型的通信业务，即用于增强国防通信业务，为美国及其盟国提供更好的天基通信能力和GBS。其主要任务包括：替换目前由DSCS提供的24小时连续不断的超高频（SHF）宽带通信业务；替换目前由UFO-8、9、10Ka频段GBS转发器提供的Ka频段GBS。

每颗WGS卫星发射重量约为5.9吨，功率13KW，设计寿命11.8年。它使用二元化学推进剂提高轨道高度，并使用氙离子推进剂清除轨道偏心距，以保持轨道姿态。

在发射之前，WGS可至少在地面存储5年而不会影响在轨平均任务持续时间（MMD）。入轨后，即使没有有效的指令链路，卫星也能在没有地面干涉的情况下至少运行30天，包括执行南–北和东–西位置保持的存储指令。

WGS计划是美国国防部第1项近似商业卫星采购的计划，充分利用了商用卫星技术，把有效载荷与商用卫星总线集成在一起，大约95%的卫星元件使用商用现货。该计划充分利用商业技术和制造程序，节约了系统采购的成本，缩短了卫星设计、研制和发射时间。WGS计划是国防部和工业界新的合作，证明商业技术能够提供可担负得起的军用通信系统。

功能强大的内幕

WGS提供双向X频段、单向Ka频段广播业务和新的双向军用Ka频段业务，即提供与DSCS系统兼容的X频段大容量业务、与UFO-8、9、10卫星相同的GBS业务以及新的双向军用Ka频段通信能力，所以可以补充、替代目前由DSCS提供的军用X频段通信容量和由GBS提供的军用Ka频段的通信容量，还具有大容量双向Ka频段通信能力，以支持作战人员的移动和战术通信应用。WGS还能用于频段交互连通性业务：X频段上行链路到Ka频段下行链路，以及Ka频段上行链路到X频段下行链路。其单星容量超过目前所有DSCS和GBS卫星星座容量的总和。

其总容量分配给9个X频段波束和10个Ka频段波束。其中，8个X频段波束由收发分离的相控阵天线产生，该天线具有赋形和改变覆盖区域大小的能力，它们提供覆盖区域的形成及调整能力；第9个X频段波束为全球覆盖波束，可覆盖全球。10个Ka频段波束由10副独立可控、收发公用、带有万向节的可移动抛物面天线（为固态石墨偏馈天线）产生，其中3个波束可改变极化方向（也就是改变天线的电场方向，该技术主要应用于优化信号接收以及减少干扰），使WGS能够安全地传输和接收数字化质量的话音、数据和图像。由于在WGS上把Ka频段天线与BSS-702卫星平台结合使用，所以它能提供简单的即插即用（PNP）接口。

通过WGS上独特的数字信道选择器，可以使X频段和Ka频段相互连接，用户之间能高效地使用卫星带宽进行交流，提高了宽带的利用率。数字信号选择器是实现有效载荷高度灵活的关键，它能把上行链路的频宽分为1872个子信道，每个子信道带宽为2.6MHz，各个子信道都能单独开关并进行路由选择交换。这样，所有信号均可进行频带间交链，即可从一个频带转换到另一个频带，上行覆盖与下行覆盖相连。而且，一个覆盖区域内的任何一个上行信号都可以与一个或全部下行覆盖区内的信号连接。这样，在任一覆盖区域内可实现灵活的互连通性（包括X频段到Ka频段和Ka频段到X频段的跨频率收发）。此外，数字信道选择器还支持多点传输和广播业务，也能为网络控制提供非常有效、灵活的上行链路频谱监控容。

例如，如果在阿富汗部署了美国的军队，这时WGS卫星可以通过选择波束将前方部署的军队通信发回卫星，随后再选择波束发到中央司令部或其他司令部。

WGS支持多种网络拓扑结构，包括广播、中枢辐射（hub–spoke）、网状和点对点的连通性。一般的情况下，只有那些使用调制解调器（具有调制方案，能够提供保护，防止干扰）的通信网络，才能为防止干扰提供有限的保护。而在一定的情况下，WGS的天线模式具有辨别能力，这是其固有的性能，也能提供一些保护措施，可避免来自不同距离的友军的干扰。

在选择的用户终端使用通用调制解调器（UM），能够保护WGS通信业务免于电子攻击（如干扰）和电子信号截获。同样地，对于WGS的自动带内指挥链路的保护，要借助于指令信道的频率和地理位置的差异、SC2C的位置以及政府提供的密码设备（密码设备装在WGS以及X频段和Ka频段控制终端的控制单元中）。对指令信道的附加保护是通过格式化和协议实现的，以确保发送和接收惟一“有效”的指令。只有被卫星成功破译和解码的指令才是有效的。

采用多频终端

WGS与现有的控制系统和终端（DSCS和GBS系统的用户终端）是兼容的，并且也能向上升级，可以和现有的及新的X频段和GBS终端互用

预计2010年前，美国军方从多家公司定购1700个WGS卫星的地面宽带终端，这些宽带终端可在几个频带使用。例如，从Titan公司为WGS采购了价值2200万美元的新型Ka频段地面终端——KaSAT，它是一种轻型移动式战术军用卫星通信小型终端系统，终端上行链路频率为30～31GHz，下行链路频率为20～21GHz；从ITT工业公司为WGS采购了价值8900万美元的50个Ka频段地面终端及技术支持；从哈里斯（Harris）公司为WGS采购了200个轻型、大容量、高效能的地面4频段终端（GMT：Ground Multiband Terminal），它可用于WGS、DSCS、未来的“先进宽带系统”（Advanced Wideband System——AWS）、商业卫星系统等卫星的通信业务。另外，在未来10年内，美国陆军还将采购军用多频段/多模式集成式卫星终端（MIST：Multiband/multimode Integrated Satellite Terminal），它能提供高达数兆比特/秒的移动通信容量。

WGS卫星还能与未来的“转型通信卫星”（TCS）配合。例如WGS具备一些新的能力，如激光交联部件和信息包切换开关。这样，WGS卫星不仅能提供激光通信能力，还可以作为迈向TCS的中间过渡。

总之，WGS系统能满足美军获得更快速、更高效信息的需求，提高了固定和机动/移动用户的访问容量。各种平台、陆海空部队及其指挥者都能够利用WGS进行快速、实时地信息访问。它的继任者是AWS。■