完善中的美国空军卫星控制网

王　峰

军用卫星的发展，给军事行动带来了革命性的影响。近十几年来，美国的军用卫星在“几场局部战争中起了决定性作用”。因此，美国为了保持其空间优势，更加注重军事航天系统的发展。保障军事航天系统正常运行主要依靠军事航天测控网。在包括空军卫星控制网(AFSCN)，海军卫星控制网(NscN)、海军研究实验室卫星控制网、陆军卫星控制网、国家海洋和大气局(NOAA)卫星控制网和几个军用卫星专用控制网在内的美国主要军事航天测控网当中，空军卫星控制网是规模最大、用户最多，最重要的军事航天测控网。

空军卫星控制网的基本情况

美国空军卫星控制网是美国各种用途航天器及组件的指挥控制系统的重要组成部分，不但为各种航天器、无线电技术侦察和电子侦察系统、数据传输和通信系统、弹道导弹发射探测系统，无线电导航和气象侦察系统、军事实验卫星，宇宙飞船，航天飞机和个别民用卫星的运行提供支持，而且还为美国东部试验靶场(佛罗里达州卡纳维拉尔角)、西部试验靶场(加利福尼亚州范登堡空军基地)和太平洋试验靶场(夏威夷考爱岛)的导弹发射试验，以及各种航天器的发射提供保障。

美国空军卫星控制网的人员和设备隶属于美国空军航天司令部第14军第50空间联队的第21、22和23空间作战中队于1959年初步建成，其最主要的功能是控制卫星平台，测控人造地球卫星的运行参数，接收和处理遥测数据，诊断和消除卫星机载系统工作故障、向卫星发送指令和控制程序等。目前该网控制的卫星数多达90多颗，控制的主要军用卫星系统包括国防卫星通信系统(0SCS)、舰队卫星通信系统(FLTSAT)等，同时还对国防气象卫星计划(DMsP)、全球定位系统(GPS)，国防支援计划(DSP)和军事战略与战术中继卫星系统(MilSTaR)提供辅助测控。空军卫星控制网主要由指挥控制系统、无线电技术跟踪系统、网络管理系统和通信系统4大系统组成，其主要军事设施分布全球各地，主要包括2个操作控制中心(OCN)(分别位于科罗拉多州什利韦尔和加州昂尼祖卡空军基地)，8个固定跟踪站、1个人造地球卫星机载设备监测分队，1个通信中心和2个机动无线电技术跟踪站。因为昂尼祖卡空军基地的关闭，美军计划于2011年前将空军卫星控制网的西部操作控制中心和相应的组织机构迁移到范登堡空军基地。

空军卫星控制网的技术改造方向

为了提高空军卫星控制网的运行性能和工作效率，降低成本和工作人员数量，近年来，美军不断将新的航天技术和工艺有计划、有步骤地引入空军卫星控制网。对“指挥控制系统”，“无线电技术跟踪系统”、“网络管理系统”和”通信系统”等结构功能进行重新分配和现代化改造。

指挥控制系统

为进一步完善空军卫星控制网，美军从2006年开始着手建立统一的多用途卫星控制中心(MMSOC)，在现有指挥控制系统的基础上建立地面联合控制系统，该系统可控制现有的国防卫星通信系统(DSCS)、军事战略与战术中继卫星系统(MISTAR)和未来的联合指挥控制系统(CCS-C)中的视频图形显示系统(VGS)和先进极高频(AEHF)军事通信卫星系统等。新的指挥控制系统能够有效对现有及未来的军用，民用和商业卫星进行统一控制，并保障在未来航天系统开发领域的研究规划框架下的军事试验卫星的运行。MMSOc计划部署在美国本土的什利维尔空军基地，于2010年1月开始投入试用，2011年全面运行。

无线电技术跟踪系统

无线电技术跟踪系统主要由固定跟踪站和机动跟踪站组成。固定跟踪站由15个自动化远程跟踪站(ARTS)、3个码组变化远程跟踪站(RBC)，3个数据链路终端cDLT)，以及数据收集、处理、接收和传输软硬件设备组成。机动跟踪站由机动式运载工具测试系统(TVCF)，机动式航天测试和资源评估系统(TSTR)以及直径7米的反射天线系统组成。机动跟踪站的设备能够通过公路、铁路、海路以及军用运输机运输。从接收相应命令到重新部署的准备时间不超过24小时，到达新的工作区域后，天线系统和无线电技术综合系统转入工作状态可由5人班组在12小时内完成。

空军卫星控制网现代化改造的主要方向之一就是用第三代跟踪站(RBC)替代现有的ARTS。RBC装备直径为13米的抛物线天线系统，带有用特殊材料制作的直径为27米的天线防护罩，其使用寿命为20年。无线电电子设备由跟踪接收机、控制和监控装置，以及跟踪和遥测接收辅助装置组成。为了达到频率和时钟同步，RBC的无线电技术系统的所有元件都安装NAVSTAR全球定位导航系统装置。RBC I-行方向的工作频率为1.75-1.85千兆赫(空军卫星控制网标准)和2.025～2.12千兆赫(美国国家航空与航天局标准)，而下行方向的工作频率为2.2-2.3千兆赫。所以，该工作站既可用于军用卫星，也可用于民用卫星。数据的接收和传输是由20个独立通信信道以20兆比特，秒的速度同步完成。RBC的无线电电子设备不但能够使用标准形式的调制信号，而且还能够接收和处理sQPSK(参差四相移相键控)和AQPSK (非对称四相移相键控)信号，可以保障未来航天系统的活动，而ARTS不具有这种功能。RBC在运转算法的设计上采用多次存储最重要节点的原则，并在内部设有监控检测系统，查找和排除故障的时间不超过1分钟，这样能够保障其与航天器的通信准备和运行完全自动化。RBC主要是由Datron先进技术公司、Titan系统公司、集成系统公司与美国空军航天与导弹系统中心联合研制和部署。2005-2006年间，RBC在美国什利韦尔、范登堡和关岛空军基地跟踪站上开始部署，其中范登堡于2007年第二季度、什利韦尔于2008年第二季度、关岛于2009年第一季度投入使用。目前，英国的奥克汉格尔跟踪站上也开始建造该型工作站。美国空军计划于2016年前用RBC取代空军卫星控制网中现有的所有ARTS。美军为该项目的军事预算2005年为1100万美元，2006年超过2300)5"美元。

此外，美国国防部预算中共划拨出9500万美元为空军卫星控制网的无线电技术跟踪系统的未来天线系统，程序系统，遥测信号处理软硬件设备等项目进行开发和改造。

美军为了扩展空军卫星控制网的潜力，正在研制未来的天线系统——圆顶相控阵测地天线，该系统能够形成多波瓣方向图，其结构呈半球形，直径约为10米+由多个扁平控制板组成，每个板内设有78个宽频带收发模块。2007年，美军对天线的可行性技术方案进行了审核，形成了未来天线的基本雏形，对天线的接收一发送模块、辐射元件，波束形成组件，以及计算机等设备

进行了测试：2008年制造出各组件和天线系统的试验样品：2009年准备部署，并在现有的航天器上进行试验。据美国专家估算，每个新的相控阵天线系统应能够至少取代现有的无线电技术跟踪站的4个抛物线天线系统。同时，美军正在对天线系统的运输方案和便携式通用地面数据处理系统(PUGPU)进行研究，以便将来装备于ARTS和RBC。在成功进行科研试验工作和技术工艺测试后，将对相控阵天线系统进行批量生产，并计划在2010年后装备到空军卫星控制网中。

从2006年开始，美军着手用新型遥测信号处理软硬件设备来装备现有的ARTS跟踪站，这些新型设备能够对未来的光电侦察系统，弹道导弹发射早期预警系统、太空跟踪与监控系统(STSS)等提供保障。目前美军正在为空军卫星控制网的跟踪站装配SQPSK信号处理系统，该系统由“遥测-FSC”频率转换器，“遥测70KHJ”数字处理器、连接转换与接口装置，自动化工位等组成。此外，美军于2008年3月由集成系统和RT Logic公司完成了空军卫星控制网无线电技术设备程序段的改造工作。

网络管理系统

网络管理系统又称“资源控制系统”，其现代化改造的目的是使用空军卫星控制网的无线电技术设备测控人造地球卫星轨道参数，分析并传送给遥测用户，形成发射阶段的指令和控制程序，输送到工作轨道，进行航天器的试验和使用。根据计划，美军将于2009年中期完成对系统中的电子调度传播子系统，后继型卫星轨道参数分析子系统、风险控制与信息防护子系统进行现代化改造。

改造后的电子调度传播子系统计划完全取代于1990年开始研发、1999年投入使用的类似子系统。新子系统的研制和生产过程中，广泛使用了商用工艺。软件程序上，用WINDOWS操作系统取代了原来使用的DOS系统。新的硬件设备包括：通信信道通信和状态监测配线设备台、自动化工作站，交换机，控制器、路由器，以及辅助设备。该系统的技术设备主要由戴尔和思科公司研制和生产，计划在2008年上半年完成改造工作并投入运行。

卫星轨道参数分析子系统的现代化改造工作第一阶段已完成，该系统主要是完成对卫星轨道参数的测量与分析，并传输给卫星轨道参数用户：跟踪掌握无线电电子环境：计算出跟踪站资源使用的最佳状态，以便与航天器取得无线电通信联系。该系统改造的方法是在主操作控制中心和空军卫星控制网跟踪站上安装经过改进的软硬件设备，能够使作战值班工作站连接到统一的数据传输网上，以保障人造地球卫星控制各种航天系统的稳定性。借助新的设备，卫星轨道参数以及卫星机载设备测量情况的静态与动态数据不仅能以表格形式，还能以图解形式直观地反映出来，以便更容易地理解各种数据的意义。由于最小程度的缩减了操作人员的数量，提高了各种程序的标准化和自动化程度，大大改进了整个系统的工作效率。

通信系统

2006年，为了改进空军卫星控制网的通信系统，对通信交换子系统(OperationalSwitchRe-placement)进行了现代化改造，该系统用于通信资源管理，分配数据，探测和消除非常备状态。新一代通信交换子系统接入到采用异步数据传输的美国国防情报系统网(DISN)，以及空军卫星控制网分属各地的障部门的计算机和电视通信局域网。该子系统的主体部分由分布式通信控制器(DistributedCommunications Controller，主要进行数据流量的远程控制)、交换机和数据传输设备的监测装置组成。新一代通信交换子系统的主要特点是与以前的旧系统相比，使用了交换虚拟电路fswitchedVirtualCircuits)，以提高通信能力。经过现代化改造的通信交换子系统不但能够保障相关机构和部门有权直接进入到数据库，而且能够在不经过操作控制中心操控的情况下，把从一个跟踪站收到的遥测数据同时提供给几个分布在不同位置的用户，并对所需要的通信结构进行配置。

根据美国专家评估，经过现代化改造后的空军卫星控制网将使美国空军航天司令部进一步扩大使用现有和未来的军用和民用航天系统的潜力，保障各种条件下卫星控制网运行的稳定性，降低财政预算开支，缩减控制和监测卫星运行人员的数量，同时提高了各种相关数据处理的可靠性、速度和质量。美军不断对包括采用了与民用卫星测控网完全不同体制和设备的空军卫星控制网为代表的各军用卫星测控网的软硬件设备进行更新换代，引入包括商业用途技术在内的新技术和工艺，其最主要目的就是将美国的军用和民用卫星控制网的地面设施接入美国航天器国家统一控制网内，最大程度地保护其国家安全。