近年美军卫星通信发展分析

张健 （天津712通信广播股份有限公司）

近年美军卫星通信发展分析

The Development of US Milsatcom in Recent Years

张健 （天津712通信广播股份有限公司）

美军全球战略作战对卫星通信手段依赖性极强，但随着其经济的衰退、潜在对手技术实力的提升以及作战需求对卫星通信能力要求的不断提高，美军卫星通信建设的思想发生了很大变化。其中，充分利用商用卫星等多种卫星资源满足其作战需求成为首选路线。

1 引言

经过几十年的努力，美军建设了以宽带、窄带、受保护军用卫星通信系统为主的军用卫星通信系统体系结构，并将商业通信卫星资源作为补充。由于受经费、技术等方面的限制，原计划的下一代军用卫星通信系统—“转型通信卫星系统”（TSAT）在2009年终止。但美军迅速调整了其卫星通信发展计划，在经济可承受的前提下，针对近期局部战争需求及未来与潜在对手对抗预测，提出了维持原有体系结构，以第三代“宽带全球卫星通信”（WGS）、窄带“移动用户目标系统”（MUOS）和受保护“先进极高频”（AEHF）军用通信卫星为基础，作为其主要的空间信息传输资源，并加大了对商业卫星资源的应用，形成了军民结合、多种通信卫星资源并存的军用通信卫星体系结构。2013年8月，美国空军航天司令部（AFSPC）发布《弹性和分散空间体系》白皮书，确定了美国军事航天转型的战略方针，明确了未来航天系统发展的顶层思路和航天体系转型方向，其核心是通过创建卫星网络替代大规模的单一系统，显著增加了失去1颗卫星的抗毁性。

2 美军卫星通信面临的主要问题

随着技术的发展与潜在对手实力的变化，美军卫星通信面临着极大挑战，美军对下一代卫星通信系统的建设方式开始了深入思考。面临的主要问题有：

一是经济压力巨大。由于美国经济整体上不景气，政府预算严重受到制约，美军用于新装备研发的经费捉襟见肘，且呈不断恶化的态势。据2013年美国战略预算评估中心（CSBA）提出的《军用卫星通信的未来》研究报告预计，到2021年，美军用于装备研发、采购以及基本建设的经费只占年度国防经费的14%（2012年占36%）。

二是建设周期过长。随着军用通信卫星复杂程度的提高，技术难度越来越大，系统建设周期比计划一拖再拖，如美军“先进极高频”卫星原计划2007年发射，实际第一颗卫星到2010年才发射。建造周期的延长不仅使用户通信保障能力不能按时获得，还使得投资超出了预算；同时，随着技术的快速发展，敌方能够找到系统漏洞和短板的机会大大增加。

三是对带宽的需求快速增加。卫星通信带宽的需求和供应之间的矛盾越来越突出，无人机产生了包括全动态视频在内的巨量数据，高清摄像机、激光指示器、成像雷达、地面移动目标指示器和多光谱成像仪等复杂的传感器，需要大带宽来传送数据。2010年，当时要进行一场现代化战争，美国五角大楼需要大约16Gbit/s的卫星通信带宽，而当时美军只有2Gbit/s的带宽；2013年，美国卫星通信咨询公司北方天空研究所（NSR）预测，美军未来10年带宽将增加74%，从24Gbit/s增加到41Gbit/s。

四是潜在对手实力不断增强。进入21世纪以来，美军进行的阿富汗、伊拉克等几场战争都是与实力相差悬殊的对手进行的，但近期在中东和亚太地区与俄罗斯等国的对抗则实力相差不是很大，特别是其天基设施面临的威胁越来越严重；另外，随着高新技术的发展与扩散，美军在不同战场上也面临着非政府恐怖分子威胁不断增大的局面，同时网络空间对抗也越来越严峻。

3 美军卫星通信近年发展情况

近年来，美军对下一代卫星通信系统正在开展系统地研究，在网络上能够见到一些成果，但到目前仍未见一个权威机构发布的系统架构。通过对其当前卫星通信系统面临的问题进行深入分析，美军提出了以下一些有倾向性的观点。

避免开发大型复杂的空间资源

美军认为，当前军用通信卫星过于复杂，如“宽带全球卫星通信”卫星集中了传统的X频段任务，还有Ka频段“全球广播系统”，“移动用户目标系统”卫星包括一个全新的宽带码分多址（WCDMA）有效载荷和传统特高频（UHF）有效载荷，以及高带宽的Ka频段馈电系统。大型复杂的载荷需要先进的星载处理及大量的星载软件，不仅技术难度大、经费需求大、研制周期长，是成本超支、进度滞后的主要原因，而且还存在可靠性风险高等不足。将一个复杂的载荷分解成多个功能相同、协调工作的小型载荷，具有生产周期短、造价低的优点。如果其中一个有效载荷出现故障，可以用较低代价进行替换，方便通过冗余配置，不仅系统造价可以降低，而且系统运行的可靠性也可大大提高。美军提出了2种实现途径：一种方法是把一个大的系统分解成多个小的组件，如目前在轨的“铱”（Iridium）卫星系统；另一种方法是通过增加较小的空间组件，增强已有在轨系统的效能。针对“宽带全球卫星通信”卫星，可采用前一种方法，在已有卫星基础上，通过在另外的卫星上搭载小规模的“宽带全球卫星通信”载荷，或专门发射有较少有效载荷的卫星，形成较强的空间能力；对“先进极高频”卫星，可采取后一种方法，通过设置不同的战略和战术载荷，形成保障不同应用的能力。

充分利用有效载荷卫星搭载形式

将卫星有效载荷搭载到其他卫星上，不仅能够增加空间资源的规模，还能够减少经费投入，以及提高系统运行的可靠性。目前，作为美国亚太地区再平衡战略的一部分，美国计划与日本、韩国和澳大利亚合作，在1颗或更多颗卫星上装载受保护的“先进极高频”卫星有效载荷。从同盟国的角度来看，这将提升同美军之间的互通性，并且使他们能够以远远低于自己装备相同能力所需成本来使用“先进极高频”卫星星座；从对手角度来看，这将很大程度上加大作战的复杂性，因为一次对承载载荷的攻击（无论是物理攻击、电子攻击还是网络攻击），将要攻击网络中的所有伙伴国家，这将增加危机横向升级的风险。为推进搭载方式，美国空军成立了载荷搭载办公室，并推出了5亿美元的不确定交货时间和数量（IDIQ）载荷搭载合同需求；同时，卫星工业界成立了载荷搭载联盟（HPA），商业卫星机构也成立了专门的部门推进商用卫星为军方服务。

与盟国共同开发军用通信卫星资源

美军卫星通信不仅保证自身任务，还为其盟军提供支持，早期的美军卫星通信系统都是其独立投资建设。随着其财政状况恶化，美军在军用通信卫星建设中开展了广泛的国际合作，减少经济负担，如在“宽带全球卫星通信”卫星系统建设中，对于已经规划的10颗卫星，宽带全球卫星通信-6由澳大利亚政府提供资助，宽带全球卫星通信-9由加拿大、荷兰、德国、丹麦、新西兰五国投资，这些出资的国家能够在全球范围使用“宽带全球卫星通信”星座的所有卫星。目前，美国政府正在考虑宽带全球卫星通信-11和12的国际合作事宜。

采用多种卫星资源形式的体系结构

面向不同应用需求，将国防部的卫星资源与通过有效载荷搭载、租用等方式的各类商用卫星资源进行整合，形成分层的体系架构。其中，核心部分是政府拥有和管理的资源，具备全球覆盖能力，面向各类军事应用。另外，还包括以下四类卫星资源，一是政府租用、搭载在商用卫星上的卫星资源，用于战区激增的通信容量；二是政府拥有和管理、搭载在商用卫星上的卫星资源，用于战区激增的通信容量；三是政府拥有和管理、为特定地区或战区服务的卫星资源，为战区提供特定的通信容量；四是租用的商用卫星带宽，用于短时间内战区激增的通信容量。另外，2013年8月，美国空军航天司令部发布了《利用商业卫星通信支持空军和国防部的困难和新方法》，系统提出了利用商业通信卫星资源需要关注的事项，以及需要改进采办方法等建议。

商业通信卫星运营商积极推广政府/军用卫星通信服务

2013年和2023年商业通信卫星为政府/军方服务样式的变化

政府/军方用户是美国商业通信卫星运营商第一大客户，为响应军方军用卫星通信体系结构的变化，欧洲卫星公司（SES）、国际通信卫星公司（INTELSAT）等卫星运营公司积极为军方推广卫星通信服务，并将向军方出租转发器带宽的模式转变为提供卫星通信服务带宽的模式。虽然军方购买服务的费用会高于租用转发器，但综合地面建站等费用，购买服务的效益还是高于租用转发器。为此，商业通信卫星运营商积极采用新的技术为军事提供服务。如2016年，国际通信卫星公司在近期发射的高通量卫星（HTS）—国际通信卫星-29e（Intelsat-29e）上，利用吉来特公司（GILAT）推出的BlackRay-71卫星通信终端实现了无人机（UAS）的3.9Mbit/s传输，其中Ku频段天线口径30cm×30cm、带宽利用效率0.26bit/Hz，比常规系统提高了3倍；另外，针对军事特殊应用需求，商业通信卫星有效载荷也考虑军事应用需求，增加了新的功能，如国际通信卫星公司的“史诗”（Epic）高通量卫星使用了“宽带全球卫星通信”军用卫星的信道化器技术，实现了用户间卫星“单跳”通信。根据2014年美国北方天空研究所的预测，2023年政府/军方租用卫星转发器将比2013年减少32%，提供各类服务将显著增加。

通过上述手段，美军倾向于构建一个弹性、分散的军用卫星通信体系结构。在该体系结构中，军用卫星、商用卫星和军商混合用卫星同时存在，大量采用了商用技术标准和设备，并特别采用了信息安全措施。在应用层面支持3种情况应用：一是将与核指控控制等相关的战略核心信息传输使用受保护卫星，确保任何时候都能够可靠指挥；二是对于后勤管理、数据采集和日常情报支援等应用使用商用卫星，确保有充足的卫星资源；三是对于面临信息被敌方截获风险的局部战争等应用，可采用无对抗能力的军用卫星（如“宽带全球卫星通信”）或高通量卫星等商用卫星，但是需要采用“防护战术波形”（PTW），在保证卫星资源的同时，确保通信安全。其中，“防护战术波形”采用离散频带跳频扩频、集群组网和数字视频广播-卫星（DVB-S）等相关技术，可使用各类透明转发器，可支持从低速至上百兆比特每秒的通信速率，实现较低成本的受保护通信。

4 来自美国军方的一些观点

针对未来美军卫星通信体系结构，美军主管部门表达出一些观点。2016年第10次施里弗军事演习中美军得出的一个结论是：通过多样性手段提高美军卫星通信体系的“弹性”。为此，美国空军卫星通信主管官员说：“如果卫星通信可以在军用能力、商业能力和盟友能力间转移，对手就很难知道我们在哪里。”在2016年12月的一个论坛上，美国空军航天副部长说：“现在，如果有人想要拒止卫星通信服务，他们可能明确地知道我们的军事能力来自于哪颗卫星”；“但未来他们将很难发现，因为我们不仅会利用大量商业卫星通信提供的服务，同时也会在地面段使用互联操作，比如我们的通信信号可以在不同卫星、星座、频率之间跳转”；“使各类干扰很难降低我们的能力”；“他们不知道我们的能力是哪颗卫星提供的”。

综上所述，面对新的形势，美军卫星通信进行了针对性的调整，这些变化对我国相应领域的建设和发展具有重要的借鉴意义。