先进极高频卫星：信息化战争的“总指挥”

文/天兵

近日，美国第五颗先进极高频卫星成功发射入轨，为这一家族再添新丁。

“先进极高频”也称第三代“军事星”，其信息传输能力是现役第二代“军事星”的10倍，军方操作人员所获得的带宽将增大5倍，且体积更小、更耐用，可处理更多的通信数据量，从而能够支持战术军用通信，同时还具有抗电子干扰、抗反卫星武器打击等受保护功能。

“先进极高频”的主承包商是洛·马公司，目前已发射5颗，前4颗分别于2010年8月、2012年5月、2014年9月、2018年10月发射入轨，部署在距地球约3.6万公里的地球静止轨道上，能为战区指挥官提供高安全性的、抗干扰的、不易截获的、不易探测到的通信服务，可满足实时图像、战场地图和跟踪数据等战术军事通信的需求，使得美国信息化战争有了“总指挥”。

新旧技术相结合

“先进极高频”采用A2100卫星平台，每颗星发射质量约6600千克，入轨质量4100千克，比采用波音-702平台的“宽带全球卫星通信”卫星还大10%以上。它采用了“军事星”上已有的扩频、调频、星间链路和星上处理等技术，所以能增强路由选择，根据用户优先级别来提供点对点通信以及网络服务，通过星间通信实现全球服务，并有非常强的战场生存能力，减小了对地面支持系统的依赖程度，即便在地面控制站被破坏后，整个系统仍能自主工作半年以上。新的星间链路将在数倍于“军事星”数据速率的条件下运行。

“先进极高频”还采用了相控阵天线、波束成形网络、毫米波单元和电推进系统等一些新技术。

为了满足战争的特殊需要，“先进极高频”一共携带有14部天线。它还用电子管功率放大器取代了行波管放大器，提供了较高的保真度，但降低了功率传输门限，以确保和以往卫星系统的兼容。

此前的卫星是采用机械方式来改变波束反射面的，所以只能使得波束在某一个时刻属于某一个用户。而“先进极高频”是通过电子方式来改变射频波束的指向的，因而其相控阵天线能很便捷地使用户之间的波束瞬间跳变，卫星的上行相控阵天线可直接接收来自地面终端的信号。这个相控阵天线采用了一种先进的半导体材料——铟的磷化物，它可使天线的噪声更低、信号更加清晰。

▲ 第三代“军事星”——先进极高频卫星

由诺格公司研制的“波束成形网络”可使“先进极高频”天线自动调零，以便对付潜在的干扰，而在波束覆盖范围内的合法用户仍能正常使用卫星。这种抗干扰功能不需要由地面控制和干涉。

星上有超过100个射频模块和近10000个地面射频模块中使用了新的毫米波单元自动封装模式，此举能减小每个单元的尺寸和重量，使装配实现自动化，并大大削减成本。

“先进极高频”采用氙离子流体霍尔推进器，所以可少携带很多推进燃料，从而承载较多的有效载荷。

技高一筹的新星

“先进极高频”在第二代“军事星”低数据率载荷和中数据率载荷的基础上，增加了扩展数据率载荷，即能提供高数据率传输服务，同时其覆盖区范围扩大。该星单星通信总容量从第二代“军事星”的每秒40兆比特提高到每秒430兆比特，同步信道数量增加2～3倍。这样的传输速率可允许战术军事通信系统传输准实时视频、战场地图和目标数据。

第一代“军事星”极高频通信速率为每秒75千比特，第二代“军事星”为每秒100兆比特，而“先进极高频”则超过每秒1吉比特。

▲ 首颗先进极高频卫星组装完毕

“先进极高频”用于战术通信数据速率是每秒8.192兆比特（第二代“军事星”为每秒1.544兆比特），用于战略通信的数据速率是每秒19.2千比特，可以服务6000个终端和4000个网络（比第二代“军事星”多2500个），并同时提供50个下行链路信道。按照这个容量，新系统在点波束数量上将有近10倍增长，极大地提高了用户接入能力。“先进极高频”的点波束更小，功率更高，提高了通信的可靠性和数据率，极大地降低了敌方侦听和干扰的可能性。

“军事星”的星间链路通信速率为每秒10兆比特，而“先进极高频”可以达到每秒60兆比特。与第二代“军事星”相比，“先进极高频”的星间链路增强了路由功能和抗干扰能力。

举例来说，用第一代“军事星”传输战斧式巡航导弹的任务命令需要100秒，传输1.1兆大小的空中任务命令需要1.02小时，传输一幅侦察卫星拍摄的可见光图像（24兆）需要22.2小时；用第二代“军事星”传输相同大小的信息只需花0.16秒、5.7秒、2.07分钟；而用“先进极高频”传输相同的信息则仅用0.03秒、1.07秒、23.6秒。

可支持多种终端

“先进极高频”能在任何时候提供世界范围内的军事应用，并兼容现有的“军事星”系列终端，支持提供机载、舰载、车载和便携终端，如海军多频段终端、单信道抗干扰可搬移式终端、“先进极高频”通用系统试验终端、保密移动抗干扰可靠型战术终端和先进超视距系列终端以及潜艇高数据速率系统。其中先进超视距系列终端综合了以前的两个项目，即机载宽带终端和指令递送终端替代系统，从而建立了一套通用的开放式、覆盖天基地基的综合应用体系。

因为“先进极高频”工作在较高的频段，所以其用户终端也在不断向小型化发展。一种称为LTCC的技术可把有源和无源的射频元件以一种多层布局的形式封装在一个低损耗的绝缘材料中。用LTCC技术所集成的相控阵天线已用于“先进极高频”终端，因而使天线尺寸更小，损耗更低。

总之，“先进极高频”是具备抗干扰、低检测概率、低截获概率和先进的加密系统，比“军事星”支持战术网络的能力提高了两倍，能为陆军、空军、海军、特种部队、战略导弹部队、战略防御、战区导弹防御和空间对抗等服务，并可提高与其他军用网络和美国盟军网络的兼容性。它与“军事星”不同，能够支持动中通，提供数据、语音、视频会议和图像传感业务，有效实现实时视频、战场地图和目标数据等的通信，为美国的战略和战术力量在各种级别的冲突中提供安全、可靠的全球卫星通信。每颗“先进极高频”可连接上百个直径为1英尺（约0.3米）的终端天线，把战场上的所有梯队连成一个具备太空路由的虚拟网络。它还能为那些使用这些快速、精确信息的人们提供实时地图、目标信息和先进的智能监视和侦察。它也可直接对来自用户终端的请求作出回答，并根据优先级提供点对点通信和网络服务。

▲ 第二代“军事星”

▲ 对先进极高频卫星进行测试

▲ 单信道抗干扰可搬移式终端

现代战争生命线

从原理上讲，军用通信卫星与民用通信卫星是一样的，但由于军用通信联络要求迅速、准确、保密和连续，为此，军用通信卫星常采用不同的通信体制以及扩频、调频和自适应天线调零等技术，改变天线波束宽窄和指向，实行星上信号交换和处理以及星间链路，调整发射功率和接收灵敏度，强化遥控指令系统等一系列措施。所以，军用通信卫星比民用通信卫星具有可靠性高、生存能力强、抗干扰性好、机动灵活性大等优点，并可减少对地面站的依赖。它不仅能使广泛散布的武器平台与作战部队有效集成，而且还可让“观测、判断、决策、行动”环路所需的平均时间达到最短。

按频率分，军用通信卫星可分为特高频（300～3000兆赫兹）、超高频（3～30吉赫兹）和极高频（30～300吉赫兹）三类。特高频卫星成本低，但易受干扰；超高频卫星比特高频卫星抗干扰能力强；极高频卫星波束窄，容量大，抗干扰和抗截收能力最强，可提供的频带也宽，易于实现星上处理。所以，目前极高频军用通信卫星最为先进，能为部队提供保密、抗干扰通信，可减少受核爆炸影响出现的信号闪烁和衰落，能大大缩小和减轻系统使用的部件尺寸和重量，具有支持全面战争的能力，是今后的发展方向。它也能大大减轻现有的频谱拥挤现象，利用较小的天线阵进行定向发射，从而降低敌方截收概率；星上天线具有调零功能，大大提高卫星发射信号的抗干扰能力；具有星上信号处理能力，降低了地面设备的复杂性；具有星上自主控制能力，在没有地面支援设施支援的情况下能持久运行。

现在，军用通信卫星在战争中的作用越来越大，已被誉为现代战争的生命线，因为战场上70%以上的通信是靠军用通信卫星来完成的。它使信息迅速、安全、灵活的传输，实现全球无缝覆盖，从而夺得和确保制信息权，满足优势机动、精确部署、聚焦后勤和全维防护的作战要求，从根本上改变了现代军事作战的方式。至今，美国、俄罗斯、英国、意大利、德国和欧洲等均拥有军用通信卫星，其中以美国的军用通信卫星阵容最为整齐、技术最为先进。

未来的军用通信

未来的军用通信卫星将普遍采用商用大型公用平台，重点发展有效载荷技术；面向效能全面集成，重视系统功能的互补，以及系统的兼容性和互联互通性能；提高卫星系统网络化通信能力；向更高的频段和激光通信方向发展，发展星间和星地激光通信系统，以大幅度提高系统的有效带宽，并使扩频和跳频范围更宽，传输的方向性更强，抗干扰能力更高；星上处理技术向基带处理发展，从而提高有效载荷利用率，实现一点至多点传输和广播通信，星上交换灵活，系统实现按需多址，抗干扰能力强，提供通信业务更灵活，网络化能力更高；向多点波束方向发展，实现频率复用，扩大卫星容量，提高卫星功率和系统的适应性，灵活改变系统的配置；综合采取多种技术提高抗干扰性能。

目前，美国已经考虑研制激光卫星通信，并作为美国“全球信息栅格带宽扩展”计划的天基部分，其也将会是美国情报、国防和航天三类机构共享的下一代空间通信基础设施。