主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：美刊發(fā)文：如何實現(xiàn)美軍衛(wèi)星通信現(xiàn)代化

導語

12月3日，原米切爾航空航天研究所部門主任、美國空軍退役少將勞倫斯·斯圖茲里姆在美期刊《空軍雜志》發(fā)表題為《衛(wèi)星通信現(xiàn)代化》的文章，文章稱作為美軍獲得戰(zhàn)場決策優(yōu)勢的關(guān)鍵——強大的衛(wèi)星通信，正在被俄羅斯等國家的新興技術(shù)削弱，甚至存在被摧毀的風險。文章指出，當前美國衛(wèi)星通信的設(shè)計已經(jīng)無法適應(yīng)未來戰(zhàn)場行動所需的速度、規(guī)模和復(fù)雜性。勞倫斯建議美國防部通過利用成熟和新興的空間技術(shù)，例如激光通信和小衛(wèi)星星座，克服美軍對資源密集型、服務(wù)范圍有限、以及日益脆弱的視距無線電通信的依賴，實現(xiàn)衛(wèi)星通信現(xiàn)代化，滿足美軍在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)指揮與控制以及信息共享的愿景。

一、衛(wèi)星通信現(xiàn)代化的必要性

隨著俄羅斯等國對各自的軍隊進行大規(guī)模現(xiàn)代化建設(shè)，美國不能指望僅僅通過對傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的同類產(chǎn)品替換來重新獲得競爭優(yōu)勢。因此，美國防部必須開發(fā)能夠支持全域作戰(zhàn)的新型衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使快速、無縫的數(shù)據(jù)共享成為可能，加速決策部署，并更好地整合聯(lián)合部隊行動。

當前美軍衛(wèi)星通信面臨困境：

● 帶寬是持續(xù)的挑戰(zhàn)。新型武器系統(tǒng)依托外部信息源完成其任務(wù)。包括使用高清圖像和視頻、支持無人系統(tǒng)遠程駕駛或采用人工智能的新應(yīng)用程序，都需要更大的帶寬才能平穩(wěn)運行。

● 延遲造成的影響。對于需要精確計時的應(yīng)用程序（導彈攔截）和決策，延遲將會導致任務(wù)失敗。減少衛(wèi)星通信延遲的唯一方法是利用離地球更近的軌道衛(wèi)星來減少數(shù)據(jù)傳輸所需的物理距離。

● 互操作性對于實現(xiàn)不同系統(tǒng)的交互至關(guān)重要。改善聯(lián)合、跨部門數(shù)據(jù)共享是一個長期存在的問題。與手機不同，手機/網(wǎng)絡(luò)可以從一個基站無縫切換到另一個基站，而衛(wèi)星通信系統(tǒng)不允許用戶自由漫游網(wǎng)絡(luò)。

俄羅斯R-330Zh“Zhitel”電子干擾站已有能力對某些通信衛(wèi)星進行干擾

二、衛(wèi)星通信現(xiàn)代化戰(zhàn)略

美國太空軍的成立為衛(wèi)星通信現(xiàn)代化開辟了一條全新的道路，未來的體系架構(gòu)必須具有更大的帶寬、更高的速度、更好的互操作性以及應(yīng)對和抵御新興威脅的能力。為實現(xiàn)這一目標，美國防部必須利用現(xiàn)有的由商業(yè)部門推動的空間技術(shù)：小型衛(wèi)星星座、激光通信及其相關(guān)制造、組裝和試驗。

1、發(fā)射小型衛(wèi)星組網(wǎng)

在低地球軌道/中地球軌道上發(fā)射小型衛(wèi)星，通過減少數(shù)據(jù)傳輸距離來降低延遲，同時還將提高對抗某些形式的反太空攻擊的能力和彈性。隨著商業(yè)部門的推動，當前衛(wèi)星小型化和發(fā)射成本顯著降低。美國防部正在通過美國防高級研究計劃局“黑杰克”項目和太空發(fā)展局主導該領(lǐng)域工作，后者正在開發(fā)“傳輸層”以作為其國防空間架構(gòu)的通信骨干。

低地球軌道優(yōu)勢：

低地球軌道優(yōu)勢在于降低延遲。與從地球同步軌道返回信號的延遲（大約600毫秒）相比，低地球軌道小衛(wèi)星的服務(wù)延遲可能低至50毫秒或更短，將允許數(shù)據(jù)從傳感器實時傳輸?shù)健吧涫帧薄?/span>

低地球軌道衛(wèi)星數(shù)量的增加將使網(wǎng)絡(luò)更具彈性，并提供更大的帶寬。同時，低地球軌道衛(wèi)星傳輸?shù)降厍蛩�需的功率更少，意味著可使用尺寸更小的天線和功率放大器，便于集成。

大量高度分散的小型衛(wèi)星組成的低軌星座將使對手作戰(zhàn)（反衛(wèi)星）能力降低。在地球同步軌道星座上丟失幾顆衛(wèi)星將會導致整個系統(tǒng)癱瘓，而低地球軌道衛(wèi)星星座可以承受部分衛(wèi)星丟失或損壞，同時還可以快速發(fā)射重建，且成本較低。

從傳統(tǒng)的射頻鏈路切換到基于激光的光通信，將帶來更高的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的安全性以及更緊湊的終端外形

2、光通信技術(shù)應(yīng)用

實現(xiàn)未來衛(wèi)星通信星座現(xiàn)代化的關(guān)鍵是光通信。當前衛(wèi)星使用射頻通信來傳輸和接收數(shù)據(jù)。射頻通信可能會被電磁信號干擾而中斷，是為該項技術(shù)發(fā)展的一個主要瓶頸。

相比之下，光通信可以將數(shù)據(jù)調(diào)制成低功率的激光束，將其信號通過自由空間傳輸?shù)浇邮掌鳌Ｊ褂貌ㄩL更短的激光器，數(shù)據(jù)傳輸速率比射頻通信至少高一個數(shù)量級，且需要更低的功率水平；使用高度定向的窄激光束可以最大限度地減少來自相鄰衛(wèi)星的干擾，并通過減少信號被檢測和攔截的區(qū)域來提高傳輸?shù)陌踩�性。即使被檢測到并定位，光通信也極難中斷，從而提高了彈性。低軌衛(wèi)星星座和激光通信技術(shù)共同構(gòu)成了更安全、更有彈性和更高帶寬的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

光通信現(xiàn)有的初始應(yīng)用是星間光鏈路(OISL)，使衛(wèi)星能夠直接在彼此之間傳遞數(shù)據(jù)，而不是通過地面站路由信號。在真空環(huán)境中，傳輸速率超過每秒10吉比特，該網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)會從多顆衛(wèi)星間傳輸，直至達到目標用戶需求，從而可以近乎實時地將收集到傳感器數(shù)據(jù)提供給作戰(zhàn)人員，而無需接觸非安全地點的地面網(wǎng)絡(luò)。

為每顆衛(wèi)星配備多個OISL將使它們能夠同時與多顆相鄰衛(wèi)星通信，形成冗余衛(wèi)星“網(wǎng)狀”網(wǎng)絡(luò)。每顆衛(wèi)星上帶有自主任務(wù)管理系統(tǒng)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是“自我修復(fù)”網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，如果節(jié)點遭受臨時或永久故障，該網(wǎng)絡(luò)可以以最有效的方式重新切換流量。如果兼容，OISL可以連接不同的衛(wèi)星星座，并且有可能允許其他軍事和商業(yè)情報及衛(wèi)星通信提供商直接接入網(wǎng)絡(luò)。

配備光通信的衛(wèi)星還可以連接飛機和其他地面系統(tǒng)，提供高帶寬、隱蔽性強的通信鏈路，且難以干擾，將實現(xiàn)更快速度的信息共享。

3、改善地面基礎(chǔ)設(shè)施

實現(xiàn)衛(wèi)星通信現(xiàn)代化的基礎(chǔ)是需要對地面基礎(chǔ)設(shè)施進行相應(yīng)的投資建設(shè)。大多數(shù)地面站使用的單觸點拋物面天線在發(fā)送、接收遙測、跟蹤和控制數(shù)據(jù)方面的能力有限。因此，需要廣泛地為地面控制站和用戶終端部署相控陣天線，該天線可以跨不同頻率和軌道同時跟蹤和鏈接多顆衛(wèi)星。

美國防部還應(yīng)部署更加靈活的終端，可以在不同軌道和頻段的不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間漫游。終端的靈活性應(yīng)與企業(yè)管理和控制相結(jié)合，以自主確定通信網(wǎng)絡(luò)移動的原因、時間和方式。將允許根據(jù)任務(wù)需求、威脅和作戰(zhàn)狀態(tài)進行更改。這種動態(tài)地面架構(gòu)的第一步是用開放的、可互操作的數(shù)字標準取代現(xiàn)有的模擬中頻接口，從本質(zhì)上將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。

三、總結(jié)

在印太地區(qū)和其他戰(zhàn)區(qū)，安全指揮控制與通信能力是作戰(zhàn)成功的關(guān)鍵。為了使美國軍隊獲得必要的信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢，美國防部應(yīng)采取以下步驟:

美國防部應(yīng)通過部署在低地球軌道和中地球軌道通信衛(wèi)星星座來擴充主要位于地球同步軌道的現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)，從而擴展其衛(wèi)星通信選項。在多個軌道上擴散的衛(wèi)星將增加通信容量和覆蓋范圍，降低延遲，提高抵御攻擊的能力，并為滿足特定任務(wù)的需求創(chuàng)造更多選擇。

美國防部應(yīng)積極開發(fā)和部署星間光鏈路，同時有選擇地為地面系統(tǒng)和用戶集成光通信終端。而激光通信是形成空間網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，該網(wǎng)絡(luò)以全域作戰(zhàn)所需的速度、規(guī)模和安全級別提供多種連接路徑，將信息在空間內(nèi)傳送，以對抗威脅國防部通信網(wǎng)絡(luò)的對手。

美國防部應(yīng)該開發(fā)和完善地面基礎(chǔ)設(shè)施，使其能夠充分發(fā)揮新衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和激光通信的優(yōu)勢。將在地面批量部署控陣天線，以自主處理低地球軌道和中地球軌道星座使用中衛(wèi)星波束連續(xù)的切換，并保證傳輸安全。

總體而言，上述舉措將打造一個全新的美國衛(wèi)星通信骨干網(wǎng)，連接美國防部所有可用網(wǎng)絡(luò)，支持聯(lián)合全域指揮控制概念，實現(xiàn)全域作戰(zhàn)。由激光通信支持和推動的最新衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)將形成“結(jié)締組織”，大幅增強美軍在全球分布式作戰(zhàn)的能力，實現(xiàn)美軍衛(wèi)星通信現(xiàn)代化目標。