美軍“先進極高頻”（AEHF）軍用通信衛(wèi)星

美軍“先進極高頻”（AEHF）軍用通信衛(wèi)星美軍“先進極高頻”(AEHF)軍用通信衛(wèi)星2010年8月12日，美國將用“宇宙神-5”火箭發(fā)射第1顆“先進極高頻”(AEHF)軍用通信衛(wèi)星，用于取代現(xiàn)役的“軍事星”(Milstar)衛(wèi)星系統(tǒng)，這是美國軍用通信衛(wèi)星邁出更新?lián)Q代的第二步。新發(fā)射的美國“AEHF”軍用通信衛(wèi)星也叫第3代“軍事星”，用于替換第2代“軍事星”。其信息傳輸能力是現(xiàn)役第2代“軍事星”的10倍，軍方操作人員所獲得的帶寬將增大5倍，且體積更小，更耐用，可處理更多的通信數(shù)據(jù)量，從而能夠支持戰(zhàn)術(shù)軍用通信。另外，每顆AEHF衛(wèi)星造價5.8億美元，約是“軍事星”的1／2，壽命預(yù)計為15年。該衛(wèi)星的主承包商是美國洛克希德·馬丁公司，總共研制5顆。AEHF衛(wèi)星能給戰(zhàn)區(qū)指揮官提供離安全性的、抗干擾的、不易截獲的通信服務(wù)，可滿足實時圖像，戰(zhàn)場地圖和跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?zhàn)術(shù)通信需求，將成為美國國防部在軍用衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)中期階段使用的骨干。新舊技術(shù)相結(jié)合AEHF采用A2100衛(wèi)星平臺，發(fā)射質(zhì)量約6600千克，入軌質(zhì)量4100千克，比采用“波音-702”平合的“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星還大10％以上。它采用了“軍事星”上已有的擴頻，調(diào)頻，星間鏈路和星上處理等技術(shù)，所以能增強路由選擇，能根據(jù)用戶優(yōu)先級別來提供點對點通信以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并通過星間通信實現(xiàn)全球服務(wù)。衛(wèi)星具有非常強的戰(zhàn)場生存能力，特別是減小了對地面支持系統(tǒng)的依賴程度，降低了地面破壞攻擊的可能性。即便地面控制站被破壞，整個系統(tǒng)仍能自主工作半年以上。AEHF采用了相控陣天線技術(shù)，波束成形網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、毫米波單元(AMU)技術(shù)和電推進系統(tǒng)等一些新技術(shù)。為了滿足戰(zhàn)爭的特殊需要，該衛(wèi)星一共攜帶有14部天線：1個極高頻上行相控陣天線(波束可在用戶之間瞬變)，2個超高頻下行相控陣天線，2個V頻段(60吉赫茲)星間鏈路天線(口徑為1.83米的卡塞格倫天線)，1個上／下行收發(fā)共用全球覆蓋喇叭天線，2個上／下行收發(fā)共用調(diào)零天線(用于自適應(yīng)調(diào)零和抗干擾)，6個上／下行裝有平衡架的收發(fā)共用可旋轉(zhuǎn)碟型天線。它還用電子管功率放大器取代了行波管放大器，提供了較高的保真度，但降低了功率傳輸門限，以確保和以往的衛(wèi)星系統(tǒng)的兼容。此前的衛(wèi)星基本采用機械方式來改變波束反射面，因此某一個時刻波束只能屬于某一用戶，而AEHF是通過電子方式來改變射頻波束的指向的，能很便捷地使用戶之間的波束瞬間跳變，而衛(wèi)星的上行相控陣天線可直接接收來自地面終端的信號。衛(wèi)星相控陣天線采用一種先進的半導(dǎo)體材料——銦的磷化物，它使天線的噪聲更低，信號更加清晰。各個AEHF衛(wèi)星之間利用卡塞格倫星間鏈路天線實現(xiàn)通信，該天線饋源能在60吉赫茲的頻率上以5％的帶寬實現(xiàn)單脈沖跟蹤。由諾·格公司研制的“波束成形網(wǎng)絡(luò)”(BFNs)可使AEHF衛(wèi)星天線自動調(diào)零，以便對付潛在的干擾，而在波束覆蓋范圍內(nèi)的合法用戶將能正常使用衛(wèi)星，這種抗干擾功能不需要由地面控制和干涉。衛(wèi)星采用氙離子流體霍爾推進器，所以可少攜帶很多推進燃料，從而承載較多的有效載荷。不過，衛(wèi)星也因此在上天105天前后才能定點。技高一籌的新星AEHF在第2代“軍事星”低數(shù)據(jù)率載荷(LDR)和中數(shù)據(jù)率載荷(MDR)的基礎(chǔ)上，增加了擴展數(shù)據(jù)率載荷(×DR)，即能提供高數(shù)據(jù)率傳輸服務(wù)，同時其覆蓋區(qū)范圍也大大擴大。該星單星通信總?cè)萘繌牡?代“軍事星”的40兆比特／秒提高到430兆比特／秒，同步信道數(shù)量增加2～3倍。這樣的傳輸速率可允許戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)傳輸準實時視頻、戰(zhàn)場地圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)。第1代“軍事星”極高頻通信速率為75千比特／秒，第2代“軍事星”為100兆比特／秒，而AEHF超過1吉比特／秒。AEHF用于戰(zhàn)術(shù)通信數(shù)據(jù)速率是8.192兆比特／秒(第2代“軍事星”為1.544兆比特／秒)，用于戰(zhàn)略通信的數(shù)據(jù)速率是19.2千比特／秒，可以服務(wù)6000個終端和4000個網(wǎng)絡(luò)(比第2代“軍事星”多2500個)，并同時提供50個下行鏈路信道。按照這個容量，新系統(tǒng)在點波束數(shù)量上將有近10倍增長，極大地提高了用戶接入能力。同時，AEHF的點波束更小，功率更高，提高了通信的可靠性和數(shù)據(jù)率，極大地降低了敵方偵聽和干擾的可能性?！败娛滦恰钡男情g鏈路通信速率為10兆比特／秒，而AEHF可以達到60兆比特。秒，同時，AEHF的星間鏈路還增強了路由功能和抗干擾能力。具體來說，用第1代“軍事星”傳輸“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈的任務(wù)命令需要100秒，傳輸1.1兆大小的空中任務(wù)命令需要1.02小時，傳輸1幅偵察衛(wèi)星拍攝的可見光圖像(24兆)需要22.2小時；用第2代“軍事星”傳輸只需花0.16秒、5.7秒、2.07分鐘；用AEHF則僅用0.03秒、1.07秒、23.6秒。傳送雷達圖像通常需要更高的傳輸速率，例如“全球鷹”無人偵察機拍攝的雷達圖像，用“軍事星”傳輸需要4天多，用“先進極高頻”衛(wèi)星只需2分鐘，而用未來的“轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星”(T-SAT)則不到1秒。如果用“軍事星”傳送未來的“空間雷達”衛(wèi)星獲取的圖像大約需要一個多月；用AEHFT衛(wèi)星傳送需要17分鐘，而用T-SAT則不到1秒。可支持多種終端“先進極高頻”能在任何時候提供世界范圍內(nèi)的軍事應(yīng)用，并兼容現(xiàn)有的“軍事星”系列終端，支持提供機載，艦載，車載和便攜終端，如：海軍多頻段終端(NMT)、單信道抗干擾便攜式終端、先進極高頻通用系統(tǒng)試驗終端(AUST-T)，保密移動抗干擾可靠型戰(zhàn)術(shù)終端(SMART-T)和先進超視距系列終端(FAB-T)以及潛艇高數(shù)據(jù)速率(Sub-HDR)系統(tǒng)。其中先進超視距系列終端綜合了以前的2個項目，即機載寬帶終端(AWT)和指令遞送終端替代系統(tǒng)(CPTR)，從而建立了一個通用的開放式、覆蓋天基地基的綜合應(yīng)用體系。按計劃，到2010年美軍將采購2500套地面終端，包括高、中，低不同數(shù)據(jù)率的便攜式移動和固定終端。地面系統(tǒng)的天線直徑最大為3米，最小的可做到幾厘米。因為AEHF工作在較高的頻段，其用戶終端也在不斷向小型化發(fā)展。一種稱為LTCC的技術(shù)可把有源和無源的射頻元件以一種多層布局的形式封裝在一個低損耗的絕緣材料中，用該技術(shù)所集成的相控陣天線尺寸更小，損耗更低?？傊?，AEHF衛(wèi)星具備抗干擾、低檢測概率、低截獲概率的特點和先進的加密系統(tǒng)，其對戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的支持能力比“軍事星”提高了2倍，且能與其他軍用網(wǎng)絡(luò)和盟軍網(wǎng)絡(luò)兼容。AEHF能夠支持動中通，提供數(shù)據(jù)、語音、視頻會議和圖像傳輸業(yè)務(wù)，為美國的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)力量在各種級別的沖突中提供安全、可靠的全球衛(wèi)星通信。每顆AEHF-P衛(wèi)星可連接上百個直徑1英尺的終端天線，把戰(zhàn)場上的所有梯隊聯(lián)接成具備太空路由的虛擬網(wǎng)絡(luò)。它還能為那些需要快速、精確信息的用戶提供實時地圖、目標(biāo)信息和先進的智能監(jiān)視和偵察信息。它也可直接對來自用戶終端的請求做出回答，并根據(jù)優(yōu)先級提供點對點通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。2002年12月，由于考慮后續(xù)衛(wèi)星采用T-SAT，所以美國取消了第4、5顆AEHF衛(wèi)星的采購。然而在2009年4月份，美國國防部長宣布取消T-SAT項目。為了填補項目取消造成的能力空隙，美國軍方計劃增加AEHF衛(wèi)星的采購數(shù)量。在2009年9月份，授予洛·馬公司新的合同，開始采購第4顆AEHF衛(wèi)星的部件。前3顆衛(wèi)星研制總成本約21億美元。但是由于美軍在時隔7年后又決定采購第4顆衛(wèi)星，造成衛(wèi)星成本急劇上升，第4顆AEHF衛(wèi)星的成本達到了10億美元以上。三類超級通信兵美國軍用通信衛(wèi)星可分為寬帶、受保護和窄帶3類。寬帶系統(tǒng)強調(diào)大容量；受保護系統(tǒng)著重抗干擾特性、保密性及核生存能力：窄帶系統(tǒng)則重點支持需要語音或低數(shù)據(jù)率通信的用戶，以及移動用戶和小型終端的用戶。在寬帶系統(tǒng)建造方面，美國先后發(fā)射了3代“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”(DSCS)衛(wèi)星，以及裝載在“特高頻后繼星”(UFO)上的“全球廣播業(yè)務(wù)”(GBS)系統(tǒng)。這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率較高，主要用戶是固定和移動的陸基終端，還有一些大型軍艦和飛機上的終端等。其中第3代DSCS裝有6臺超高頻轉(zhuǎn)發(fā)器，總帶寬500兆赫，是世界首顆采用電子切換超高頻多波束天線的衛(wèi)星，有較強的抗干擾生存能力，用于為美國國家指揮機關(guān)和作戰(zhàn)部隊提供高質(zhì)量的保密通信和高速數(shù)據(jù)傳輸。GBS系統(tǒng)的工作方式與商用電視直播衛(wèi)星類似，是一種高速單向的廣播通信系統(tǒng)，可直接向世界各地的戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)人員提供大量信息，有“智能推”和“用戶取”兩種服務(wù)方式，前者把新聞、天氣等標(biāo)準節(jié)目和戰(zhàn)區(qū)通報等定期播發(fā)，后者是部隊“點播”的特殊信息。其寬頻帶及高速傳輸能力，可使大型作戰(zhàn)文件的傳輸由過去幾小時變?yōu)閹酌腌姡蚨軈f(xié)同美國海軍的巡航導(dǎo)彈發(fā)射前的最后1分鐘進行最終目標(biāo)修正；也可把來自衛(wèi)星或無人飛機的各類數(shù)據(jù)傳送給遠航的艦艇，而以前的海軍“艦隊衛(wèi)星通信”(FltSatCom)要達到這種能力還比較勉強。在海灣戰(zhàn)爭時，特別詳細的作戰(zhàn)命令必須用飛機送到航母上，而同樣詳細的作戰(zhàn)命令若用“全球廣播業(yè)務(wù)”則可在1分鐘內(nèi)送達。現(xiàn)在，美國正用“寬帶全球衛(wèi)星通信”(WGS)衛(wèi)星替換DSCS衛(wèi)星和GBS，并降低美國政府對商業(yè)衛(wèi)星通信服務(wù)的依賴。WGS的信息傳輸能力是DSCS的10倍，工作壽命10-15年，目前已發(fā)射3顆，未來還將發(fā)射3顆，用于為三軍提供通信支持。該衛(wèi)星采用“波音－702”衛(wèi)星平臺，工作在X頻段和Ka頻段。該衛(wèi)星擁有18個可重新配置的覆蓋區(qū)，以及具備向不同覆蓋區(qū)進行廣播和多點廣播的傳送能力，并且能夠連接位于任意區(qū)域和所有區(qū)域的用戶，即使他們處于不同工作頻率。在受保護系統(tǒng)建造方面，美國先后發(fā)射了6顆“軍事星”衛(wèi)星，是世界上首顆采用數(shù)字處理和調(diào)頻技術(shù)的衛(wèi)星，抗摧毀和生存能力強。前2顆為第1代“軍事星”，它們采用了抗核加固，抗干擾和極高頻等技術(shù)，具備在核戰(zhàn)爭條件下的生存能力；后4顆為第2代“軍事星”，它們放棄了核加固能力，以降低制造費用和難度，但在第1代“軍事星”192條低速率信道的基礎(chǔ)上增加732條1.5兆比特／秒的中速率有效載荷，以適應(yīng)當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)用戶的需求；還增加了自適應(yīng)調(diào)零天線，具有很高的靈活性和抗干擾、防截獲，防偵收能力。美國從2010年起用AEHF替換“軍事星”，其容量是“軍事星”的12倍，可同時用于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信。在窄帶系統(tǒng)建造方面，美國先后發(fā)射了“艦隊衛(wèi)星通信”衛(wèi)星、“租賃衛(wèi)星”(Leasat)和UFO。目前在軌服役的UFO有11顆，每顆可提供39個信道，為艦隊廣播業(yè)務(wù)提供了高保密鏈路。這些衛(wèi)星雖然同屬一個系列，但仍有不斷的改進，例如第1～3顆UFO載有特高頻、超高頻有效載荷，從第4顆衛(wèi)星開始增加了極高頻有效載荷；第8～10顆衛(wèi)星上的特高頻有效載荷則被GBS系統(tǒng)所替換。美國將從2011年開始發(fā)射“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”(MUOS)，以替換UFO，前者比后者信息傳輸能力提高10倍，容量提高15倍，主要為海軍服務(wù)。未來的軍用通信從2011年起，美國還將陸續(xù)用洛·馬公司的6顆MOUS替換UFO，為多種地面用戶提供移動通信服務(wù)。MOUS采用商用通信衛(wèi)星技術(shù)，為使用各種大型、小型和手持終端的用戶提供服務(wù)。目前，美國UFO星座由8顆工作星和1顆在軌備份星組成，每顆衛(wèi)星提供38個帶寬為5千赫茲和25千赫茲的通信信道，以及1個25千赫茲的艦隊廣播信道，現(xiàn)有約7500套特高頻頻段的地面終端在使用。該系統(tǒng)的能力已經(jīng)遠遠滿足不了飛速增長的軍用通信需求，美國預(yù)計2011年將需要42兆比特／秒的通信容量，提供2300個用戶同時接入，因此美國轉(zhuǎn)向發(fā)展全新的“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”。預(yù)計，到2013年MOUS可全部部署完畢，形成作能力。屆時，各種窄帶衛(wèi)星通信終端總數(shù)將達到82000套，其中50％為手持式戰(zhàn)場幸存者逃生定位設(shè)備(CSEL)，其余終端為先進的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)終端和先前UFO的系統(tǒng)。一旦MOUS投入使用，將可有效為美軍機動作戰(zhàn)部隊提供通信保障，為所有軍事部門的任務(wù)目標(biāo)提供超視距通信支持。該系統(tǒng)采用了現(xiàn)代化第3代移動通信技術(shù)，可同步傳輸語音，數(shù)據(jù)和圖像，同時系統(tǒng)的傳輸容量也能夠獲得提升。它能不受天氣和環(huán)境限制為艦艇，飛機和地面部隊提供更可靠的窄帶通信能力，是美海軍下一代窄帶衛(wèi)星通信星座。美國還曾計劃研制T-SAT，它是美國“全球信息柵格帶寬擴展”計劃的天基部分，也是美國情報、國防和航天三類機構(gòu)共享的下一代空間通信基礎(chǔ)設(shè)施。該衛(wèi)星能實現(xiàn)大容量全球通信；利用激光鏈路和因特網(wǎng)協(xié)議(IP)等新技術(shù)向成千上萬用戶提供高機動、超視距和受保護的通信；向戰(zhàn)術(shù)用戶提供中速率通信能力，向機載的情報、監(jiān)視和偵察平臺提供更強大的連通能力，用戶數(shù)量將是AEHF衛(wèi)星系統(tǒng)的6～10倍。首顆T-SAT原定于2013年發(fā)射升空，并通過激光通信的方式保障衛(wèi)星之間的協(xié)調(diào)運行。此衛(wèi)星系統(tǒng)投入使用后將能夠簡化各種無線通信工具接收衛(wèi)星信號的過程，使處于運動狀態(tài)的技術(shù)裝備無需再頻繁地調(diào)整天線方向。最主要的AT-SAT系統(tǒng)可以提高圖片的傳輸速度。不過，由于多種原因，T-SAT項目2009年被取消。未來的軍用通信衛(wèi)星將普遍采用商用大型公用平臺，重點發(fā)展有效載荷技術(shù)，面向效能