美刊发文：如何实现美军卫星通信现代化

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导语

12月3日，原米切尔航空航天研究所部门主任、美国空军退役少将劳伦斯·斯图兹里姆在美期刊《空军杂志》发表题为《卫星通信现代化》的文章，文章称作为美军获得战场决策优势的关键——强大的卫星通信，正在被俄罗斯等国家的新兴技术削弱，甚至存在被摧毁的风险。文章指出，当前美国卫星通信的设计已经无法适应未来战场行动所需的速度、规模和复杂性。劳伦斯建议美国防部通过利用成熟和新兴的空间技术，例如激光通信和小卫星星座，克服美军对资源密集型、服务范围有限、以及日益脆弱的视距无线电通信的依赖，实现卫星通信现代化，满足美军在全球范围内实现指挥与控制以及信息共享的愿景。

一、卫星通信现代化的必要性

随着俄罗斯等国对各自的军队进行大规模现代化建设，美国不能指望仅仅通过对传统通信系统的同类产品替换来重新获得竞争优势。因此，美国防部必须开发能够支持全域作战的新型卫星通信系统，使快速、无缝的数据共享成为可能，加速决策部署，并更好地整合联合部队行动。

当前美军卫星通信面临困境：

● 带宽是持续的挑战。新型武器系统依托外部信息源完成其任务。包括使用高清图像和视频、支持无人系统远程驾驶或采用人工智能的新应用程序，都需要更大的带宽才能平稳运行。

● 延迟造成的影响。对于需要精确计时的应用程序（导弹拦截）和决策，延迟将会导致任务失败。减少卫星通信延迟的唯一方法是利用离地球更近的轨道卫星来减少数据传输所需的物理距离。

● 互操作性对于实现不同系统的交互至关重要。改善联合、跨部门数据共享是一个长期存在的问题。与手机不同，手机/网络可以从一个基站无缝切换到另一个基站，而卫星通信系统不允许用户自由漫游网络。

俄罗斯R-330Zh“Zhitel”电子干扰站已有能力对某些通信卫星进行干扰

二、卫星通信现代化战略

美国太空军的成立为卫星通信现代化开辟了一条全新的道路，未来的体系架构必须具有更大的带宽、更高的速度、更好的互操作性以及应对和抵御新兴威胁的能力。为实现这一目标，美国防部必须利用现有的由商业部门推动的空间技术：小型卫星星座、激光通信及其相关制造、组装和试验。

1、发射小型卫星组网

在低地球轨道/中地球轨道上发射小型卫星，通过减少数据传输距离来降低延迟，同时还将提高对抗某些形式的反太空攻击的能力和弹性。随着商业部门的推动，当前卫星小型化和发射成本显著降低。美国防部正在通过美国防高级研究计划局“黑杰克”项目和太空发展局主导该领域工作，后者正在开发“传输层”以作为其国防空间架构的通信骨干。

低地球轨道优势：

低地球轨道优势在于降低延迟。与从地球同步轨道返回信号的延迟（大约600毫秒）相比，低地球轨道小卫星的服务延迟可能低至50毫秒或更短，将允许数据从传感器实时传输到“射手”。

低地球轨道卫星数量的增加将使网络更具弹性，并提供更大的带宽。同时，低地球轨道卫星传输到地球所需的功率更少，意味着可使用尺寸更小的天线和功率放大器，便于集成。

大量高度分散的小型卫星组成的低轨星座将使对手作战（反卫星）能力降低。在地球同步轨道星座上丢失几颗卫星将会导致整个系统瘫痪，而低地球轨道卫星星座可以承受部分卫星丢失或损坏，同时还可以快速发射重建，且成本较低。

从传统的射频链路切换到基于激光的光通信，将带来更高的数据数据传输速率、更高的安全性以及更紧凑的终端外形

2、光通信技术应用

实现未来卫星通信星座现代化的关键是光通信。当前卫星使用射频通信来传输和接收数据。射频通信可能会被电磁信号干扰而中断，是为该项技术发展的一个主要瓶颈。

相比之下，光通信可以将数据调制成低功率的激光束，将其信号通过自由空间传输到接收器。使用波长更短的激光器，数据传输速率比射频通信至少高一个数量级，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减少来自相邻卫星的干扰，并通过减少信号被检测和拦截的区域来提高传输的安全性。即使被检测到并定位，光通信也极难中断，从而提高了弹性。低轨卫星星座和激光通信技术共同构成了更安全、更有弹性和更高带宽的通信网络的基础。

光通信现有的初始应用是星间光链路(OISL)，使卫星能够直接在彼此之间传递数据，而不是通过地面站路由信号。在真空环境中，传输速率超过每秒10吉比特，该网络中的数据会从多颗卫星间传输，直至达到目标用户需求，从而可以近乎实时地将收集到传感器数据提供给作战人员，而无需接触非安全地点的地面网络。

为每颗卫星配备多个OISL将使它们能够同时与多颗相邻卫星通信，形成冗余卫星“网状”网络。每颗卫星上带有自主任务管理系统的网状网络是“自我修复”网络的基础，如果节点遭受临时或永久故障，该网络可以以最有效的方式重新切换流量。如果兼容，OISL可以连接不同的卫星星座，并且有可能允许其他军事和商业情报及卫星通信提供商直接接入网络。

配备光通信的卫星还可以连接飞机和其他地面系统，提供高带宽、隐蔽性强的通信链路，且难以干扰，将实现更快速度的信息共享。

3、改善地面基础设施

实现卫星通信现代化的基础是需要对地面基础设施进行相应的投资建设。大多数地面站使用的单触点抛物面天线在发送、接收遥测、跟踪和控制数据方面的能力有限。因此，需要广泛地为地面控制站和用户终端部署相控阵天线，该天线可以跨不同频率和轨道同时跟踪和链接多颗卫星。

美国防部还应部署更加灵活的终端，可以在不同轨道和频段的不同卫星网络之间漫游。终端的灵活性应与企业管理和控制相结合，以自主确定通信网络移动的原因、时间和方式。将允许根据任务需求、威胁和作战状态进行更改。这种动态地面架构的第一步是用开放的、可互操作的数字标准取代现有的模拟中频接口，从本质上将数据流转换为互联网协议网络。

三、总结

在印太地区和其他战区，安全指挥控制与通信能力是作战成功的关键。为了使美国军队获得必要的信息优势和决策优势，美国防部应采取以下步骤:

美国防部应通过部署在低地球轨道和中地球轨道通信卫星星座来扩充主要位于地球同步轨道的现有卫星系统，从而扩展其卫星通信选项。在多个轨道上扩散的卫星将增加通信容量和覆盖范围，降低延迟，提高抵御攻击的能力，并为满足特定任务的需求创造更多选择。

美国防部应积极开发和部署星间光链路，同时有选择地为地面系统和用户集成光通信终端。而激光通信是形成空间网状网络的关键，该网络以全域作战所需的速度、规模和安全级别提供多种连接路径，将信息在空间内传送，以对抗威胁国防部通信网络的对手。

美国防部应该开发和完善地面基础设施，使其能够充分发挥新卫星网络和激光通信的优势。将在地面批量部署控阵天线，以自主处理低地球轨道和中地球轨道星座使用中卫星波束连续的切换，并保证传输安全。

总体而言，上述举措将打造一个全新的美国卫星通信骨干网，连接美国防部所有可用网络，支持联合全域指挥控制概念，实现全域作战。由激光通信支持和推动的最新卫星通信体系结构将形成“结缔组织”，大幅增强美军在全球分布式作战的能力，实现美军卫星通信现代化目标。