军事卫星通信领域的最新进展

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（吴新建编译自泰国《亚洲军事评论》2015年第11期）

[知远导读]

泰国《亚洲军事评论》2015年第11期发表了托马斯·威辛顿的文章：Signals from the Cosmos。文章称，军事卫星通信的优点是频带宽，通信容量大，可传输话音、数据、视频和图像等各类信息，传输速率灵活，是军方在未来信息战中的力量倍增器。所以无论是英、美等军事强国，还是中、印等地区大国都争相发展自己的军用卫星通信系统。文章首先介绍了卫星通信的原理，然后介绍了英国“天网-5”军用卫星通信系统以及美国“宽带全球卫星通信”系统的发展情况，最后介绍了军用卫星通信商业供应商的情况。文章编译如下：

据《亚洲军事评论》报道，亚太地区的地理因素和惊人面积使得军事卫星通信（SATCOM）系统所提供的洲际间通信对于军方非常具有吸引力，因此，本地区以及第三方供应商正在加紧提供此类服务。

联合国粮食及农业组织（UnitedNations Food and Agriculture Organisation）是一个在国际层面帮助减少世界上的饥饿和贫困的组织，该组织称，亚太地区占世界陆地面积的22％。亚太地区间的漫长距离使能够穿越这一距离的相应通信对于亚洲各地的武装力量都非常重要。

超视距通信(Beyond-Line-of-Sight，BLOS)通常依赖于高频无线电波，该电波在电磁频谱的3至30兆赫波段运行。高频无线电波依赖电离层在洲际范围内进行通信。所谓的“电离层”是指从离地面60千米左右开始，直到大气层外缘几千千米高度的空间，由于太阳辐射的紫外线穿过大气层时，气体的分子或原子就吸收其能量而电离，分离成电子、正离子和负离子，电离层实际上是电子、正离子、负离子和中性粒子等组成的混合体。电离层有反射无线电波的本领，当频率在一定范围的无线电波以一定角度射向电离层时，将由电离层反射回地面，反射回地面的无线电波还可再向电离层射去，实现多次反射,这就是所谓的“多跳传播”。高频无线电波能通过“多跳传播”方式传送到几千甚至几万千米远的地方,实现洲际范围的远距离无线通信。

然而，高频无线电波有其局限性。通常，这些局限性包括限制其数据和图像处理数量的窄带宽，这对于可能需要远距离传输静态或视频图像的陆军、海军或者空军都是一个重要的考量。由于视频文件的大小动辄数百兆或者数千兆，所以这种通信将消耗相当大的带宽。其次，高频通信可能会受到局域恒星表面太阳黑子活动的影响，太阳黑子活动能产生明显的磁活动现象，反过来扰乱电离层，从而干扰高频通信。对于高频通信的其他潜在干扰因素还包括地球的季节，以及能够对于电离层产生影响的气象条件。因此，虽然高频通信能够传输很远的距离，但是带宽和对于气象活动易感性方面的限制可能会对它的性能产生显著影响。

读者们会注意到，电离层作为一个巨大的天然“卫星天线”，高频电波可以藉此在全球范围内通信，然而它同样也会对高频通信产生影响。因此，对于亚太地区的军事客户来说，在解决高频无线电波固有的缺陷方面，卫星通信被证明越来越受欢迎。从广义上讲，亚太地区的军队能够为他们的基地、车辆、航空器、舰艇及单兵建造、发射、操作军用卫星，发展或采购卫星通信设备，或者从第三方供应商购买军事卫星通信服务。印度是选择在国内发展军事卫星通信能力的国家之一，印度空间研究机构研发建造了GSAT-7/INSAT-4F军用通信卫星，并于2013年8月29日成功发射。

有的国家采用了混合方案，例如，使用第三方的卫星，但是采用自己国家研发和生产的卫星通信终端；或者是发射并拥有自己的军事通信卫星，但是从第三方购买卫星通信终端。事实上，无论是亚太地区还是其他地区的客户都有很大的选择余地，这也意味着一个国家的武装部队为了适应其国防预算，在装备卫星通信的成本方面非常灵活。

通常情况下，军事卫星通信在无线电频谱的超高频（UHF）段运行，能够在300至3000兆赫波段传输，主要使用L波段（1000至2000兆赫）通信。除了X波段（7.9-8.4吉赫-上行链路/7.25-7.75吉赫-下行链路），卫星通信还可以使用电磁频谱的C波段（5.925-6.425吉赫-上行链路/3.7-4.2吉赫-下行链路）。由于X波段卫星通信主要由军方使用，世界各地的军队对卫星通信的需求日益增长，所以它在电磁频谱中日益成为较为拥挤的波段。然而，卫星通信还可以使用无线电频谱的Ku波段（14吉赫-上行链路/10.9-12.75吉赫-下行链路）和Ka波段（26.5-40吉赫-上行链路/18-20吉赫-下行链路），这将开辟新的使用途径。

所有这些带宽都有自己的成本和收益。例如，L波段通信可用于相对较小的卫星通信终端，这些终端通常装备那些缺乏足够空间，不能容纳较大卫星通信终端的平台，例如，舰艇、飞机或车辆。此外，L波段善于穿透茂密的植被，这可能对于经常在丛林（尤其适用于亚太地区）作战的军队具有吸引力，因为树冠能妨碍其他形式的常规无线电或卫星通信传输。即使如此，相较于Ku波段和Ka波段通信，L波段通信提供的数据传输速率较低。无论是Ku波段还是Ka波段，相较于C波段和L波段，都能够为高数据传输速率通信提供良好的带宽，但是它们可能很容易受到“雨衰”现象的影响，“雨衰”是指天然存在大气中的水分吸收和散射卫星通信传输电波，导致其衰减，从而潜在干扰通信性能的现象。C波段受雨衰的影响较小，但是它可能需要直径尺寸较大的天线（有时直径长达3米/10英尺）。X波段使用直径较小的天线，并且比L波段和C波段的数据速率更高。随着军事用户在卫星通信中选择了X波段，无线电频谱的X波段对于卫星通信用户来说变得日益拥挤。因此，对于军事卫星通信来说，没有完美的波段，武装部队往往不得不根据自己的军事卫星通信需求选择一系列带宽。

“天网-5”军用卫星通信系统



空客防务与航天公司通过“天网-5”军用卫星通信系统为英军提供卫星通信服务

对于卫星通信来说，关键是确保对于全球各地的强大卫星覆盖，尤其是在亚太地区，该地区的军队可能被要求在自然灾害出现之后帮助提供人道主义援助/救灾。这种情况发生在台风“海燕”/“尤兰达”2013年11月初肆虐菲律宾期间，这次灾害仅在菲律宾就导致6300人死亡。当国际社会被要求在亚太地区提供支持时，强大的通信对于潜在的作战任务也非常重要，美国武装部队在阿富汗持续驻留以协助平叛工作就是一个明显的例子。

确保覆盖整个地区的良好卫星通信需求促进了空客防务与航天公司的发展，该公司移动了英国“天网-5”军用通信卫星星群以扩展其覆盖范围，使其涵盖印度洋和西太平洋区域。“天网-5D”是组成星群的四颗卫星之一，2015年3月被移动以覆盖这一区域。2015年10月，空中客车公司的消息人士在华盛顿举行的美国陆军协会展览会期间告诉笔者，这颗卫星的移动工作现已完成，上述地区目前已经能够享受该卫星所提供的X波段和超高频通信服务。除了为英国武装部队提供X波段和超高频卫星通信，“天网-5”军用通信卫星剩余的“带宽”将提供给英国的盟友，主要是澳大利亚、加拿大、新西兰和美国。

宽带全球卫星通信系统



波音公司的“宽带全球卫星通信”卫星

除了通过“天网-5”军事通信卫星进行卫星通信，美国还正在对其军用卫星通信系统进行大规模检修，以加强美军在亚太地区的通信，同时也为该地区的盟国提供新的卫星通信服务。

宽带全球卫星通信项目可以说是这一计划的旗舰项目。宽带全球卫星通信计划由美国空军负责，波音公司正在为其提供“宽带全球卫星通信”卫星，美国国防部和澳大利亚国防部为这种能力的发展提供支持。为此，澳大利亚国防部将根据该国的“联合计划-2008”(joint project 2008)，向澳大利亚陆军、澳大利亚皇家海军和皇家澳大利亚空军提供200部陆基卫星通信终端，交付工作将在2016年至2017年间进行。

具体来说，“联合计划-2008”的5B1阶段将采购L3通信公司的“鹰眼”（Hawkeye）和“黑豹”（Panther）卫星通信终端，这些终端将依次连接该公司的MPM卫星通信调制解调器。迄今为止，已经有6颗宽带全球卫星通信卫星被送入太空，“宽带全球卫星通信6号”卫星（WGS-6）于2013年8月7日在佛罗里达州的卡纳维拉尔角航天中心发射升空。2010年8月23日，波音公司被授予了一份价值1.82亿美元的合同，以建造第七颗宽带全球卫星通信卫星，该卫星将于2015年7月24日后发射，届时宽带全球卫星通信网络将进一步扩展。整个宽带全球卫星通信系统计划由10颗卫星组成，预计在2019年完成所有卫星的发射。“宽带全球卫星通信7号”卫星（WGS-7）耗资5.66亿美元，“宽带全球卫星通信8号”卫星（WGS-8）预计将在2016年再次从卡纳维拉尔角航天中心发射，“宽带全球卫星通信9号”卫星（WGS-9）将在2017年发射，而最后一颗卫星，即“宽带全球卫星通信10号”卫星（WGS-10）将在2019年发射。

就像前六颗宽带全球卫星通信卫星一样，美国和澳大利亚合作提供资金，美国国防部再次携手国际合作伙伴，主要是加拿大、丹麦、卢森堡、荷兰和新西兰建造“宽带全球卫星通信8号”卫星。据媒体报道，尽管单颗航天器的单位成本有所不同，但是每颗宽带全球卫星通信卫星的单位成本大约在3.6亿美元左右。因此，十颗卫星组成的星群，仅航天器的成本大约为39亿美元。

卫星通信商业供应商

正如上文讨论的宽带全球卫星通信计划所耗费的资金一样，打造一个全球军事卫星通信网络成本太高，所以对于那些有着强烈需求，但缺乏国防预算发展和满足这种能力的国家来说，第三方提供的军事卫星通信服务特别具有吸引力。一些公司提供的军事卫星通信服务包括提供由地面站、卫星通信终端、使武装部队能够运用这些能力的所有附带基础设施组成的完整军事卫星通信网络，以及单兵卫星通信组件。



以色列航空航天工业公司与埃尔比特系统公司联合研发的单兵卫星通信终端

总部设在美国得克萨斯州休斯敦的哈里斯·卡普罗克公司（Harris CapRock）就是这样的公司之一。该公司对于在亚太地区提供卫星通信方面拥有不同的直接经验，特别是在提供人道主义援助/赈灾方面。该公司政府系统部门代表西蒙·霍伊（Simon Hoey）说：“在台风‘海燕’/‘约兰达’之后，哈里斯·卡普罗克公司的员工志愿准备了两套甚小天线地球站(VerySmall Aperture Terminal，VSAT）卫星通信系统，该系统的天线直径通常小于3米/10英尺……一套甚小天线地球站卫星通信系统由柴油发电机提供动力，被放置在莱特岛塔克洛班市政厅的屋顶；第二套甚小地球站卫星通信系统放置在萨马岛菲律宾陆军第8步兵师通信营的总部协调救灾工作。”霍伊先生补充说：“在当地的通信服务恢复之前，这些通信系统能够利用该公司在新加坡的卫星通信网关提供重要通信。”



哈里斯·卡普罗克公司的卫星通信系统

美国卫讯(ViaSat)公司的总部设在加利福尼亚州，该公司在商业卫星通信领域一直非常活跃，可以使用自己的卫星以及从第三方租用的带宽提供Ku波段和Ka波段卫星通信。为此，美国卫讯公司租用了其他卫星的超高频带宽，同时使用自己的卫星提供Ku波段和Ka波段通信。与其他商业军事卫星通信公司一样，该公司可以向军方提供移动终端。



Elbit系统公司的ELSAT-2100移动卫星通信终端

美国卫讯公司2011年发射了自己的第一颗卫星“卫讯1号”（ViaSat-1）。该公司的第二颗卫星“卫讯2号”（ViaSat-2）预计将在2016年发射，这将使该公司的卫星覆盖范围扩展至拉美、北大西洋和加勒比地区。美国卫讯公司安全网络系统副总裁杰瑞·古德温（Jerry Goodwin）称，这颗卫星预计将于2016年年底提供服务。古德温先生补充说，该公司的第二颗卫星将提供高达280兆比特/秒的卫星通信数据传输速率。这次发射的“卫讯2号”卫星，加上“卫讯1号”提供的通信，将使该公司能够在2021年提供一个全球性的Ka波段卫星通信网络。

美国卫讯公司的第一颗卫星“卫讯1号”

在未来五到十年的时间里，亚太地区对于军事卫星通信的需求将会进一步增加。该地区的军队正在投资他们的指挥与控制（C2）能力，这些系统能够分发整个战场的友军和敌军位置、视频和静态图像，以增加部署部队的态势感知、书面和语音情报。

印度陆军对于指挥与控制能力的投资就是最好的证明，根据当地的媒体报道，印度陆军今年二月选中了本土企业巴拉特电子有限公司（Bharat Electronics Limited）和印度Rolta公司为其开发战斗管理系统，这笔交易价值80亿美元，预计2018年印度陆军将首次装备该型战斗管理系统（原型）。这套战斗管理系统将为战斗地域前沿的团/营级指挥机构提供指挥与控制能力。该系统将依赖于无线通信和卫星通信传输整个战场的数据、语音、图像和地图信息。即使不提及自然灾害发生后的长距离通信需求，对于指挥和控制技术的投资也将使军事卫星通信在亚太地区保持较高的需求。

来源：知远战略与防务研究所

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