朱貴偉 （北京空間科技信息研究所）

1 引言

2010年9月28日，美國聯(lián)合需求監(jiān)管委員會（JROC）批準發(fā)布最新一版聯(lián)合空間通信層（JSCL）初始能力文件（ICD），直接推動了美軍在2011年開展聯(lián)合作戰(zhàn)條件下衛(wèi)星通信彈性基礎(chǔ)研究（RBS）。該研究主要包含兩個方面：一是如何將軍用“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）衛(wèi)星系統(tǒng)與租用的商業(yè)容量之間的使用比例調(diào)整至最佳；二是研究能否將軍事防護衛(wèi)星的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略載荷分離，從而降低系統(tǒng)總成本。初步結(jié)果表明，現(xiàn)有系統(tǒng)無法滿足聯(lián)合空間通信層初始能力文件中規(guī)定的需求，因此需要開展備選方案分析。

自2011年起，美軍先后向產(chǎn)業(yè)界發(fā)布了多份建議征求書（RFI），就寬帶和防護衛(wèi)星通信系統(tǒng)的新概念、新體系和采辦策略進行研究，并開展關(guān)鍵部件演示驗證，所有結(jié)果都將支持未來彈性體系的設(shè)計。

2009年，美軍宏大的“轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星”（TSAT）計劃取消，軍事通信衛(wèi)星“大而全”的發(fā)展思路在現(xiàn)實中被否定，未來發(fā)展方向陷入迷茫。此后，美軍陸續(xù)開展多個專項研究，思考軍事航天體系的發(fā)展方向。2013年8月，美國空軍航天司令部（AFSPC）發(fā)布《彈性與分散空間體系》白皮書，該白皮書是美國軍事航天領(lǐng)域的頂層指導(dǎo)文件，為未來軍事航天裝備向“彈性”轉(zhuǎn)型提供了方法和指導(dǎo)。但是，對衛(wèi)星通信來說，未來體系的細節(jié)情況尚未確定，相關(guān)研究和論證工作也正在積極開展之中。研究內(nèi)容涵蓋現(xiàn)有系統(tǒng)能力插入、商業(yè)衛(wèi)星通信體系、防護衛(wèi)星通信設(shè)計、商業(yè)容量租用、有效載荷搭載等多個領(lǐng)域。研究主體既有美軍自身，也有產(chǎn)業(yè)公司和政府資助的研發(fā)中心。例如，承擔研究合同的產(chǎn)業(yè)界公司包括衛(wèi)星運營商、衛(wèi)星制造商、地面終端制造商、網(wǎng)絡(luò)集成商以及咨詢評估機構(gòu)等。

此次彈性體系論證由美國空軍航天司令部主導(dǎo)，主要針對防護通信衛(wèi)星、寬帶通信衛(wèi)星和商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)，而低速窄帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)的彈性體系研究由美國海軍單獨開展。盡管這些項目資金較少、規(guī)模較小，但是在一定程度上反映了美軍在預(yù)算受限的大環(huán)境下開始思考軍用衛(wèi)星通信發(fā)展方向的轉(zhuǎn)變，對美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)未來發(fā)展的研究具有很重要的參考價值。

雖然目前美軍航天體系彈性的具體方案尚未正式出臺，但是就軍事衛(wèi)星通信領(lǐng)域而言，美軍此次彈性體系轉(zhuǎn)變是21世紀以來美軍衛(wèi)星通信發(fā)展思路的重大轉(zhuǎn)變，一定程度上代表了2020年以后軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2 彈性體系論證與研究

關(guān)于未來軍事衛(wèi)星通信體系的論證和研究主要在美軍內(nèi)部進行。但是，自2009年起，美軍對外發(fā)布了多項招標書，邀請產(chǎn)業(yè)界一同參與體系論證，這些論證可為美軍的寬帶體系和防護體系的論證提供支撐。

具體產(chǎn)業(yè)研究包括2011年的“軍用衛(wèi)星通信商業(yè)體系方案”研究、2012年的“軍用衛(wèi)星通信防護系統(tǒng)經(jīng)濟可承受性設(shè)計風險減低”研究、2012年的“政府有效載荷商業(yè)衛(wèi)星搭載”研究、2013年的“商業(yè)通信衛(wèi)星探路者”研究、2013年的“防護衛(wèi)星通信服務(wù)備選方案”研究，等等。此外，美軍還在2014年發(fā)布了“防護戰(zhàn)術(shù)服務(wù)飛行演示”和“寬帶全球衛(wèi)星通信”地基抗干擾增強等項目招標，繼續(xù)試驗未來的體系發(fā)展途徑。下面針對其中重要的幾項體系研究進行介紹和分析。

軍用衛(wèi)星通信商業(yè)體系方案研究

2009年10月，美國空軍航天司令部空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）發(fā)布了“軍事通信衛(wèi)星商業(yè)體系方案”研究的信息征求書。隨后，共計收到21份意見書，并經(jīng)過了多輪政府與產(chǎn)業(yè)公司的意見交流，最終于2011年分兩個階段發(fā)布了研究合同：第一階段的研究周期為2011年1月－8月，共計發(fā)布6項合同；第二階段的研究周期為2011年8月－12月，共計發(fā)布4項合同。

其總體目標是：商業(yè)衛(wèi)星部件與系統(tǒng)經(jīng)最低的改動能否以軍事頻段來滿足未來軍事通信需求。其中，“最低的改動”是指用可承受的價格、在32～36個月之內(nèi)的交付能力。總體來看，此次研究內(nèi)容可以具體分為以下4個領(lǐng)域。

（1）增強Ka頻段和X頻段容量，支持未來軍用衛(wèi)星通信需求

實現(xiàn)這一要求至少有3種方式：①利用覆蓋全球的衛(wèi)星編隊，可以是額外采購“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星，或采購X/Ka頻段混合式商業(yè)衛(wèi)星，還可以分別采購Ka頻段或X頻段的衛(wèi)星；②利用戰(zhàn)場通信衛(wèi)星（COCOMSAT）對單個戰(zhàn)場進行Ka頻段增強，這顆衛(wèi)星可采用窄點波束和頻率復(fù)用技術(shù)，通過在軌快速機動來覆蓋整片戰(zhàn)場；③全球Ka頻段無縫覆蓋，通過在全球多個商業(yè)Ka頻段衛(wèi)星上搭載軍事Ka頻段有效載荷來實現(xiàn)。

（2）面向小型Ka頻段終端提供無防護的動中通支持

應(yīng)用場景可以是滿足全球任務(wù)或戰(zhàn)區(qū)任務(wù)需求。全球作戰(zhàn)場景下，終端數(shù)量最高可達1000部，戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)場景下的終端數(shù)量也要達到250部。在傳輸速率方面，支持70km/h、口徑30cm天線達到1.544Mbit/s的速率。

（3）提升對Ka頻段遠距離空基情報監(jiān)視和偵察（AISR）終端的支持

全球至多支持10條空基情報監(jiān)視和偵察鏈路，并且支持美國本土上空的空基情報監(jiān)視和偵察平臺訓(xùn)練。對戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的操作人員來說，至多有4條鏈路可控制戰(zhàn)場外的空基情報監(jiān)視和偵察平臺。終端口徑為60cm，傳輸速率為137Mbit/s和83Mbit/s。

（4）提升對戰(zhàn)場內(nèi)中低海拔的空基情報監(jiān)視和偵察終端的支持

全球至多支持65條空基情報監(jiān)視和偵察鏈路，單個戰(zhàn)區(qū)最多可達12條鏈路。天線口徑為60cm，數(shù)傳速率有3種標準，分別為6Mbit/s、16Mbit/s和45Mbit/s。

軍用衛(wèi)星通信防護系統(tǒng)經(jīng)濟可承受性設(shè)計風險減低研究

2011年11月和2012年2月，美國空軍先后發(fā)布了2份預(yù)招標合同，于2012年9月，正式發(fā)布了研究合同。整個研究計劃包括3個階段：第一階段為經(jīng)濟可承受性設(shè)計的概念開發(fā)與演示，滿足抗干擾、移動性、覆蓋和容量需求；第二階段為設(shè)計概念演示驗證階段，對第一階段的設(shè)計概念進行更新，對其中的部件進行仿真和演示驗證，在承包商工廠進行調(diào)制解調(diào)器自測試，敲定兼容性試驗的計劃；第三階段為兼容性演示驗證階段，要求進一步開發(fā)硬件、軟件，開展部件級/單機級仿真，在政府設(shè)施內(nèi)進行兼容性演示驗證，驗證前兩個階段提出的設(shè)計概念的可行性。

整個研究的周期為24個月，按照最初的計劃，3個階段的周期分別為10個月、7個月和7個月,實際研究進度與原計劃研究周期相比推遲近6個月時間。

第一階段合同共計頒給了17家公司，包括波音、洛馬、諾格、勞拉空間系統(tǒng)、L3等大型宇航防務(wù)公司，整個項目已于2013年7月左右完成。第二階段合同自2013年8月開始授出，共有4家公司參與，分別為波音、勞拉、雷神和L3公司，按計劃于2014年上半年完成。第三階段按計劃于2014年第二季度發(fā)布招標書，現(xiàn)已完成。

防護戰(zhàn)術(shù)通信體系設(shè)計概念

此次研究涵蓋6個領(lǐng)域，其主要目標是演示未來防護戰(zhàn)術(shù)軍用衛(wèi)星通信體系能力在經(jīng)濟可承受性、能力和交付周期方面的性能，目標是將防護通信的成本降低50%。為實現(xiàn)這一目標，在6項研究領(lǐng)域中，每個領(lǐng)域都安排了至少2家公司研究，而在第一項波形研究領(lǐng)域安排了16家公司共同研究。此次研究涵蓋空間段、地面段和終端段，要求新的體系既能夠與現(xiàn)有的“先進極高頻”（AEHF）衛(wèi)星連接，也能與未來的防護戰(zhàn)略通信系統(tǒng)和全球信息柵格（GIG）相連接，適用于新型防護戰(zhàn)術(shù)通信用戶，包括遠程控制飛機（RPA）、防護動中通和國際盟友等。

任務(wù)領(lǐng)域1為波形研究，是指衛(wèi)星與終端之間的接口，這個波形將是美國軍方專用的波形規(guī)范，滿足未來用戶對通信速率、防護性能和互操作性的要求。

任務(wù)領(lǐng)域2為空間段，對衛(wèi)星、交換功能、系統(tǒng)控制功能進行折中研究。此次防護設(shè)計風險降低研究著重考察交換和系統(tǒng)控制功能是放在衛(wèi)星上還是放在地面主站。

任務(wù)領(lǐng)域3是信關(guān)站，在未來系統(tǒng)與國防信息系統(tǒng)網(wǎng)（DISN）之間提供連接服務(wù)，使前方部隊可以訪問后方全球信息刪格的資源。此外，信關(guān)站也是實現(xiàn)新型防護戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)與“先進極高頻”衛(wèi)星互聯(lián)的關(guān)鍵節(jié)點。

任務(wù)領(lǐng)域4是任務(wù)管理段，負責完成多項管理功能，包括衛(wèi)星控制、任務(wù)規(guī)劃、運行監(jiān)控等等。

任務(wù)領(lǐng)域5是終端段，要求對用戶接入衛(wèi)星所需的天線、功放和調(diào)制解調(diào)器的相關(guān)需求進行定義。

任務(wù)領(lǐng)域6是終端信息保障（IA），主要是指終端的密碼設(shè)備，執(zhí)行關(guān)鍵的加解密功能，支持傳輸安全和終端的鑒權(quán)。密碼設(shè)備既可以嵌入終端中，也可以作為獨立的單元，支持終端的插拔。

有效載荷搭載研究

自2011年開始，美軍先后開展了多次有效載荷搭載的研究，通過與產(chǎn)業(yè)公司的溝通，逐步制定可行的搭載方案和實施途徑。2011年1月－8月，在“軍用衛(wèi)星通信商業(yè)體系方案”研究中，預(yù)先開展了有效載荷搭載的研究，由勞拉、波音、軌道科學公司、國際通信衛(wèi)星、休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和美國航天等6家公司，開展軍用衛(wèi)星通信搭載載荷采辦模式的設(shè)計研究。

2011年7月，空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心在開發(fā)與規(guī)劃理事會（SMC/XR）下設(shè)置專門的有效載荷搭載辦公室（HPO），負責統(tǒng)籌軍方的載荷搭載事宜。辦公室在2011年9月與產(chǎn)業(yè)界的有效載荷搭載聯(lián)盟聯(lián)合召開了工作組會議，深入探討軍事通信載荷搭載的相關(guān)問題。

2011年8月－12月，同樣是在“軍用衛(wèi)星通信商業(yè)體系方案”研究的框架下，由勞拉、軌道科學公司、休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和衛(wèi)訊公司開展了深化研究，希望制定實際可行的搭載商業(yè)模式和技術(shù)規(guī)范。

此后，美軍又分別于2012年9月、2013年1月和2013年8月發(fā)布了招標信息，并于2014年7月發(fā)布了首份不定交付期、不定交貨量（IDIQ）合同包，共計涵蓋14家產(chǎn)業(yè)公司。這14家公司涵蓋衛(wèi)星制造商和衛(wèi)星運營商，美軍可根據(jù)任務(wù)需求從中選出合適的搭載服務(wù)提供商，從而以較低成本獲得快速進入空間的機會。

這份合同為期5年，預(yù)計合同總價將達到5億美元。其商業(yè)模式與國防信息統(tǒng)計局（DISA）的商業(yè)衛(wèi)星容量采購相似：首先與多家產(chǎn)業(yè)公司簽訂合同，維持有效載荷搭載候選服務(wù)提供商資源庫；然后根據(jù)任務(wù)需求，從資源庫中競標，以固定價合同的方式來選擇性價比最高的方案。除搭載在商業(yè)衛(wèi)星上的空間段有效載荷以外，產(chǎn)業(yè)公司還應(yīng)提供綜合地面系統(tǒng)設(shè)備，以及與用戶之間的接口，構(gòu)成天地一體化的綜合解決方案。

這份有效載荷搭載合同不僅面向軍事通信載荷，也適用于導(dǎo)彈預(yù)警載荷和軍事氣象載荷。利用有效載荷搭載，不僅可以節(jié)省成本，而且可以實現(xiàn)空間能力的分散，增強系統(tǒng)的彈性。對美軍來說，需要重點解決的問題就是軍事采辦與商業(yè)采購之間的時間進度不統(tǒng)一，需要以標準規(guī)范、接口和運行概念等具體的形式來確定解決方案。

商業(yè)通信衛(wèi)星“探路者”計劃

商業(yè)通信衛(wèi)星“探路者”（Pathfinder）計劃是美國空軍獨立嘗試的商業(yè)容量采購實踐，用于滿足特定戰(zhàn)場或特定需求。此前，美軍的商業(yè)容量租用全部由國防信息系統(tǒng)局負責，且基本上都是短期的容量租用，一般為1～2年。而此次美國空軍涉足容量租用，一方面是由于其各種空中平臺的衛(wèi)星通信需求較大且特殊，另一方面是想打破原有容量采購的時間限制壁壘，尋求在滿足作戰(zhàn)需求的同時，實現(xiàn)較高的成本效益。

美軍試圖改變商業(yè)衛(wèi)星容量采購模式的意愿由來已久，此次美國空軍計劃利用至少4個“探路者”計劃來嘗試未來高效采購容量的手段。第一個方案是減少美軍帶寬租用的重復(fù)性，稱為“聚合”計劃，委派一家公司或機構(gòu)，全權(quán)管理所有在用的租用容量，確保不會出現(xiàn)冗余和浪費；第二個方案是長期租用轉(zhuǎn)發(fā)器，目前國防信息統(tǒng)計局租用的容量均為現(xiàn)貨市場采購，且是短期的（1～2年），成本較高，而長期租用轉(zhuǎn)發(fā)器則可以降低每年的平均租用成本；第三個方案是租用一顆接近壽命末期的地球同步軌道衛(wèi)星，這樣的衛(wèi)星一般會處于傾斜地球同步軌道，以此來節(jié)省燃料，而這對許多商業(yè)應(yīng)用來說并不合適，但對軍事的空基情報監(jiān)視和偵察平臺非常有用，可顯著降低租用的成本，而且美軍已經(jīng)在2013年底開展了多次試驗；第四個方案目前尚未對外公布。無論如何，這些探索性的租用計劃都將以某種形式融入到未來美軍衛(wèi)星通信體系中。

2013年9月，美軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心發(fā)布首份探路者計劃信息征詢書，計劃長期購買在軌容量，支持非洲司令部的Ku頻段衛(wèi)星通信需求。其目標是：①演示美軍購買商業(yè)Ku頻段在軌容量的能力；②演示商業(yè)衛(wèi)星無縫支持特定頻段軍事通信需求的能力；③借助國防信息統(tǒng)計局的未來商業(yè)衛(wèi)星通信服務(wù)采購（FCSA）合同和地區(qū)衛(wèi)星支持中心的相關(guān)接口，將衛(wèi)星變化對用戶連續(xù)服務(wù)的影響降至最低；④演示快速、競爭性合同的管理和發(fā)布方式；⑤通過政府與產(chǎn)業(yè)合作，降低衛(wèi)星和終端頻譜使用、現(xiàn)有地面站兼容等風險；⑥提升生命周期內(nèi)的經(jīng)濟可承受性。

首個“探路者”計劃于2014年4月正式招標，6月與歐洲衛(wèi)星公司（SES）簽訂固定價合同，合同總價值820萬美元，基礎(chǔ)周期為1年，另有4個延長1年的可選項。根據(jù)美軍的信息征求書，租用的容量總帶寬最少為144MHz，單路轉(zhuǎn)發(fā)器的連續(xù)帶寬不低于28MHz，上行鏈路為14～14.5GHz，下行鏈路為10.95～12.75GHz。此外，承載轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星應(yīng)位于GEO傾斜軌道，在合同結(jié)束時傾角不得大于6.5°。據(jù)美國空軍發(fā)言人稱，與傳統(tǒng)國防信息系統(tǒng)局的容量租用方式相比，此次租用容量節(jié)省了近40%的資金。

2014年6月，美軍又發(fā)布了第二項“探路者”計劃的信息征求書，研究在衛(wèi)星發(fā)射前采購轉(zhuǎn)發(fā)器的可行性。第二項“探路者”計劃預(yù)計2015年底、2016年初開始招標，2016年初發(fā)布合同，支持空基情報監(jiān)視和偵察平臺的Ku頻段通信。由于此前美軍采購商業(yè)容量均為短期、突發(fā)的行為：一方面運營商無法預(yù)測美軍需求，難以提供最佳的服務(wù)；另一方面，軍方現(xiàn)貨市場容量采購也要支付較高成本，并需承受無法獲得所需容量的風險。第二項“探路者”計劃的目標就是要解決這一問題。

美軍衛(wèi)星通信長期演進體系

3 實施途徑分析

總體思路

美軍向未來航天體系轉(zhuǎn)變的主要思路是分散式發(fā)展途徑，目標是發(fā)展經(jīng)濟可承受的、具有彈性能力的體系。

對于防護通信，預(yù)計未來將有較大的能力差距，現(xiàn)有系統(tǒng)防護通信能力增長10倍以上才能滿足未來的通信需求。而且，由于未來將使用高級的密碼設(shè)備，戰(zhàn)術(shù)人員和遠程控制飛機可能都無法使用防護戰(zhàn)術(shù)通信服務(wù)。此外，按照現(xiàn)行體系發(fā)展，未來雖然有可能滿足作戰(zhàn)的需求，但是花費的成本較高，而且體系彈性很差。因此，分散式體系非常適合在核戰(zhàn)爭與對抗環(huán)境下使用。

對于寬帶通信，現(xiàn)行體系在基礎(chǔ)容量和長距離空基情報監(jiān)視和偵察平臺的支持能力方面也存在顯著差距。雖然目前寬帶系列的“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星能力很強，而且隨著數(shù)字信道化器的升級，單星吞吐量將有大幅提升，但衛(wèi)星數(shù)量仍有限，且無法支持大量的空基情報監(jiān)視和偵察通信需求。目前許多無人機的需求都是通過商業(yè)衛(wèi)星來支持的。在寬帶通信方面，美軍繼續(xù)尋求多樣化的能力發(fā)展途徑，包括降低軍事寬帶系統(tǒng)的成本、探索有效載荷搭載與國際合作，探索利用商業(yè)衛(wèi)星能力的新方式，等等。

防護通信載荷分離

防護通信載荷分離可通過多種途徑實現(xiàn)，包括功能分散、多域分散、多軌道分散、有效載荷搭載等等，其本質(zhì)是將原防護系列衛(wèi)星的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)任務(wù)相分離。這種方式實際上在美軍現(xiàn)有系統(tǒng)中已經(jīng)存在，例如增強極區(qū)系統(tǒng)（EPS）載荷實際上就是縮減版的“先進極高頻”衛(wèi)星，只提供戰(zhàn)術(shù)防護通信，其成本低廉很多，而且其終端與“先進極高頻”和“軍事星”衛(wèi)星相兼容。

在防護戰(zhàn)術(shù)通信服務(wù)方面，除了要充分利用已有技術(shù)和產(chǎn)品（“軍事星”）以外，還可以開發(fā)新的通信波形，既具備一定的抗干擾能力，又可以充分利用非處理型通信衛(wèi)星的資源。美軍“軍用衛(wèi)星通信防護系統(tǒng)經(jīng)濟可承受性設(shè)計風險降低”研究的主要內(nèi)容就是低成本的防護戰(zhàn)術(shù)通信波形。

為迎合美軍防護通信衛(wèi)星的功能分散，諾斯羅普-格魯曼公司提出了演進式極高頻系統(tǒng)（eEHF）概念：利用現(xiàn)有的增強極區(qū)系統(tǒng)衛(wèi)星部件與商業(yè)市場上的平臺和火箭相配合，形成滿足不同需求的新型衛(wèi)星或載荷，在提供所需能力的同時，大大降低成本。現(xiàn)有“先進極高頻”衛(wèi)星的有效載荷實際上也是多種單機和部組件的組合，質(zhì)量為1625kg，功耗5200W。這些部件組合在一起，共同完成戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)通信任務(wù)。如果將這些部件拆分并重新組合，搭載于不同的平臺，飛行在不同的軌道上，就能滿足不同的任務(wù)需求。例如，將增強極區(qū)系統(tǒng)衛(wèi)星的可控碟形天線、射頻與處理設(shè)備單獨提出來，并組合在一起，就可構(gòu)成增強極區(qū)系統(tǒng)，搭載在國家偵察局的大橢圓軌道衛(wèi)星上；同樣，將可控碟形天線換成普通的天線，再加上“先進極高頻”衛(wèi)星的射頻與處理設(shè)備，就能搭載于航空平臺，對戰(zhàn)區(qū)形成特定時段內(nèi)的覆蓋。此外，還可以根據(jù)市場上現(xiàn)有的中小型商業(yè)公用衛(wèi)星平臺，定制任務(wù)專用的防護戰(zhàn)術(shù)通信和戰(zhàn)略通信載荷，極大降低成本。

自2013年9月以來，波音、衛(wèi)訊、雷神、L3等公司已先后在美軍“軍用衛(wèi)星通信防護系統(tǒng)經(jīng)濟可承受性設(shè)計風險降低”研究計劃下成功演示了新型抗干擾的“防護戰(zhàn)術(shù)波形”。這實際上是將原先在星上完成的防護功能部分分解到了地面上，新的抗干擾波形既可以在透明轉(zhuǎn)發(fā)的商業(yè)通信衛(wèi)星上傳輸，也可以在“寬帶全球衛(wèi)星通信”等軍事衛(wèi)星上傳輸，在一定程度上提升軍用衛(wèi)星通信防護能力。

通過修改波形來提升抗干擾能力的途徑有許多種，例如采用正交跳頻方式來消除特定用戶的干擾威脅；利用交織、糾錯碼來對抗脈沖式干擾，結(jié)合跳頻使用時還可以部分屏蔽干擾。但是利用透明轉(zhuǎn)發(fā)商業(yè)衛(wèi)星傳輸?shù)目垢蓴_能力有限，仍然難以抵擋大功率干擾器將星上功放推飽和的威脅。

面向不同的應(yīng)用場景，防護戰(zhàn)術(shù)波形的具體規(guī)范有所不同。但是，由于這種方式是能力在多域的分散，因此需要空間段、地面段和用戶段的密切配合。例如，所有終端與衛(wèi)星之間都需要建立精確的時間同步；對于跳頻通信，終端與衛(wèi)星可能都需要加解密設(shè)備；波形可在星上處理，但路由和網(wǎng)絡(luò)管理功能可能需要在地面進行。

這樣，對不同的應(yīng)用場景和規(guī)范，對星上能力的要求也有所不同，例如星上是否進行基帶處理，星間是否需要鏈路、跳頻/解調(diào)功能是否在星上實現(xiàn)等等。不同的方式對衛(wèi)星和地面段的要求均有所不同，需要結(jié)合成本、能力等要素綜合考量。

美軍寬帶通信多樣化途徑

寬帶通信多樣化發(fā)展

寬帶通信是美軍衛(wèi)星通信傳輸?shù)闹髁?，但是對防護性能要求相對較低，因此可以有多種途徑和方式來實現(xiàn)，研究探索的空間也最大。美國空軍航天司令部前司令官威廉·謝爾頓曾稱，甚至可以將“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星的能力全部交由商業(yè)公司來提供。

從美軍現(xiàn)有文件來看，寬帶通信多樣化的途徑很多，整體上分為三大類：第一類是根據(jù)美國聯(lián)邦采辦條例中規(guī)定的方式采辦Ka頻段核心系統(tǒng)，與現(xiàn)行系統(tǒng)采辦流程相似，一般要經(jīng)過需求論證、采辦和預(yù)算等流程，周期較長；第二類是以有效載荷設(shè)計研制為主，結(jié)合自由飛行器平臺或是商業(yè)搭載的方式來部署能力，這種方式較為靈活，可根據(jù)空基情報監(jiān)視和偵察、動中通、戰(zhàn)區(qū)增強等不同需求來定制有效載荷，且可以實現(xiàn)快速部署；第三類則是其他類型的備選方案，包括向商業(yè)運營商定制有效載荷，租用軍事Ka頻段的商業(yè)容量（例如“X星”公司），以及租用或購買商業(yè)運營商專為軍方定制的衛(wèi)星。

總體來看，這些方案始終貫穿2個重要的手段，一是有效載荷搭載；二是采購商業(yè)衛(wèi)星能力。從有效載荷搭載來看，美軍實際上已有豐富的歷史，無論是早期軍事載荷搭載軍事衛(wèi)星（“過渡極區(qū)系統(tǒng)”、“特高頻后繼星”等），還是近期軍事載荷搭載商業(yè)衛(wèi)星，都已顯示出巨大的潛力。目前的問題在于軍方采辦的傳統(tǒng)、流程與要求能否與商業(yè)平臺搭載的進度相吻合。

在采購商業(yè)衛(wèi)星能力方面，美國空軍航天司令部在2013年發(fā)布了一份白皮書，研究探討了美軍充分利用商業(yè)衛(wèi)星通信的障礙與新的途徑。研究稱美軍需要在需求采辦與預(yù)算、政策與管理條例、作戰(zhàn)、商業(yè)模式與機遇等多個方面做出改變。美軍在彈性基礎(chǔ)研究最終版報告中提出了8種采購方式，但僅有3種方式是近期可行的。此外，產(chǎn)業(yè)界也建議采用更多的商業(yè)模式，例如租用傾斜軌道衛(wèi)星、在衛(wèi)星發(fā)射前訂購容量，等等?？傮w來看，長期租用、購買式租用等方式適用于美軍，但仍有制度和法律問題需要解決。

4 啟示

體系能力與彈性是發(fā)展目標，軍事航天預(yù)算是重要限制因素

在冷戰(zhàn)結(jié)束以前，軍事航天直接服務(wù)于國家戰(zhàn)略，具有非常高的優(yōu)先級，發(fā)展先進技術(shù)、保障戰(zhàn)略需要是主要目標，而資金和成本往往不是最主要的因素。在冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事航天逐漸向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用方向發(fā)展，而且傳統(tǒng)的發(fā)展途徑導(dǎo)致既無法滿足作戰(zhàn)需求，又帶來成本嚴重超支等問題。在軍事預(yù)算削減背景下，軍事航天預(yù)算逐漸成為裝備發(fā)展需考慮的重要問題。

2013年，美國軍事航天的預(yù)算較2012年削減了22%。2013年和2014年兩年，僅空軍航天司令部就削減了10億美元，接近于3顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星所需的資金。為此，美軍被迫削減空間監(jiān)視系統(tǒng)的規(guī)模、放棄發(fā)射場部分備份工作，減少了分配給總部和承包商的資金，甚至新的氣象衛(wèi)星計劃也被國會叫停。此外，美軍甚至開始考慮將衛(wèi)星的運管與測控交給商業(yè)公司來負責，以此來減輕預(yù)算削減的壓力。

美軍在評估未來體系的時候用了3個指標：能力、彈性和經(jīng)濟可承受性，這體現(xiàn)出美軍希望在預(yù)算削減的前提下，確保滿足作戰(zhàn)需求，同時爭取提升體系彈性。美軍在近年來的體系方案研究中也一再提及經(jīng)濟可承受性。商業(yè)容量租用、有效載荷搭載都要進行成本評估，滿足經(jīng)濟可承受性要求，防護衛(wèi)星通信研究也要為經(jīng)濟可承受性設(shè)計，一切都是在滿足經(jīng)濟可承受性標準前提下開展研究?？梢?，軍事預(yù)算既是美軍彈性體系轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力，也是其彈性體系轉(zhuǎn)變成功與否的關(guān)鍵。

美軍軍用衛(wèi)星通信溫和轉(zhuǎn)型，彈性體系需分步驟長期實現(xiàn)

目前，美軍雖然大規(guī)模地開展彈性體系論證與研究，聲稱將發(fā)展完全不同于原先思路的軍用衛(wèi)星通信體系。但是，從現(xiàn)實情況來看，美軍的彈性體系將是溫和轉(zhuǎn)型，需要長期分步驟地逐步來實現(xiàn)。

首先，正在論證的彈性體系瞄準的是2025年左右的需求和能力部署時間，近期開展的工作都是在為未來彈性體系作演示驗證，具體實施還需要一段時間。

其次，現(xiàn)有體系共計規(guī)劃了21顆在軌衛(wèi)星，其中12顆已在軌，另有9顆處于研制當中。在軌11顆衛(wèi)星基本上都在2010年發(fā)射（僅有2顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星例外），其中大部分衛(wèi)星在2025年都將保持在軌健康運行，可確保部分需求，短期內(nèi)無急需替代的需求。

再有，論證中的彈性體系，多采用有效載荷搭載、中小型衛(wèi)星平臺等新的形式，在部署方面也是根據(jù)需求，而且在年度預(yù)算限制下，不會出現(xiàn)大規(guī)模部署的情況。

因此，總體來看，美軍衛(wèi)星通信體系短期內(nèi)不會出現(xiàn)較大的變動。而且，美軍體系論證工作近期也不會結(jié)束。從美軍2015年預(yù)算文件來看，防護通信的關(guān)鍵研究在2020年前都處于概念研究、風險降低和系統(tǒng)設(shè)計階段，預(yù)計能力部署時間也要到2025年。

此外，美軍也在積極尋求現(xiàn)有系統(tǒng)能力增強和技術(shù)插入的機會，例如先進極高頻衛(wèi)星正在航天現(xiàn)代化倡議下開展老舊零部件替換工作，“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星正在研究數(shù)字信道化升級，而且美軍也在開展“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星地基干擾增強的相關(guān)工作，向彈性體系轉(zhuǎn)型的過渡期將持續(xù)一段時間。

平臺為主的采辦思路發(fā)生變化，有效載荷將成為發(fā)展重點

美軍傳統(tǒng)的航天系統(tǒng)采辦方式為自上而下的方式，整體上優(yōu)化系統(tǒng)能力，這就會導(dǎo)致每個任務(wù)都需要專用的、高度定制的衛(wèi)星平臺和特殊設(shè)計制造的部件來支持，從而會產(chǎn)生大量特殊產(chǎn)品，一方面妨礙了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面造成系統(tǒng)成本不斷攀升。在彈性體系發(fā)展思路指導(dǎo)下，能力分散將是主線，即有效載荷的分離與分散，平臺的功能逐步得到弱化。以寬帶衛(wèi)星通信為例，未來可能是戰(zhàn)區(qū)專用載荷、空基情報監(jiān)視和偵察專用載荷或動中通專用載荷，同時借助規(guī)模效應(yīng)實現(xiàn)載荷產(chǎn)品的通用化，降低系統(tǒng)研制成本。

從美軍防護通信戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)載荷分離、寬帶通信多樣化的發(fā)展思路來看，未來自由飛行器平臺和有效載荷搭載將成為主要的載荷部署方式。這樣有效載荷就將成為任務(wù)體系中的關(guān)鍵元素，能力部署將圍繞有效載荷來展開。

目前，美軍正在研究制定面向未來航天系統(tǒng)體系的標準化衛(wèi)星公用平臺，基于模塊化開放網(wǎng)絡(luò)體系的接口，開發(fā)通用的標準化平臺，面向預(yù)警、導(dǎo)航、防護通信和核爆探測等任務(wù)。平臺抗核加固能力可選，在軌道方面要適用于55°傾角2×104km的中地球軌道（MEO）、地球靜止（GEO）軌道、傾角在20°以內(nèi)的傾斜GEO軌道、半徑為8×104km的太陽同步GEO軌道，以及遠地點4.5×104km的閃電軌道。在有效載荷承載能力方面，要求承載質(zhì)量680kg以內(nèi)、安裝空間1.1m2、壽命末期功率3500W、姿態(tài)測量精度優(yōu)于0.5″、姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于0.1″。

可以預(yù)見，未來美軍航天系統(tǒng)采辦很可能將是以有效載荷為主，以有效載荷制造商（例如諾格公司）為主承包商，以有效載荷為主要設(shè)計對象，由其選擇合適的平臺。這樣，未來的軍用衛(wèi)星通信彈性體系中有可能會出現(xiàn)大量相同或相似的載荷，從而降低單個有效載荷的成本與風險。大量載荷可以固化需求與設(shè)計，允許技術(shù)更新和技術(shù)插入，縮短了先進技術(shù)交付能力的周期。此外，這樣的體系可以使敵方在一定的作戰(zhàn)時間內(nèi)，難以估算究竟共計目標，從而達到威懾地方攻擊美軍航天系統(tǒng)行動的效果。

衛(wèi)星目標多元化，資產(chǎn)屬性模糊化，軍事通信對抗難度加大

從美軍目前開展的相關(guān)論證來看，未來軍用衛(wèi)星通信的能力將分散在大量衛(wèi)星上，其中既包括美軍專用的通信衛(wèi)星，美軍軍事通信載荷搭載的商業(yè)衛(wèi)星，以及美軍租用的商業(yè)衛(wèi)星或是國際合作發(fā)展的其他衛(wèi)星上，還有可能包括部分高空平臺。這樣，軍事對抗的目標就會大大增多，而且對單一目標或少量目標的攻擊難以對美軍整體的體系能力造成重大影響，無法阻止美軍衛(wèi)星通信服務(wù)的連續(xù)性。

此外，有效載荷搭載和商業(yè)衛(wèi)星容量租用，導(dǎo)致衛(wèi)星的資產(chǎn)屬性變得更加復(fù)雜，難以簡單地用軍事、民用和商業(yè)來判斷。例如，對于軍事載荷搭載于商業(yè)衛(wèi)星的情況，從衛(wèi)星資產(chǎn)的角度來看，其平臺、商業(yè)載荷以及軌位和頻率資源均為商業(yè)公司所有，而星上軍事載荷及其運管可能都歸軍方所有。這時，簡單的物理攻擊將不可避免地帶來附帶的影響，造成商業(yè)資產(chǎn)的損失，引發(fā)輿論攻擊。對于租用商業(yè)容量，利用防護戰(zhàn)術(shù)波形提升抗干擾能力，則無法簡單地使用電磁攻擊的手段。對于美軍新穎的租用式購買，衛(wèi)星的資產(chǎn)屬性可能是隨時會發(fā)生變化的，對于國際合作，則牽扯到更多的國家，問題更為復(fù)雜。