+ 方志英
?
衛(wèi)星軍事
美軍軍事衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)的未來構(gòu)想(下)
+ 方志英
在《彈性與分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)》白皮書中,針對衛(wèi)星星座和空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),空軍航天司令部做出如下定義:彈性是指某個系統(tǒng)體系在面臨系統(tǒng)故障、環(huán)境挑戰(zhàn)或?qū)κ止魰r,能夠繼續(xù)提供所需的能力;分散式空間系統(tǒng)是指將天基任務(wù)、功能或傳感器分散部署到多個系統(tǒng)上,橫跨一個或多個軌道、平臺、宿主衛(wèi)星或作戰(zhàn)域。分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)就是提高空間系統(tǒng)彈性的一種途徑,通過分散設(shè)計,可以幫助空間系統(tǒng)規(guī)避風(fēng)險,提高空間對抗下的系統(tǒng)的生存能力,為威脅環(huán)境下的能力重構(gòu)、恢復(fù)或運行提供保障。更為重要的是,該策略將空間能力“分散”到多個平臺或系統(tǒng)上,通過增加目標(biāo)的數(shù)量和多樣性,提高系統(tǒng)的生存能力,為對手的攻擊決策制造困難,降低其成功打擊的概率。
彈性與分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實際上即為分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),既是美軍在新的歷史時期、新安全環(huán)境下提出的轉(zhuǎn)型舉措,也是美軍對近年來一系列創(chuàng)新理念的綜合集成。為了實現(xiàn)分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),美軍提出了五種實現(xiàn)方法:結(jié)構(gòu)分離、功能分解、有效載荷搭載、多軌道分散、多作戰(zhàn)域分解。應(yīng)該說這些方法沒有一種是普適的,都具有各自的優(yōu)勢和不足。因此,美軍的設(shè)想是并行發(fā)展、相互補充,通過技術(shù)驗證,漸進推進。
(1)結(jié)構(gòu)分離
結(jié)構(gòu)分離是將系統(tǒng)分解為多個模塊,通過無線互聯(lián)的方式,提供類似于大型衛(wèi)星的能力。這種方法具有幾個潛在優(yōu)勢:一是無需更換整個衛(wèi)星便可實現(xiàn)升級或組件更換;二是增加發(fā)射方案的靈活性和選擇性;三是降低集成和調(diào)試的成本;四是具有抵御更大風(fēng)險的能力。結(jié)構(gòu)分離最典型的例子是美軍在2007年提出的F6計劃,即一組在軌編隊飛行的功能模塊,通過無線數(shù)據(jù)連接,構(gòu)成了一個功能完整的虛擬航天器。
(2)功能分解
功能分解是指將傳感器分散部署,將原有集中在一個系統(tǒng)上的多個載荷分散部署到多個獨立的平臺上。這種方法可以降低平臺的復(fù)雜性,實現(xiàn)方案和需求間的快速匹配,縮短采辦時間,降低成本。目前,美軍正在研究高級極高頻衛(wèi)星的功能分解,將戰(zhàn)略通信有效載荷和戰(zhàn)術(shù)通信有效載荷分開部署,預(yù)計在2025年以后實現(xiàn)。
(3)有效載荷搭載
有效載荷搭載是指將軍用載荷作為次級載荷部署到其他衛(wèi)星平臺,利用宿主衛(wèi)星的星上電源、處理設(shè)備、溫度和姿態(tài)控制能力,不必再部署一套自身的總線平臺。宿主衛(wèi)星可以是隸屬于不同機構(gòu)的國家空間資產(chǎn),也可以是完全不同用途的衛(wèi)星平臺。軍用載荷作為次級載荷的部署,可以降低項目成本,增加對手攻擊該載荷的難度,但也面臨很多問題,如次級載荷與實現(xiàn)不同任務(wù)目標(biāo)的衛(wèi)星主體集成在一起時,必須解決信號和結(jié)構(gòu)干擾、溫度限制等問題。美軍已經(jīng)在“天基紅外系統(tǒng)”、“商業(yè)搭載紅外有效載荷”等計劃中試驗軍用有效載荷的搭載問題。
(4)多軌道分散
多軌道分散是指將衛(wèi)星分散部署到多個軌道,以增加彈性,增加對手選取攻擊目標(biāo)的難度。目前,美軍的氣象衛(wèi)星就采用了多軌道分散部署的模式,主要目的是提供所必需的地理覆蓋。部署在地球同步軌道,提供連續(xù)覆蓋;部署在太陽同步軌道,則是為了增加周期性的重訪次數(shù)。多軌道分散一方面可以滿足特定任務(wù)需要,另一方面還可以增加體系的彈性。但這種方法通常需要以傳感器性能衰減或通信鏈路延遲為代價。
(5)多作戰(zhàn)域分解
多作戰(zhàn)域分解是指利用空間域以外的系統(tǒng),如陸基和空基能力,通過系統(tǒng)的協(xié)同工作,利用天基傳感器的廣域覆蓋特性和空中或地面?zhèn)鞲衅鞯膽?zhàn)術(shù)能力,實現(xiàn)最具彈性的工作方式。橫跨多個作戰(zhàn)域的空間能力分解可提供特有的應(yīng)急規(guī)劃和響應(yīng)能力。例如,為補充衛(wèi)星通信能力不足或作為其特殊情況下的備份,美軍正在大力發(fā)展空中層通信。2008年,參聯(lián)會提出了聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)概念,2009年10月,聯(lián)合需求審查委員會批準(zhǔn)、簽署了聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)初始能力文檔,在2010年的JP6-0《聯(lián)合通信系統(tǒng)》中增加了“空中層通信”,并進行了正式定義。2010年6月,美空軍發(fā)布了《2024空中層組網(wǎng)構(gòu)想》,標(biāo)志著空中層網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與實踐轉(zhuǎn)型的開始,為空中層網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合發(fā)展指明了方向。在未來的局部沖突,尤其是“重返亞洲”戰(zhàn)略下引發(fā)的沖突中,美軍希望空中層通信系統(tǒng),除了承擔(dān)常規(guī)的中繼通信任務(wù)以外,還能夠作為太空通信的備選通信手段,在太空通信資源容量不足、訪問受限、受到干擾或破壞時,敏捷、及時、靈活、可靠地為地面和海面部隊提供超視距通信鏈路。
本文主要論述了美軍軍事衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)的兩大未來構(gòu)想,從中可以看到美軍軍事衛(wèi)星通信的發(fā)展方向,兩大構(gòu)想相輔相成,必將對美軍軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。