美軍衛星基礎設施建設現狀與特點分析

翻譯 李金紅 張燦 志英

一、美軍衛星基礎設施建設現狀

美軍的衛星基礎設施由空間段和地面段兩部分組成。空間段是指主體衛星及星上所有載荷，地面段是指支持用戶訪問衛星并實現用戶間通信的所有地面設施。

目前，美軍在空間段擁有在軌運行的通信、導航、偵察監視、氣象監測等各類軍事衛星約100余顆。其中，國防衛星通信系統、軍事星、特高頻后續衛星、先進極高頻衛星和寬帶全球衛星等多個系列通信衛星約30余顆，具備覆蓋全球的安全寬帶、窄帶通信能力，能傳輸話音、數據、圖像和視頻會議等各類信息，為戰略、戰術各級作戰任務提供通信支持；世界上性能最先進的全球定位系統（GPS）衛星29顆，可提供高精度的全球導航定位和精確授時；各種偵察監視衛星包括光學成像衛星、雷達成像衛星、電子偵察衛星、海洋監視衛星、導彈預警衛星等共30多顆，可對全球實施全天時、全天候、高精度的光學、雷達和電子偵察，對導彈提供有效預警；軍用氣象衛星5～6顆，可為美軍的軍事行動提供有效的氣象預報支持。

在地面段，美軍依托遍及全球的固定和移動軍事基地，以獨立建設、征用、租賃和聯合部署等方式，建立了大量衛星固定地面站，用于接收、處理、控制和轉發來自空間衛星數據信息。為了滿足遠征作戰、多樣化行動以及戰時緊急需求，美軍還部署了許多移動衛星地面站，例如，目前在伊拉克運行良好的“鷹眼-1”移動地面站。該移動地面站可以從美軍及其盟國的多顆高分辨率成像衛星上直接接收偵察圖像。就用戶終端而言，由于美軍眾多衛星系統各自獨立，因而使美軍擁有上千種現役衛星用戶終端，各式各樣，種類繁多。

二、美軍衛星基礎設施建設特點

1.以空間段建設為主，努力打造作戰快速響應空間

空間段一直是美軍衛星基礎設施建設與維護的重中之重。僅2011財年，美空軍就計劃發射4顆衛星，其中包括一顆“先進極高頻通信衛星”、一顆“天基太空監視衛星”、一顆“新一代全球定位衛星”和一顆“太空作戰響應衛星”。

經過20世紀90年代以來的幾場高技術局部戰爭，尤其是轉型衛星通信系統（TSAT）計劃的終止，美軍開始對衛星基礎設施的建設與維護進行系統總結。美軍認為，現有大型衛星系統不能及時響應戰場變化，不能由戰場指揮員控制，而且時效性差，研制、發射和準備的周期長、費用高昂，一旦發射失敗或在軌發生故障則損失驚人，因此，需要探索和開發成本低廉、更加靈活的空間系統，提供更快的作戰響應能力。在此前提下，美軍提出了作戰快速響應空間(ORS)計劃。該計劃的核心就是改變現有衛星基礎設施的建設和維護模式，采用響應性、模塊化的建設和維護體系結構，引入即插即用概念，縮短衛星集成和測試的時間，降低系統的工程和設計成本，滿足多任務需求。

2.以分散實施為主，嘗試打破專業和軍種界限

一直以來，美軍衛星基礎設施的建設和維護均堅持“誰提出、誰建設、誰維護”的原則，建設和維護資金由國防部按照預算申請統一劃撥給下屬各業務局、各司令部和各軍種，除具體的發射任務由NASA和空軍的衛星發射基地負責實施外，其余的建設和維護工作則各自分散實施。例如，先進極高頻衛星、國防衛星通信系統和“軍事星”由國防部軍事衛星通信聯合計劃辦公室和空軍航天司令部聯合負責；特高頻后續衛星、移動用戶目標系統、全球廣播系統等由美海軍空間和海上作戰司令部負責；國防氣象衛星由美空軍空間和導彈系統中心和NASA聯合負責；全球定位系統衛星由美空軍空間司令部負責；各種偵查和監視衛星由NASA和美軍航天司令部聯合負責。目前，幾乎只有美陸軍尚未獨立建設和維護的空間段衛星。2010年12月9日，美陸軍航天和導彈防御司令部/戰略司令部負責發射了陸軍首顆衛星，但該衛星在軌時間僅有30天左右，屬于試驗衛星。

隨著各軍種聯合作戰程度的加強，這種建設和維護模式的弊端也凸顯出來。首先，分散實施的模式不利于各建設和維護機構之間的技術和經驗交流，容易造成各種資源浪費。例如，氣象衛星、偵察和監視衛星、定位衛星都需要高性能的上、下行鏈路傳輸數據，而在這方面，通信衛星的建設已經具備了豐富的技術和經驗。因此，美國防部正在嘗試將通信衛星上先進的通信有效載荷與其他各專業衛星上的傳感器有效載荷，進行合理、有效集成，充分發揮美軍在通信領域的領先優勢，進一步提升其他專業衛星的性能。其次，分散建設造就了眾多“煙囪”式系統，僅就軍事衛星通信系統而言，美國防部、美空軍和美海軍就分別部署了近十套獨立系統。這些系統只能實現地面戰、用戶終端與空間衛星的信息傳輸，既不能在寬帶網絡中傳輸信息，也不能與采用其他系統的衛星實現連接；這樣既不利于實現戰場態勢共享，還為作戰人員增加了許多額外負擔。

為此，美國防部正在采取多項措施，打破各專業和各軍種之間的界限。首先，美國防部正在推動在各軍種的衛星地面站和用戶終端上部署分布式公共地面系統（DCGS）集成骨干網（DIB），該系統可以在美空軍、陸軍、海軍、海軍陸戰隊以及美國特種作戰司令部中的不同分布式公共地面系統之間創建互操作能力，改變以往情報采集和分發的方式，實現實時的信息共享。該系統還可以向位于世界不同地點的分析家及其他人員提供完整的原始資料，因此將縮小軍事作戰與情報之間的界限。盡管該系統的研發和部署由空軍牽頭，其管理辦公室為非官方聯合項目辦公室，但這是一項聯合計劃，辦公室成員來自各軍種及特種作戰司令部。此外，美軍還在開發新型多用途通用衛星終端，例如美海軍的商用寬帶衛星終端和多頻段衛星終端。另外，據美空軍空間司令部網站報道，美軍戰略司令部已于2010年6月正式接管了由空軍航天與導彈系統中心、空軍航天司令部牽頭發射的第三顆寬帶全球衛星（WGS），從而首次正式打破了美軍“誰建設，誰維護、誰使用”的原則。該衛星將為遍及世界的美海軍陸戰隊員、海軍士兵、船員和海航人員提供靈活的高容量通信服務。

3.以純軍方投資為主，積極探索公私合作方式

衛星基礎設施屬于國家的重大戰略性設施，關系到美國的國防安全和經濟、軍事、政治、外交利益，工程繁雜，耗資巨大。只有國家才有可能成為衛星基礎設施建設的主導力量，責無旁貸。因此，出于掌握完全的控制權以及保密等方面的考慮，美軍的衛星基礎設施建設和維護項目雖然也采用軍方研發和承包商研發相結合的制度，但都無一例外地由軍方獨立投資。因此，近幾年，美軍每年用于衛星基礎設施建設和維護的預算一直居高不下，每年都維持在大約120億美元左右。

純軍方投資方式的有利方面不言而喻，一方面可以確保軍方百分之百地掌握衛星基礎設施的控制權、運營權和使用權，另一方面，有國家財政作為堅強后盾，各階段的建設和維護經費就有了堅實保障。不過，該方式的弊端也顯而易見。首先，如果所有衛星基礎設施建設項目都由軍方大包大攬，依靠政府投入。長此以往，國家財政可能會不堪重負，很可能會顧此失彼。一旦某個項目出現延遲或超支，很可能會影響其他衛星項目的建設，或者縮減對地面基礎設施的投資。例如，轉型衛星通信系統計劃就是純軍方投資失敗的最典型例子。該計劃終止的直接原因是，計劃延遲造成成本過高，政府無力承擔。其次，純軍方投資還不利于調動業界積極性，很難實現高效費比。而且軍方對基礎設施建設管理過嚴、干涉過多，往往還會妨礙承包商靈活調整研發思路。因此，也就經常會出現項目延遲和超支的情況。

正是由于純軍方投入方式存在以上弊端，美軍正在積極變革衛星基礎設施的建設和維護模式，積極尋求與業界的更廣泛合作。其中一項現在看來最行之有效的方式是，搭載有效載荷。搭載有效載荷可把受保護的軍事有效載荷，集成到已規劃的、擔負廣播等任務的商用衛星上。這種方式可以降低發射成本和資本投資，同時還可保留與專用軍事發射相關的大部分軍事能力。搭載有效載荷并不能解決政府所有的與衛星相關的問題，但會給政府帶來潛在的益處，因為它們具有很高的效費比，而且發射速度更快。其結果就是可以將大量的有效載荷送入軌道，從而構成廣泛分布的系統，并具有高度的冗余性。

美軍對這種做法的興趣已經越來越濃厚，搭載有效載荷的開發工作目前出現了激增。其中一個關鍵項目是空間因特網路由（IRIS）計劃。該計劃將國防部投資的一個空間因特網路由器搭載在Intelsat IS-14衛星上，與該星的一個商用C頻段轉發器和兩個商用Ku頻段轉發器相連，可覆蓋歐洲、非洲和美洲，為美軍提供下一代基于IP的通信能力。此外，美軍還制定了商用搭載紅外有效載荷（CHIRP）計劃，將美空軍航天與導彈系統中心建設開發的紅外傳感器有效載荷搭載到Americom政府服務（AGS）公司的SES Americom衛星上。目前，對紅外有效載荷的測試已經結束，準備交付給衛星制造商，計劃于2011年進行發射。