美國海軍增加手機太空信號塔

天 兵

美國海軍增加手機太空信號塔

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2015年1月20日，美國“宇宙神”-5火箭將“移動用戶目標系統”的第3顆通信衛星送入太空。美國“移動用戶目標系統”衛星星座將于2015年底建成，最終由4顆工作星、1顆在軌備份星和4個地面站組成。它用于替代美國海軍現役的“特高頻后繼星”星座，主要提供類似智能手機服務的窄帶移動通信服務，可為移動作戰人員提供安全通信（包括為移動中的軍方用戶提供實時語音、視頻和數據服務），首次實現為手持用戶終端提供超高頻衛星通信，極大地增強了作戰人員移動中通信的能力。

“移動用戶目標系統”相當于太空中的手機信號塔，它既兼容原有的“特高頻后繼星”終端，又可向軍隊用戶提供升級的商用第3代（3G）頻譜自適應-寬帶碼分多址服務，且能不受天氣和環境限制，為艦艇、飛機和地面部隊提供更可靠的通信能力。其信道可用率大于97%，總數據率比“特高頻后繼星”提高了10倍，約達40兆比特/秒，可提高中東和南亞等熱點地區的通信保障能力。

軍用“順風耳”大換血

現代戰爭是信息化的戰爭，所以軍用通信衛星具有舉足輕重的作用。對于在全球大范圍航行的艦艇更是如此，因為用其他技術手段難以滿足艦艇大范圍的通信要求。所以，美國這一世界海軍和軍用通信衛星強國非常重視，獨自研制了海軍專用通信衛星，并先后發展了4代。

“艦隊通信衛星”是美國海軍的第一代專用通信衛星，主要為海軍提供抗干擾的艦隊廣播和艦艇、潛艇、飛機、海岸站的保密通信。首顆“艦隊通信衛星”于1978年2月9日發射，到1989年9月共發射了8顆，實現了除地球兩極地區以外的全球覆蓋，形成了美國海軍通信系統的骨干，承擔了美國海軍90%的通信任務，同時承擔著美國陸軍、海軍陸戰隊的快速部署部隊與美國戰略司令部之間的雙向甚高頻通信任務。

每顆“艦隊通信衛星”載有12臺轉發器，可提供23條特高頻信道。其中10條供海軍使用，12條供空軍用于核部隊之間進行的優先戰略通信，1條供國防部寬帶通信使用。其通信容量為30條話路和21路電傳。它使每艘艦艇都能接收“艦隊通信衛星”的廣播，艦隊的旗艦可通過衛星下達命令，進行指揮調度。此外，它還使美國當局能直接同艦隊中的任何一艘艦艇通信，確保政府對軍隊的控制權，使美國海軍暢行三大洋。

接替“艦隊通信衛星”的是“租賃衛星”。它于1984年9月1日開始發射，也采用特高頻，共發射了5顆。這種衛星載有6臺中繼轉發器、1臺寬帶轉發器、5臺窄帶轉發器、1臺艦隊廣播轉發器和2臺備用轉發器。雖然它比“艦隊通信衛星”少了10條信道，但由于采用了按需分配多址技術，故傳輸的信息并不少。

特高頻的頻率范圍為300～3000兆赫，在軍事應用中有許多特有的優勢，如信號穿透性強，終端實用性強，可實現全球覆蓋及廣播聯網，接入有保證，所以主要使用在軍事行動的初期及惡劣的環境條件下。

此后，美國海軍根據應用過程中的經驗與教訓，開始研制“特高頻后繼星”。它是美國海軍第3代專用衛星，比“艦隊通信衛星”“租賃衛星”的通信容量大1倍，以滿足美國海軍日益擴大的通信需求。美國總共生產了11顆“特高頻后繼星”，1993年2月25日開始發射，其中從1995年發射的第4顆起，開始增加極高頻通信有效載荷；從第7顆起，極高頻通信有效載荷的信道增加到20個。所有“特高頻后繼星”都工作于靜止軌道，承擔了美國海軍至少90%的通信業務。通過“特高頻后繼星”，游蕩在世界各地的美國海軍得以與本部保持聯系，確保命令傳輸渠道暢通。每顆“特高頻后繼星”裝有11臺特高頻固態功率放大器，提供39個信道，總帶寬555千赫，其中有21個5千赫窄帶信道、17個25千赫中繼信道和1個25千赫高保密艦隊廣播通信信道。在1998～2001年發射的第8、9、10顆“特高頻后繼星”衛星上，還用Ka頻段的“全球廣播業務”轉發器替換了超高頻載荷，使通信實力大增。

“移動用戶目標系統”想象圖

“傳聲筒”舊貌換新顏

美國第4代海軍專用通信衛星—“移動用戶目標系統”是目前世界最先進的。負責航天的聯合職能司令部和美國空軍第14航空隊司令赫爾姆斯空軍中將認為，“移動用戶目標系統”衛星使聯合職能司令部可以繼續優化戰術通信，支持聯合作戰和美國的國家通信。“移動用戶目標系統”項目由位于弗吉尼亞州尚蒂伊的美國海軍項目執行辦公室和位于圣迭戈的通信衛星項目辦公室聯合管理。

近年來，由于美國軍方估測其軍用窄帶衛星通信的需求不久將是美國現役海軍通信衛星“特高頻后繼星”總容量的250%，所以“特高頻后繼星”已無法滿足美軍信息化和網絡中心化發展的需要，而且其壽命也逐漸達到了設計上限，亟需更新換代。為此，美國從2012年開始發射“移動用戶目標系統”衛星來替換“特高頻后繼星”，前者的信息傳輸能力和容量都比后者有很大提高。

目前，由于受窄帶通信的限制，“特高頻后繼星”用戶必須在靜止狀態下將天線指向衛星。而“移動用戶目標系統”可使美軍士兵在全世界范圍內進行移動中的通信。

“移動用戶目標系統”項目總成本60億美元（現在預期將達到74億美元），單星成本10億美元。它們旨在為美國及其盟國作戰人員提供覆蓋全球的、超視距戰術通信能力，支持使用各種大型、小型和手持終端的衛星移動通信用戶。

該衛星采用洛克希德·馬丁公司的商用A2100M平臺，干重約3100千克，功率10千瓦，天線直徑14米，該天線可產生16個點波束，并采用空間頻率復用技術（每個波束復用4個5兆赫寬帶碼分多址射頻載波），從而增加了系統的容量。在每個點波束內，用戶終端與衛星通信使用特高頻頻段，衛星和基站的通信使用Ka頻段。

為了保證與現役“特高頻后繼星”的用戶終端兼容，“移動用戶目標系統”裝有“特高頻后繼星”上使用的彎管式轉發器（處理和交換由地面控制段完成）和直徑6米的可展開網格天線，提供1個全球覆蓋波束，即與“特高頻后繼星”類似的一個特高頻窄帶載荷，可兼容已大量部署的“特高頻后繼星”衛星終端，以確保現役“特高頻后繼星”的用戶能平穩向“移動用戶目標系統”過渡，為海上船只和偏遠地區地面移動部隊提供通信鏈路。

此外，“移動用戶目標系統”還攜帶了全新的屬于第3代移動技術的頻譜自適應-寬帶碼分多址數字載荷和直徑14米的折疊徑向肋可展開網格天線，提供16個點波束，可提供智能手機聯通能力。目前，特高頻窄帶載荷已投入使用。在2014年提交國會國防委員會的報告中，由于衛星波形、地面系統和無線電終端軟件的相關問題，海軍已將寬帶碼分多址數字載荷最終運行測試安排在2015年12月。報告指出，2014年4月的初始測試表明，“移動用戶目標系統”的數字載荷性能還需要更多的時間才可成熟并通過認證。

利用3G移動通信技術，“移動用戶目標系統”可為美國及其盟國作戰人員提供覆蓋全球的、更為通暢和強大的超視距軍用語音、視頻和數據同步傳送等戰術通信能力，包括具有穿透濃密樹葉，以及在有阻擋通信信號傳播的建筑等障礙物的城市或其他地區進行可靠通信的能力。利用這一新系統，戰場上的部隊能夠發送和接收傳真、實時電報和其他不需要更寬帶寬的應急通信，提供更加先進和更加具有戰術性的服務。

現役的“特高頻后繼星”只能應付1029個2400比特/秒的終端同時接入，總容量為2.666兆比特/秒，而單顆“移動用戶目標系統”就能提供4083個2400比特/秒的新頻譜自適應-寬帶碼分多址終端同時接入，并能同時提供106個“特高頻后繼星”終端接入，單星容量可達10.054兆比特/秒。“移動用戶目標系統”星座能處理16332個2400比特/秒的寬帶碼分多址終端同時接入，以及424個“特高頻后繼星”終端接入，并使現有的窄帶衛星系統繼續發揮作用。其新型手持終端還能與美軍最新的聯合戰術無線電系統兼容。

由于具備按需多址能力，“移動用戶目標系統”能更有效地利用頻譜。另外，“特高頻后繼星”采用的是單波束天線，而“移動用戶目標系統”采用可展開大口徑多波束天線，并采用空間頻率復用和按需多址技術，所以總容量提高了15倍。其“動中通”能力有較大提高，用戶不必在需要通信時停下來設置天線、調節方向，衛星能支持非定向天線終端。

美國海軍“租賃衛星”

“宇宙神”-5發射“移動用戶目標系統”

2015年，“移動用戶目標系統”將具備完整的作戰能力，其各種終端總數可達到8.2萬套，其中50%為手持式戰場幸存者逃生定位設備，其余終端為先進的聯合戰術無線電系統終端和“特高頻后繼星”的終端。一旦“移動用戶目標系統”投入使用，就可有效為美軍機動作戰部隊提供通信保障，為所有軍事部門的任務目標提供超視距通信支持，同時系統的傳輸容量也能夠獲得提升。

“移動用戶目標系統”的地面控制中心由衛星控制中心、網絡控制中心和網關等組成。由于采用了最先進的Ka頻段天線設計，因此可進行高精度的自動跟蹤。衛星控制中心使用國防部指定的遙測、跟蹤和指揮頻率對衛星進行控制，網絡控制中心和網關提供與國防信息網絡以及公共電話交換網絡的接口。在具體運行方面，網絡控制中心為系統提供特高頻頻段按需分配多址接入控制，為用戶的通信申請動態分配通信頻率。其網關有4處，均采用光纖網絡技術，可與位于夏威夷和弗吉尼亞的網絡管理和交換中心連接。

為“移動用戶目標系統”裝整流罩

五大特點彰顯實力

良好的兼容性 “移動用戶目標系統”仍然使用BPSK調制方式，與現存的“特高頻后繼星”終端完全兼容，能與美軍現役或在研的部分通信電臺聯絡，從而能保障美軍多軍種聯合作戰的順利進行。這不但能極大提高美國軍方的通信可用性，并可最大限度地發揮美軍未來聯合戰術無線電系統終端的全部特性能力。

先進的交鏈技術 “移動用戶目標系統”用戶間信息流的傳遞與“特高頻后繼星”有很大的不同。在該衛星系統中，用戶把信息發到衛星上后，衛星通過Ka頻段下行鏈路把此信息轉發到一個地面站。然后通過判別信息所要通向的目標用戶把其轉發到合適的其他地面站，再由地面站通過Ka頻段把信息發到衛星上，最后衛星把信息發送到正確的目標用戶，從而實現Ka-UHF頻段的交鏈。該衛星系統還會提供一個選擇國防信息資料系統的網絡服務、話音服務以及數據服務的入口，這是過去無法做到的。

第3代商用蜂窩技術 “移動用戶目標系統”通過寬帶碼分多址波形和通用移動電信系統基礎結構技術，來向包括手持終端在內的極大范圍終端傳送文本、話音、視頻和多媒體信息，并可把高質量的聲音與同步移動圖像連接起來，在速度上也比現有系統有極大提高。在全球范圍內允許同時接入1997個用戶（39.2兆比特/秒），覆蓋范圍從北緯65°到南緯65°，傳輸速率甚至可以接近0.128兆比特/秒。

適應能力強 “移動用戶目標系統”的波長特性使得它能穿透障礙物，或在惡劣氣候等環境下工作。它不但能提供數據率更高、容量更大、連接更穩定的話音和數據服務，并且可被用在美國海軍的遠程傳感器、單兵背包以及手持終端上。所以，它能突破現代戰場上小型移動終端只能實現短視距通信的局限，提高所有環境和地形下小型終端的通信能力和聯通水平。

抗干擾能力強 “移動用戶目標系統”多個點波束的工作方式，可以避免“特高頻后繼星”采用全球波束容易遭受任何地區的上行干擾問題。通過多個點波束覆蓋不同的作戰區域，能實現不同區域的作戰單元采用多個波束進行通信，降低敵方的單一作戰平臺對通信系統的干擾，即敵方無法通過單一作戰平臺獲得當前區域的干擾目標信息，也無法對其他波束的作戰目標實施干擾。同時，“移動用戶目標系統”的多個點波束指向不同區域，可以利用衛星監測設備發現某一波束內的干擾信號，通過調整波束指向避開干擾源所處的區域，提高系統的抗干擾性能。此外，該系統還充分利用商用的先進技術，在兼容“特高頻后繼星”的工作方式下，綜合運用頻分多址、時分多址和碼分多址的技術體制，極大地提高了系統的通信性能。

“移動用戶目標系統”星座建成后，將大幅增強美軍全球戰術軍用通信的能力，因為它采用了寬帶碼分多址蜂窩技術，不同蜂窩間可實現頻率復用，所以蜂窩數眾多，各個蜂窩可用信道數的總和比“特高頻后繼星”多得多。由于兼容性好，并加大了與盟國尤其是澳大利亞在衛星領域的合作關系，所以“移動用戶目標系統”不僅可有效滿足美軍未來多軍種聯合作戰通信需求，還能進一步促進美軍與盟軍執行聯合作戰任務的能力。

責任編輯：劉靖鑫