美太空軍首秀，先進極高頻衛星星座建成

文/ 龐之浩

▲ “先進極高頻”在軌飛行示意圖

北京時間2020 年3 月27 日凌晨4 點18 分，美國用宇宙神-5 運載火箭成功把第6 顆“先進極高頻”軍用通信衛星送入太空，這是“先進極高頻”衛星星座的最后一顆衛星，此次發射標志著該星座正式組建完成。同時，這也是美國太空軍自2019 年12 月成立后的首次太空軍載荷發射任務，而且是在新冠肺炎疫情日趨嚴重的情況下進行的，因此顯得較為特殊。

“先進極高頻”衛星的主承包商是洛·馬公司，有效載荷由諾·格宇航創新系統公司提供，之前的5 顆分別于2010 年8 月、2012 年5 月、2014年9 月、2018 年10 月、2019 年8 月發射入軌。本次發射中，中途因地面系統液壓油泵閥控箱的放大器電路插板故障而叫停，經技術人員緊急排查后，宇宙神-5 火箭順利點火升空，發射時間比原計劃推遲了80 分鐘。

美國的三類軍用通信衛星

美國軍用通信衛星是目前世界上最先進的軍用通信衛星，它分為寬帶、受保護和窄帶三類。寬帶軍用通信衛星系統強調大容量；受保護軍用通信衛星系統著重抗干擾、保密及核生存能力；窄帶軍用通信衛星系統則重點支持需要語音或低數據速率通信的用戶，以及移動用戶和小型終端的用戶。

在寬帶軍用通信衛星系統方面，美國先是陸續發射了三代“國防衛星通信系統”衛星，以及裝載在“特高頻后繼星”上的“全球廣播業務”系統。這些衛星數據傳輸速率較高，主要用戶是固定和移動的陸基終端，還有一些大型軍艦和飛機上的終端等，用于為美國指揮機關和作戰部隊之間提供高質量的保密通信和高速數據傳輸。從2007 年起，美軍開始逐步用“寬帶全球衛星通信”衛星替換“國防衛星通信系統”衛星和“全球廣播業務”，其信息傳輸能力是“國防衛星通信系統”的10 倍，工作壽命10 ～15 年，為三軍提供通信支持。該衛星工作在X 頻段和Ka 頻段，能夠提供其他軍用通信衛星系統所不能提供的許多重要作戰特征，為美軍及其聯軍在目前世界上所有戰區提供高容量X 頻段和Ka 頻段通信，極大地提高美軍在Ka 和X 頻段的通信能力，增強美軍士兵執行海、陸、空任務的能力。

▲ 第6 顆“先進極高頻”衛星發射升空

▲ 吊裝第6 顆“先進極高頻”衛星

在受保護軍用通信衛星系統方面，美國先是陸續發射了6 顆“軍事星”衛星，這是世界上首顆采用數字處理和調頻技術的衛星，抗摧毀和生存能力強。前2 顆為第一代“軍事星”，采用了抗核加固、抗干擾和極高頻等技術，具備在核戰爭條件下的生存能力。后4 顆為第二代“軍事星”，放棄了核加固能力，以降低制造費用和難度，但在第一代“軍事星”192 條低速率信道的基礎上增加了32 條每秒1.5 兆比特的中速率信道，以適應當前戰術用戶的需求；還增加了自適應調零天線，具有很高的靈活性和抗干擾、防截獲、防偵收能力。從2010 年起，美軍開始逐步用“先進極高頻”替換“軍事星”，其容量是“軍事星”的12 倍，可同時用于戰略和戰術通信。

▲ 第6 顆“先進極高頻”衛星任務徽標

▲ 發射第6 顆“先進極高頻”衛星的宇宙神-5 火箭箭體上首次印上了美國太空軍的LOGO

在窄帶軍用通信衛星系統方面，美國先是陸續發射了多顆“艦隊衛星通信”衛星、“租賃衛星”和“特高頻后繼星”。其中“特高頻后繼星”先后發射了11顆，每顆可提供39 個信道，并為艦隊廣播業務提供高保密鏈路。從2012 年起，美軍開始逐步用“移動用戶目標系統”替換“特高頻后繼星”，其信息傳輸能力是“特高頻后繼星”的10 倍，容量提高了15 倍，主要為海軍提供服務。

軍用通信的法寶

▲ 發射前的宇宙神-5 火箭頂部

▲ 第6 顆“先進極高頻”衛星任務海報

“先進極高頻”衛星是受保護系列軍用通信衛星的第三代，它融合了另兩類軍用通信衛星系統的特點，既能保障寬帶，又可保障安全性，是美軍新一代具有高防護性能的地球同步軌道軍用通信衛星，它可在包括核戰爭在內的各種規模戰爭中，為關鍵戰略和戰術部隊提供防截獲、抗干擾、高保密和高生存能力的全球衛星通信。

此次發射的第6 顆“先進極高頻”衛星的發射質量約6170 千克、入軌質量4100 千克，運行在赤道上方3.6 萬公里的地球同步軌道上，設計壽命14年，其星地上行頻率采用44吉赫茲極高頻，下行頻率采用20吉赫茲超高頻，星間鏈路頻率采用60吉赫茲極高頻。該衛星的信息傳輸能力或者說是通信容量是現役第二代“軍事星”的10倍，軍方操作人員所獲得的帶寬增大了5倍，支持戰術網絡的能力提高了2倍，且體積更小、更耐用，可處理更多的通信數據量，能夠支持戰術軍用通信。

“先進極高頻”衛星采用A2100 衛星平臺，為板箱式結構。其主體為長方體，兩側帶有兩個太陽能電池翼；裝有包括雙組元和單組元兩種發動機的雙模式推進系統，用于姿態控制；配有用于軌道轉移的4 臺霍爾電推進系統，因此可少攜帶很多推進燃料，裝載較多的有效載荷；還用電子管功率放大器（固態功率放大器）取代了大多數大功率軍用通信衛星所使用的行波管放大器，既提供了較高的保真度，也提高了整體的功率效率。

6 顆“先進極高頻”衛星之間利用卡塞格倫星間鏈路天線實現通信，該天線饋源能在60 吉赫茲的頻率上以5%的帶寬實現單脈沖跟蹤，其積分信道可以同時用于收發，差分信道只是用于接收的跟蹤信道。另外，每顆“先進極高頻”衛星使用許多指向地球的窄點波束來直接與用戶通信，可提供1 個全球波束、2 個調零點波束、4 個捷變點波束、24 個時分復用波束和6 個駐留波束。

軍事應用前景廣

▲ “先進極高頻”衛星上安裝的霍爾電推進系統（藍框內）

▲ “先進極高頻”衛星上的相控陣天線

現代戰爭中傳送雷達圖像需要更高的傳輸速率，例如“全球鷹”無人偵察機拍攝的雷達圖像，用“軍事星”傳輸需要4 天多，用“先進極高頻”衛星只需2 分鐘。如果用“軍事星”傳送未來的“空間雷達”衛星獲取的圖像，大約需要一個多月，而用“先進極高頻”衛星傳送僅需17 分鐘。

美軍已采購了幾千套地面終端，包括高、中、低不同數據率的便攜式移動和固定終端。地面系統的天線直徑最大的為3 米，最小的可做到幾厘米。除美國外，加拿大、荷蘭、澳大利亞和英國也可使用“先進極高頻”衛星，目的是一方面可以幫助美國鞏固盟友關系，另一方面還可以讓盟國分擔一部分運營成本。

目前，軍用通信衛星在戰爭中所起到的作用越來越大，理論和實戰均已證明，戰術通信衛星加上各種小型、輕量、便攜式移動通信終端，將成為未來軍用通信的重要組成部分。而“先進極高頻”衛星所具有的加密級別高、截獲概率低、抗干擾力強、不懼核戰爭等特點，似乎更能滿足未來戰爭的需求。