美國“先進極高頻”軍用通信衛星系統現狀及其應用

崔瀟瀟 鐘江山 趙煒渝 魏晨曦 胡旖旎（北京跟蹤與通信技術研究所）

軍用衛星通信具有覆蓋范圍廣、容量大等優點，能更好地滿足戰場信息傳輸需求。美國擁有先進的軍用衛星通信技術，建造了一些典型的軍用衛星通信系統，并應用于戰場信息傳遞，為指揮機關的實時決策提供依據。為了在軍事對抗中保持優勢，近年來，美國不斷發展新技術，在信息對抗中始終處于主導地位。現階段，美軍重點發展的新一代軍用衛星通信受保護系統是“先進極高頻”（AEHF）衛星通信系統。

1 AEHF衛星系統部署

美國軍用通信衛星分為寬帶、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話音或低速率通信的用戶，以及移動用戶和小型終端的用戶。

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”（Milstar）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（EHF）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1.5Mbit/s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AEHF替換“軍事星”。

AEHF由洛馬公司（LM）研制，是受保護系列軍用通信衛星的第三代，又稱為第三代“軍事星”。該系統由6顆軍用通信衛星組成，用來取代第二代“軍事星”系統，可提供EHF范圍的上行鏈路/交叉鏈路功能和超高頻（SHF）范圍通信。它由美國空軍的空軍太空司令部（USSPACECOM）操作。

AEHF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（GEO）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。

目前，AEHF的6顆衛星已經全部發射，創建了一個交互連接（crosslinked）的星座，這標志著該系列部署工作的完成。AEHF支持廣泛的任務，例如，戰略核行動、特殊行動、戰區導彈防御、太空行動和情報。

AEHF－1原計劃于2007年發射，但由于諸如關鍵密碼要求之類的困難被推遲。2010年8月14日，AEHF－1由聯合發射聯盟公司（ULA）用宇宙神－5－531（Atlas－5－531）運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發射。2011年10月，衛星到達目標軌道， 2012年3月，該衛星開始服役。

2012年5月4日，AEHF－2由ULA用宇宙神－5火箭發射升空。火箭助推器由RD－180發動機提供動力，“半人馬座”（Centaur）的上面級由普惠公司（P&W）的Rocketdyne RL10A發動機提供動力。

2014年9月18日，AEHF－3由ULA公司用宇宙神－5火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角的SLC－41號工位上發射。該衛星提供衛星在SHF和EHF頻段上的通信。

2018年10月17日，AEHF－4由ULA公司用宇宙神－5火箭從卡納維拉爾角空軍基地發射。該衛星配置了基帶處理載荷、星上加密機、調零天線、相控陣天線、星間鏈路等多種先進技術手段，具備高加密級別、低截獲/探測概率、抗核閃爍等基本特征，將進一步鞏固美軍戰略與戰術保密通信能力。從軌道配置來看，前3顆AEHF衛星分別定點在非洲、南美洲和亞太上空，新發的AEHF－4衛星繼續部署在亞太區域，為該地區軍事行動提供有力保障。

2019年8月6日，AEHF－5由ULA公司用宇宙神－5火箭發射升空。該衛星將為美軍提供安全和抗干擾的通信服務。美軍成功部署其第5顆AEHF衛星，標志著該系統空間段建設進入尾聲，也客觀上加劇了新體系轉型研發工作的緊迫性。

AEHF－2由宇宙神－5火箭發射升空（來源：ULA）

測試中的AEHF－4（來源：Lockheed Martin）

2020年3月26日，AEHF－6由ULA公司用宇宙神－5－551運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發射升空。目標軌道遠地點35298km、近地點10876km、傾角13.9°。551型是宇宙神－5系列運載能力最強的型號，設5臺固體捆綁，采用5m直徑整流罩。

這是美國太空軍這一新軍種自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。2020年12月，美國太空與導彈系統中心將AEHF－6衛星的運控權移交給太空作戰司令部。同海軍陸戰隊隸屬于海軍部一樣，天軍仍放在空軍部之下。AEHF－6的發射標志著該系列部署工作的完成。

2 AEHF衛星有效載荷

AEHF通信衛星用于為美國國家領導人及陸海空部隊提供高生存能力和有保護的保密通信，可為美國戰略部隊、空軍空間預警資源和作戰部署部隊提供快速全球覆蓋。

其抗干擾有效載荷包括：機載信號處理載荷，射頻設備，交叉頻帶的EHF/SHF通信天線，A2100航天器必不可少的路由和控制軟件及硬件。來自衛星的天線波束是電子可控的，可以從信道到波束進行映射，以實現所需的傳輸容量。衛星可以交叉鏈接，以實現來自不同地面網關的全球通信。戰術通信系統的優點是體積小、移動終端少、動態路由和檢測概率低，可提供戰術軍用通信，包括地圖和戰場實時視頻。衛星還提供其他重要的可生存、持久和受保護的通信，并應對網絡威脅。

為了滿足戰爭的特殊需要，AEHF上一共攜帶有14副天線：1副EHF上行相控陣天線，2副SHF下行相控陣天線，2副V頻段（60GHz）星間鏈路天線，1副上/下行收發公用全球覆蓋喇叭天線，2副上/下行收發公用調零天線（用于自適應調零和扛干擾），6副上/下行裝有平衡架的收發公用可旋轉碟形天線。

BPT－4000霍爾效應推進器

3 AEHF系統作戰能力高度聚焦對抗防護需求

洛馬航天系統公司負責AEHF衛星的空間和地面部分，包括任務控制和系統集成。AEHF系列衛星采用A2100M平臺，發射質量6168kg，入軌質量4100kg。AEHF系列衛星為板箱式結構，其主體為長方體，兩側帶有2副太陽電池翼；裝有包括雙組元和單組元2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臺霍爾電流推進器及電子管功率放大器（固態功率放大器）。

采用霍爾電流推進器提供動力

AEHF衛星由霍爾電流推進器提供動力，可少攜帶很多推進燃料，從而承載較多的有效載荷。AEHF采用的電推進系統包括4臺用于軌道轉移和位置保持的BPT－4000氖離子霍爾效應推力器，每臺霍爾效應推力器質量7.5kg，體積16cm×22cm×27cm，標稱功率4.5kW，標稱電壓350V，推力270mN，比沖950s。

“先進超視距終端系列”作為通信終端

與AEHF兼容的通信終端主要是美國的“先進超視距終端系列”（FAB-T），該系統旨在研制一系列適用于各種平臺的寬帶保密衛星通信終端。FAB-T能夠兼容未來波形，軟件和硬件也都采用了通用性標準。

通信技術較“軍事星”更為強大

在通信技術上，AEHF采用了上一代“軍事星”軍用通信衛星上擴頻、調頻、星間鏈路和星上處理等技術，增強了路由選擇能力。它能根據用戶優先級別為部署和作戰的部隊（作戰節點）提供點對點通信以及網絡服務，通過星間通信實現全球服務，并有非常強的戰場生存能力，減小了對地面支持系統的依賴程度，即便在地面控制站被破壞后，整個系統仍能自主工作半年以上。新的星間鏈路將在數倍于“軍事星”數據速率的條件下運行。

波音公司FAB-T終端

6顆AEHF衛星之間利用“卡塞格倫”（Cassegrain）星間鏈路天線實現通信。另外，每顆AEHF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。作為“軍事星”的接替型號，每顆AEHF衛星的總通信容量比由5顆衛星構成的整個“軍事星”星座還要大。

電子管功率放大器提供較高保真度及整體功率效率

AEHF還采用了相控陣天線、波束成形網絡、毫米波單元和電推進系統等一些新技術。AEHF通過電子方式來改變射頻波束的指向，因而其相控陣天線能很便捷地使用戶之間的波束瞬間跳變，衛星的上行相控陣天線可直接接收來自地面終端的信號。波束成形網絡可使AEHF線自動調零，以便對付潛在的干擾，而在波束覆蓋范圍內的合法用戶仍能正常使用衛星。

AEHF的容量是“軍事星”的10倍，大大增加了其覆蓋范圍，可提供跨海、空中和陸地任務戰的連接。AEHF系統由太空中的衛星、用戶終端和地面任務控制系統，以及相關的通信網絡系統組成。移動和固定控制站組成了高度可生存的任務控制部分，旨在監視衛星健康狀況，并提供監視和行動計劃。終端部分是固定終端和地面移動、機載、船舶和潛艇，以及所有合作伙伴的其他終端的網絡。衛星通信（SATCOM）僅獲取空軍終端、空間和地面部分，這3個網段使通信和數據傳輸的指定速率范圍為75bit/s～8Mbit/s。

4 AEHF系統特點

通過上述研究可以分析總結出AEHF系統具有以下幾項特點：

1）AEHF衛星是一種先進的抗干擾和核硬化衛星，旨在“為高優先級的軍隊提供可生存通信，以及全球性、受保護和抗干擾的通信”。該衛星提供的通信業務具有很強的抗干擾、抗截獲、高安全性、不易探測等特點，廣泛用于戰區指揮官的通信和指揮，可滿足實時圖像、戰場地圖和跟蹤數據等戰術軍用通信的需求，使得美國信息化戰爭有了“總指揮”。

2）AEHF的任務是為軍隊在地面、海上和空中的高優先級資產提供可生存的受保護通信，AEHF衛星具備更高的安全和自我保護等功能，它使得美國總統和戰斗指揮官能夠通過各級戰爭和沖突的各個階段控制其戰術和戰略力量。

3）AEHF系統將賦予軍隊指戰員在所有環境中（甚至區域核戰爭中）通信的能力。向美國位于全球任何地區的陸、海、空軍提供通信。每顆衛星都具有嚴格的抗干擾特性，可為部隊進行關鍵傳輸，無需擔心會被敵人干擾。除完成戰術任務之外，AEHF星座還將向美國國家指揮機構（包括總統會議等）提供關鍵的可持續、受保護的持久通信。

4）AEHF系統信息傳輸能力是第二代“軍事星”的10倍，軍方操作人員所獲得的帶寬將增大5倍，且體積更小、更耐用，可處理更多的通信數據量，從而能夠支持戰術軍用通信，同時還具有抗電子干擾、抗反衛星武器打擊等受保護功能。

5）AEHF衛星具有加密級別高、截獲與探測概率低、能穿透核武器引起的電磁干擾等基本特征。它能向中東地區的美國及盟國部隊提供安全通信。除了向美軍各部、戰略司令部和重要民事機構（如中央情報局）提供高度機密的通信能力外，AEHF－2衛星還為英國、加拿大和荷蘭部隊的高度機密需求提供服務。

5 結語

綜上所述，現代戰爭是陸、海、空、天、電的綜合對抗，戰場空間趨于多維和擴展，信息化戰場日益透明，需要一體化聯合作戰與體系對抗和網絡對抗，而這一切都離不開軍用衛星通信的支持。軍用衛星通信可以實時傳遞戰場信息，并將總部的命令安全準確地下發到各級指揮機關及士兵。美軍下一代軍用通信衛星體系的核心思路在于：推動防護戰略與戰術載荷分離，通過改造升級，使現役非防護衛星系統增加防護功能。戰略通信方面，未來將基于AEHF系統已經成熟的載荷技術，打造專用的防護戰略通信衛星系統，作為美軍構建戰略保底能力的核心基礎設施。我國要在未來的現代化戰爭中取得勝利，離不開軍用衛星通信的支持，因此，需要大力發展我國的軍用衛星通信系統，并采用先進的通信技術及抗干擾、抗截獲技術，在信息對抗中立于不敗之地。