OneWeb 低軌道衛星系統及其軍事應用分析

王學宇，武坦然

（中國人民解放軍 63891 部隊，河南 洛陽 471000）

0 引言

低軌道衛星系統具備可擴展的覆蓋范圍、長距離的信號傳輸、受自然條件干擾小等特征，首先吸引了眾多商用通信衛星公司的青睞，英國一網公司的One-Web 系統作為全球首創并付諸實施的低軌道巨型星座衛星系統受到了全世界主要國家的關注；隨著低軌道衛星星座的發射入軌部署，低軌道衛星對地觀測分辨率高、巨型星座監視覆蓋能力強、互聯網星座網絡高、傳輸帶寬、低延遲等優勢迅速吸引了軍方的關注。本文通過針對OneWeb 系統的分析研究，重點分析其軍事應用潛力和戰場應用，以期為針對低軌道衛星系統的技術研究、裝備研制和電子防護等軍事應對提供情報參考。

1 OneWeb 衛星系統

1.1 系統組成

衛星系統通常劃分為空間段、地面段和用戶段3個組成部分。其中，空間段是指星座中的所有衛星；地面段通常由中心站、測控站、信關站及地面支撐網組成，負責對空間段的測控、網絡運行管理及用戶管理等功能；用戶段是指各類用戶終端，包括手持機、便攜站、車（機、船）載站、采集終端和固定站等。

1.1.1 空間段

OneWeb 系統的空間段即為星座系統，采用開放式架構，可在原有系統基礎上通過增加新衛星提升星座整體容量。

1）星座規劃

OneWeb 星座規劃已經歷多次修改，按照設計，目前星座布局應該包括6 372 顆LEO 衛星和1 280 顆MEO 衛星，截至2021 年11 月，具體情況如表1所示。

表1 OneWeb 衛星星座布局設計情況

當前，OneWeb 星座正在執行第一階段的發射部署，第一階段預計發射648 顆Ku/Ka 頻段衛星，分布在高度1 200 km、傾角87.9°的18 個軌道面，每個軌道面部署約36 顆衛星。后續，OneWeb 星座還將發射V 頻段分布在1 200 km、8 500 km 軌道高度的衛星。第一階段建成后的衛星星座即能夠覆蓋全球，如圖1所示。

圖1 OneWeb 衛星星座全球覆蓋示意圖（第一階段）

2）衛星基本情況

所有衛星由一網衛星公司負責設計和制造，當前每顆衛星的質量不大于150 kg，星上載荷包括2 個遙測天線、2 個Ku 波段天線和2 個Ka 波段天線，采用“太陽能板+鋰離子電池”供儲能系統，推進系統為氙氣電推進，采用發射后電推方式入軌，可在軌運行5 年左右，失效后通過可靠的氙氣電推進系統在5 年內將軌道近地點改為小于200 km，最終墜落大氣層中燒毀。圖2 給出了OneWeb 衛星近景視圖。

圖2 OneWeb 衛星近景圖

3）實際發射情況

截止2022 年2 月底，OneWeb 星座已發射13 批 共計428 顆衛星，如表2 所示。

表2 OneWeb 星座衛星歷次發射情況

1.1.2 地面段

根據設計方案，OneWeb 衛星之間沒有星間鏈路，整個系統采用的是“天星地網”組網方式，因此，需要在地面設置足夠多的信關站，才能保證對全球的無縫覆蓋。

按照目前的建設方案，OneWeb 系統在全球范圍內需要設置40 多個信關站，其中美國至少要有4 個信關站。每個信關站計劃配置10 幅以上的天線，每幅天線口徑為2.4 m 或更大。OneWeb 系統的地面段主要由美國休斯網絡系統（HNS）公司負責設計、研發和生產。截至2018 年4 月，信關站具體位置信息如表3所示。

表3 信關站具體位置信息表

1.1.3 用戶段

OneWeb 的用戶終端包括機載、車載、固定安裝等多種安裝模式，采用熱點覆蓋形態，將衛星調制解調、地面LTE/3G、Wi-Fi 熱點集成為一體，為OneWeb 用戶終端周邊一定區域內的用戶提供互聯網接入服務。圖3 給出了OneWeb 系統2 種用戶終端的照片。

圖3 OneWeb 系統的用戶終端

由于OneWeb 系統采用Ku 波段，衛星又是工作在低軌道上，因此，終端的小型化和廉價化成為可能。OneWeb 系統提供的通信服務比較適合個人與公共機構使用，推出的用戶終端也是小型化的，可以作為一個本地互聯網接入點，附近用戶能通過Wi-Fi 或蜂窩信號接入互聯網。為支持寬帶接入，OneWeb 系統用戶終端的天線口徑約為30～75 cm，可以是機械式雙拋物面天線或為低成本的相控陣天線，發射EIRP（衛星用戶鏈路）為29.9 Dbw（54 MHz）。

1.2 技術指標

OneWeb 系統當前正在部署第一階段1 200 km 軌道高度、87.9°軌道傾角的Ku、Ka 頻段衛星，從公開渠道尚無法獲取其他軌道高度、軌道傾角、頻段的衛星參數，推測V 頻段衛星還未進入制造階段，因此本節只針對星座系統第一階段進行介紹。

OneWeb空間段星座系統軌道參數如表4所示。從表格第2、3 列數據對比看，現階段648 顆衛星并不能平滑過渡到1 764 顆衛星，因此后續該高度、傾角軌道面上可能會引入其他工作頻段的衛星，或者非均勻部署。

表4 OneWeb 星座系統軌道參數表

衛星饋電鏈路（衛星和信關站之間的鏈路）采用Ka 頻段，用戶鏈路（衛星和用戶終端之間的鏈路）采用Ku 頻段，具體工作頻率如表5 所示。

表5 OneWeb 系統工作頻率表

OneWeb 系統設計每顆衛星上行50 Mbit/s，下行200 Mbit/s 的接入速度，單星吞吐量約為7.5 Gbit/s，整個星座總吞吐量為6～7 Tbit/s，由于采用低軌道，鏈路傳輸時延僅為30 ms，與地面網絡相當。2019 年2月，首批衛星發射升空后，7 月在韓國同用戶終端設計制造商——韓國Intellian 公司以及125 MHz 點對點通信（SCPC）測試調制解調器設計制造商——以色列Satixfy 公司聯合開展測試，地面終端連接速度最高達到450 Mbit/s，時延小于30 ms。

星座系統設計軌道高度為1 200 km，但衛星發射時并不是一次性發射到預定軌道高度。首批6 顆衛星被發射至約995 km 軌道高度上，此后4 個多月時間內，衛星經過在軌測試與軌道爬升，通過等離子體電推進系統最終爬升至1 200 km 的工作軌道。按照OneWeb最初公布的方案，后續任務中的衛星均將被發射至450 km 高度的軌道，再自主抬升至1 200 km 工作軌道。

1.3 工作方式

1）星座架構

目前，星座系統的架構形式基本以天星地網、天星天網和天地一體化系統為主，OneWeb 系統是天星地網的主要代表。天星地網架構中衛星以透明轉發方式，無星上處理及星間鏈路，地面段由信關站與用戶站組成，信關站利用光纜連接，為典型的彎管結構，用戶需依靠信關站接入地面核心網或建立通信。

2）衛星工作方式

每顆衛星產生16 個橢圓形用戶波速（工作在Ku頻段）和2 個饋電波速（工作在Ka 頻段），單顆衛星覆蓋范圍1 080 km×1 080 km，可以靈活地對地面特定區域進行連續覆蓋。其中，用戶鏈路采用一幅相控陣天線來產生16 個點波速；饋電鏈路采用兩幅指向可控天線，分別產生2 個饋電鏈路波速。OneWeb 衛星工作方式如圖4 所示。

圖4 OneWeb 衛星工作方式示意圖

3）用戶工作模式

OneWeb 用戶有2 種工作模式：

（1）用戶兩跳通信

返向鏈路：用戶終端→衛星終端→衛星→信關站（用戶鏈路→饋電鏈路）；

前向鏈路：信關站→衛星→衛星終端→用戶終端（饋電鏈路→用戶鏈路）。

（2）用戶跨星通信

用戶1→衛星終端1→衛星1→信關站1→信關站2→衛星2→衛星終端2→用戶終端2（用戶鏈路→饋電鏈路→骨干鏈路→饋電鏈路→用戶鏈路）。

OneWeb 衛星用戶的兩跳通信、跨星通信流程示意圖如圖5 所示。

此外，如果信關站無地面網絡且不與其他信關站相連，或者地面網絡連通效果不理想，可根據衛星網絡的路由算法利用多個衛星連續跨星轉發的方式。在圖5 中示意為：用戶1→衛星終端1→衛星1→信關站1→衛星3→信關站2→衛星2→衛星終端2→用戶終端2。

圖5 OneWeb 衛星用戶的兩跳通信、跨星通信流程示意圖

2 OneWeb 系統的軍事應用分析

2.1 低軌衛星星座的軍事應用潛力

1）提供高質量通信服務

一般在戰爭狀態下，地面通信基礎設施可能被戰爭摧毀，低軌衛星星座具有通信帶寬大、效率高、速度快、延時短的特點，可為無人機、飛機、直升機等移動裝備提供高質量的通信服務，使其擺脫陸基通信系統的限制，不再受山地、海洋、極地等地形及不良天候的影響，復雜電磁環境下的抗干擾、反劫持能力也將得到大大提高。因此，更適宜采用低軌星座通信的方式來確保其通信性能的穩定性。低軌星座的超低延時更可以保證監測圖像更快回傳，更快完成目標搜尋，保證任務順利完成。

2）強化偵察監視能力

低軌商業互聯網衛星可搭載多種載荷，結合重仿率高的優勢，對全球主要地區實現24 小時不間斷遙感監測分析。美軍依托其偵察監視技術上的絕對優勢，構建了全維全天候全時的立體偵察監視體系，戰場對其具有單向透明性。2019 年11 月，美國國防部先進技術研究局宣布將打造“莊家”系統，利用低軌道衛星對全球范圍進行監控。商業低軌衛星極有可能成為“莊家”系統的重要搭載平臺。利用商業低軌衛星搭載偵察監視載荷，將進一步強化美軍的偵察監視技術優勢。

3）提升導航定位能力

商業低軌衛星星座的應用，將進一步提升軍用導航定位系統的精度和抗干擾能力。導航定位能力的提升，將強化多域聯合作戰優勢?！岸嘤驊稹钡那疤崾峭ㄟ^強大的導航定位與信息通聯能力，將坦克、步戰車、自行火炮、直升機等裝備聯成一體，實現互聯互通，將使軍事作戰中的“全域機動”與“跨域協同”能力得到提升，多域作戰能力優勢得到強化。

2.2 OneWeb 系統的潛在戰場應用

1）大幅增強美軍指揮通信網的寬帶通信能力

OneWeb 項目可提供低成本、全球覆蓋的高速互聯網服務，若開展軍事化應用，得益于全球無死角的高速衛星互聯網的波束覆蓋，將大幅增強美軍的作戰通信能力。2019 年初，美國國防部新組建的航天發展局明確表示，將從OneWeb、SpaceX 公司等實施低軌道巨型衛星計劃的企業采購服務。OneWeb 系統能夠為全球用戶提供只有25 ms 的低延遲傳輸，比目前最尖端衛星通信250 ms 的延遲傳輸，整整提升了一個數量級，可作為戰區外發射遠程“發射不管武器”的末端導航控制平臺，或者未來機器人部隊與無人作戰飛機的數據交換平臺和節點。在近年來的幾場局部戰爭中美軍都征用了大量民用通信用于軍事指揮控制。毋庸置疑，戰時，OneWeb 系統必將被美軍征用。

2）通過搭載偵察傳感器構建全球無縫偵察網

目前，美軍雖然擁有眾多偵察資產，包括偵察衛星、偵察機、地面雷達站等，但這些資產并不是全球可達的。地面雷達和偵察飛機的作用距離限制了其對敵方國土腹地的偵察能力，目前部署的偵察衛星則無法保證全天時的偵察能力。而部署在低地球軌道的OneWeb 系統則可以合法地、全天時地在敵方上空保持一定數量的衛星，全天候全天時地“盯住”敵方的一舉一動，使敵方無所遁形。

3）為彈道導彈防御提供強大的支持

OneWeb 等低軌道巨型衛星系統一旦部署完成，若想通過洲際彈道導彈攻擊美國本土實現對等威懾的話，幾乎成了不可能完成的任務。一方面，OneWeb衛星可搭載導彈預警載荷，對敵方任何導彈發射進行預警；另一方面，必要時密布天空的OneWeb 衛星系統還可以作為攔截武器對途經附近的導彈進行攔截。彈道導彈防御的最佳方法就是在敵方導彈命中前將其摧毀，OneWeb 系統開創的低成本大載荷發射模式，使彈道導彈攔截的成功率和費效比大大提升。One-Web 系統的戰略意義，或將改變整個太空防衛格局。

4）為無人機蜂群作戰提供有力支撐

隨著戰爭形態加速向智能化演進，無人機集群作戰將成為未來作戰的重要形式。無人機集群通過自組織協同算法，實施廣域分布式多點多向突擊，對傳統防御系統提出挑戰。但是，無人機集群要遠距離作戰離不開衛星通信，現有的通信衛星無法保證全球覆蓋，而且時延較長，有時會在瞬息萬變的戰場上延誤戰機。OneWeb 系統憑借自身優勢有望克服這些弊端，為美軍無人機集群作戰提供作戰支持。更為關鍵的是，OneWeb 系統可憑借數據處理優勢，實施分布式計算，形成“天基云計算”平臺，通過飛行控制、態勢感知、信息共享、目標分配和智能決策，實現單架無人機能力的擴展以及集群整體作戰效能的顯著提升。

3 OneWeb 系統的軍事應對

3.1 預先開展太空互聯網攻擊技術和裝備研制

隨著大量商業低軌道衛星系統的部署，其目標監視、導航定位能力完全可以在平時、戰時轉變為軍事用途。美國國家偵察局商業圖像項目主任表示，美國國家間諜衛星服務于美國軍隊、國土安全組織與情報局，但美國國家偵察局希望利用商業低軌道衛星系統執行間諜衛星的功能。為此，該局將尋求能夠提供高分辨率圖像、快速刷新率和互補現象學的供應商組合，共同為政府分析師提供更全面的情報圖景。另外，美太空軍新成立的太空作戰分析中心，負責進行分析、建模、兵棋推演和實驗，以創建作戰概念和部隊設計指導，雖說太空作戰分析中心成立的初衷是導彈預警，但導彈預警與太空作戰并無實質性技術差別。作為軍事斗爭的重要組成部分，預先開展針對太空監視偵察衛星的對抗技術和手段勢在必行。

由于低軌道衛星系統衛星數量極其巨大，且低軌衛星成本低廉加之快速發射補星能力，利用陸基武器系統攻擊低軌道衛星基本不具備可能性。因此，需預先開展針對低軌道衛星系統的電子干擾、信息欺騙、網絡攻擊等攻擊技術和裝備研制，同步開展相關攻擊技術和裝備的試驗訓練技術和條件建設研究。

3.2 提升電子信息裝備的電子防護技術和能力

美國國防工業協會《國防雜志》編輯桑德拉·歐文在2022 年1 月的《SpaceNews》雜志上發表題為《太空與國家安全：2022 年展望》文章，他在文中指出，美國太空發展局計劃2022 年在低軌道發射第一批衛星，這批衛星將成為一個軍用巨型星座的基礎，到2026 年，該星座的數量可能接近1 000 個航天器。太空發展局將部署傳感器衛星以探測導彈和高超聲速武器，部署通信衛星以向作戰人員快速傳輸信息等。美軍在陸、海、空、天全方位目標監測系統支持下，長期以來保持優于對手的偵察監視能力，在新的太空低軌道衛星偵察監視系統加持下，對手的一舉一動都將無所遁形。為保持戰場生存能力以完成作戰目的，增強戰場裝備尤其是電子信息裝備的電子防護能力已迫在眉睫。

電子信息裝備和平時期規避對手偵察，積極獲取對手情報信息；戰時執行電子防護、電磁防御，保持戰術機動和電磁機動相結合，配合電子誘餌、陣地偽造和電子攻擊力量，抵消對手偵察效果，保持戰場信息體系完整；同時，可預先開展電子防護技術和裝備的試驗訓練技術研究，適當儲備相關條件建設基礎。

4 結束語

全球各主要大國高度重視太空低軌道衛星系統建設，在商業資本的強力推進和幕后軍事推手的合力作用下，以OneWeb、StarLink 為代表的低軌道衛星項目發展迅猛。本文通過分析OneWeb 衛星系統，尤其是其軍事和戰場應用，不難發現，一旦以OneWeb 為代表的低軌道巨型互聯網衛星系統應用于軍事領域，其軍事應用潛力不可估量，并可能影響戰爭模式和現有格局。因此，預先開展針對低軌道巨型互聯網衛星系統攻防兩方面的技術研究、裝備研制、試訓方法等準備工作已勢在必行。