星鏈技術在無人機作戰中的應用研究

曹淵哲 王家豐

自美國太空探索技術公司（SpaceX）的“星鏈”問世以來，世界各國開始著手打造屬于自己的低軌道星座衛星網絡。在烏克蘭危機中，星鏈技術與軍事的結合再成為各國研究討論的熱門話題。本文通過分析星鏈技術的特點和優勢，結合現階段無人機作戰的局限，總結提出現有或是未來星鏈技術和無人機的作戰深入結合的優勢，設想論證典型運用場景，進而對低軌衛星星座和無人機裝備發展提出建議。

星鏈計劃是SpaceX的一個項目，計劃于2019至2024年在太空搭建由約4.2萬顆衛星組成的星鏈網，并在2020年開始提供相關服務。但星鏈的意義不是簡單的提供網絡信息服務或為偏遠、不發達地區解決網絡問題，其背后有著更深層次的軍事意義。美軍曾利用星鏈系統進行無人機指揮測試，測試結果表明，星鏈系統有利于突破無人機通信瓶頸，可將完整殺傷鏈時間縮短至二十秒內，并使操作員同時指揮大量無人機執行集團化行動成為了可能。此外，自烏克蘭危機以來，星鏈系統已與無人機進行了一定程度的融合。事實再次證明，星鏈系統憑借其突破傳統通信衛星通信限制的優勢，已顛覆性地改變了無人機的作戰形式、作戰理念、作戰范圍等。為更好地提升無人機作戰能力，研究智能化戰爭背景下星鏈系統在無人機作戰中的運用問題已迫在眉睫。

星鏈的特點和優勢

星鏈技術實際上是利用大型低軌衛星星座從太空提供互聯網的技術，旨在利用非地球靜止衛星軌道（NGSO）部署大型星座，搭載更為先進的數字通信有效載荷、多波束天線，采用更高級調制方案和更復雜的頻率復用方案，以解決地面網絡覆蓋盲區問題。與傳統通信衛星相比，星鏈技術具有以下特點。

基數大、容量大、魯棒性好。近年來，世界各國都在發展反衛星武器，由此可見，未來戰爭中，雙方都會在第一時間內摧毀敵方現有衛星通信導航系統，以期癱瘓敵作戰體系。對于目前各國使用的通信導航系統，只需擊毀幾顆關鍵衛星即可破壞其整個作戰體系。但星鏈系統有著龐大的衛星數量，即使部分衛星被摧毀，剩余的衛星也依舊足以支撐整個作戰體系。同時，星鏈系統通過數量的優勢提高了自身整體的彈性，消除了個別小系統故障癱瘓導致的影響，加強了整個系統的魯棒性，極大地提高了戰場生存能力。

星鏈衛星的平板式設計

低成本。星鏈衛星的研發和制造過程都十分強調成本控制。研發方面，SpaceX公司提出的一系列科研工程方法，確保了在保證質量的情況下降低研發成本。用平板式設計大幅增加單次發射衛星數量，用霍爾推進器替代傳統推進器并采用稀有氣體氪為助推劑等方法，都在一定程度上降低了星鏈衛星的發射成本。此外，星鏈衛星在研發過程中充分考慮制造因素，通過設計與制造環節的交纏耦合，及時發現問題并調整，降低不合理設計可能產生的隱性成本。

速率高，延遲低。地球同步軌道衛星服務的時延約為477ms（用戶到地面信關站），實際使用中一般為600ms或更多，由于星鏈位于更低的軌道，用戶到衛星的實際時延降低到了25～35ms，幾乎與現有光纖通信網絡同等數量級。

用戶終端采用陣列式盤狀天線追蹤捕獲衛星，終端可布設于任何可對準衛星的地方，其自帶的電動馬達可用于自我跟蹤并調整方位角以最佳狀態對準衛星，目前一個用戶終端售價為499美元，提供50～150Mbit/s的接入速度和20～40ms的時延服務。SpaceX公司表示高性能的民用、海事、商用等版本服務在陸續推出中。無疑，其軍用版終端將具備更高的速率和更低的延遲。

星鏈衛星的全球覆蓋

全球覆蓋，范圍廣。雖然目前移動通信已經發展到5G，但是無論3G、4G或者5G，都是基于一定密度的地面基站提供服務的，地面基站極為有限的覆蓋范圍注定其無法運用于航空通信。現役軍用通信衛星覆蓋范圍遠遠無法滿足日益拓展的戰場范圍，在復雜戰場環境下的信號強度也難以保證，制約了包括無人作戰在內的諸多新作戰樣式的效能發揮。而星鏈系統憑借其環繞全球的衛星分布可以較好的解決此類問題，同時星鏈系統可以在全域范圍內保證相當可觀的通信速率，在需要時可以隨時調配衛星大幅提高重點地區的通信質量。

星鏈在無人機作戰中的應用需求分析

星鏈技術可以較好的解決現有的無人機遠距離鏈路通信路徑損耗大的問題。無人機數據鏈系統所面臨的最嚴峻的挑戰是信息長距離的傳輸，長距離的傳輸會給數據鏈系統的性能帶來極大的挑戰，最大的挑戰就是功率衰減和頻率效率降低。Wimax標準下的無線城域網（WMAN）接入技術，其信號傳輸半徑也只能達到50千米，而一般的航空數據鏈路要求覆蓋360千米的范圍，所以使用傳統的無線通信鏈路來實施長距離的測控和傳輸會造成嚴重的功率衰減和極低的頻譜效率。WiMAX網絡在0.9千米的范圍里僅能實現3bps～5bps/Hz的頻譜效率，而對于無人機超視距而言，頻譜效率將會更低，難以滿足視頻、圖像、戰場態勢實時回傳的需要。除此之外，信息的長距離傳輸會增加系統誤碼率、減少接收機信噪比、增加數據包的丟失概率。而星鏈衛星低軌部分使用V波段，以其低軌道、高密度優勢，可以最大限度在保證無人機作戰半徑情況下，實現低衰減、大容量、低延遲通信。

星鏈技術可以改變目前無人機單機作戰多、聯合作戰少的作戰模式。如烏克蘭危機中，烏軍使用TB-2無人機摧毀俄坦克、俄軍使用柳葉刀巡飛彈打擊烏軍裝甲車等報道已屢見不鮮，而出動海雕等無人機執行戰場偵察任務更是司空見慣，但這些使用都是相對簡單的單機作戰行動，無人機協同作戰的案例則相對較少，無人機作戰使用仍高度依賴單個兵器的技戰能力，多平臺、體系化、綜合性的協同使用尚未成型。

在現行作戰場景下，無人機與地面炮兵或航空兵部隊協同作戰已成為常態，無人機主要用于目標指示、火力校正等任務，此類任務以戰術打擊為目的，距離諸兵種聯合空地協同、信火一體的作戰運用仍有較大差距。制約無人機協同作戰的關鍵因素就是缺乏強有力的通信鏈路支撐。無人機現有通信鏈路僅限于簡單無人機狀態回傳、控制指令發送以及預置程序執行支撐，遠遠達不到多機協同、戰場態勢實時回傳與智能決策，而星鏈恰好可以滿足這些需求。

星鏈技術可以一定程度上使現有衛星通信系統易被癱瘓，短時間內發射備份衛星難度大的問題有所改觀。現代戰爭中，癱瘓對方通信網絡是破壞敵作戰體系最直接有效的辦法。現有衛星通信系統抗打擊能力低，只需要摧毀某一顆或幾顆衛星，就可使其衛星通信網絡癱瘓。所以現有衛星通信系統在未來無人機作戰中發揮的作用相對有限，無人機作戰效能將被極大削弱。反觀星鏈系統，其高密度、低成本、高彈性的優勢，極大地提高了戰場生存能力，最大程度避免了衛星通信網絡被敵癱瘓的可能。

星鏈技術典型運用場景

作為無人作戰全球全域指揮控制的“天基大腦”。全域作戰強調的是基于領域的不對等作戰，即用壓制性的方式破壞對方的作戰體系。星鏈未來的發展就可以讓指揮官做到使用聯合全域的無人裝備的指揮控制系統，與其他力量跨域協同，根據作戰任務和作戰環境分配作戰資源，綜合運用各領域的力量，使敵作戰體系崩潰癱瘓。星鏈系統與無人裝備的結合使在陸、海、空、太空甚至網絡、電磁域的作戰更加多維化，立體化。星鏈也成為建立完善全球視野，進一步實現全域作戰指揮控制的第一步。

星鏈體系可作為無人作戰的“天基大腦”

作為無人機蜂群作戰的“云端控制中樞”。蜂群作戰是智能控制下的新型戰術戰法，無人機蜂群作戰系統是由大量的無人機組成。但目前無人機作戰在數量上仍沒有達到不對等作戰的需求。為了真正的實現蜂群作戰，無人機群想要通過人工的控制是幾乎無法實現的，只能通過優化軟件算法，通過星鏈系統進行龐大數據量的信息交互，從而在態勢感知、集群編隊、火力打擊、毀傷評估等方面形成屬于蜂群的絕對優勢。無人機蜂群的各個功能分區通過單機的軟硬件和星鏈系統的結合，使無人機蜂群作戰智能化。星鏈構建的智能化網絡用于無人機蜂群的智能作戰決策也將大大縮短無人機作戰的閉環時間，從而提升無人蜂群的作戰能力。

作為戰術無人中繼平臺和有人機之間的“數據神經元”。2014年DARPA發布的體系集成技術和試驗項目計劃研究了一種靈活快捷的方式，將單個武器系統的能力分散加裝到多個有人和無人平臺上去，并使其快速成為戰斗體系。這為有人機和無人機的協同提供了新思路，即一架有人機與多個無人平臺協同，在無人平臺上裝載可以為有人機提供服務的載荷，如電子對抗、通信設備等。

作為自殺式無人機的“千里眼”和“指路人”。自殺式無人機或將成為地面分隊的必要裝備，不僅能夠提供支援也能作為獨立進攻的工具。通過星鏈的衛星導航和自身的慣導等，既可以使自殺式無人機在無法進行攻擊時安全返航，也能在發射以后通過衛星進行控制，在星鏈大基數優勢下進行計算將圖像反饋給操作員，充分發揮其彈藥性能，提高毀傷效果，進行精確打擊，使殺傷鏈路閉合更加快捷。

烏克蘭危機中俄軍使用的shahed136自殺式無人機

裝備發展建議

自主研發建設星鏈系統。目前，擁有一定基數的獨立自主的近地軌道衛星系統，是國家安全建設和社會發展的前提和保障。未來戰爭一定是全域的戰爭，是信息鏈主導下的陸、海、空、天、網絡、電磁多維一體化的戰爭。太空的資源有限且又支配著戰爭的走向，所以需要思考探究星鏈系統的研發和發展，從本質上確保其戰時的安全性、可靠性。其次，推進我國航天事業的建設，積極推進新時代航空航天體制改革，鼓勵創新理念，加快航天領域的尤其是近地軌道衛星互聯網的發展。最后，在確保獨立自主的同時，統籌規劃好國家航天發展格局，充分發揮制度優勢，利用先進技術，筑造太空能力。

推進無人機機載系統、地面指揮控制系統標準化。無人機機載系統以及地面控制站的標準化、兼容化是現階段無人機發展的主旋律。不論是長航時的戰略無人機還是微型的戰術無人機，一個靈活的、兼容的無人機指揮控制系統不僅能提高無人平臺的感知能力，還能高效地協同無人機編隊或蜂群之間的指令執行，進一步提升無人機作戰效能。機載系統和地面指揮控制系統的標準化和兼容化，使不同機型組成的編隊或蜂群中每個或數個單機有不同的飛行任務，提高了整個無人作戰系統的靈活作戰能力，也提高了抗毀傷能力。

研發新型鏈路安全技術，提高抗干擾、防誘騙能力。復雜戰場環境下，無人機數據鏈面臨著極為嚴峻的挑戰，傳統的擴頻跳頻通信無法滿足可靠性要求，其避開并避免非惡意干擾的能力、抵抗惡意干擾的能力亟待有大的突破。需要加快在低功耗MIMO系統集成、無人機數據鏈系統與衛通系統及其他無線通信系統整合，以及發展新的協作通信方式等方面的研究與攻關，以尋求更加靈活、適應性更強的方法來提高無人機的抗干擾能力，保證鏈路通信質量。

結語

星鏈技術在未來的聯合全域戰場上能夠發揮的作用是毋庸置疑的。星鏈技術將戰場空間立體化、高維度化，使己方能夠站在更高的維度取得壓倒性的優勢。如果能夠保證一定數量的終端存在，就可以實現戰場的指揮控制一體化，突破無人機通信瓶頸，大大縮短無人機作戰決策閉環時間，允許無人機大規模集團化出動，真正實現無人作戰、智能化作戰，將無人裝備深入融合到作戰體系中去，極大釋放無人機戰爭潛力。應把握時機，緊前布局低軌衛星星座計劃，集中力量加緊關鍵技術攻關，搶占更多太空戰略資源，進一步加強天基通信組網能力，加速軍隊的信息化智能化建設，構建軍隊智能化的新發展格局，備戰未來，打贏未來。