美國戰(zhàn)術(shù)抗干擾通信衛(wèi)星體系最新發(fā)展研究

錢坤 趙爽 （北京空間科技信息研究所）

2023 年3 月8 日，美國天軍（USSF）太空系統(tǒng)司令部（SSC）宣布成功通過在軌衛(wèi)星演示了“防護戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務”（PTES），驗證了美國天軍抗干擾衛(wèi)星通信地面段能力。此次演示使用商業(yè)衛(wèi)星進行空中測試，首次集成PTES 項目所有端到端能力，標志著美軍圍繞戰(zhàn)術(shù)抗干擾通信衛(wèi)星體系建設又邁出了一大步。本文對美國近年來通信衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)抗干擾能力相關(guān)項目以及未來通信衛(wèi)星體系架構(gòu)發(fā)展情況進行闡述，并提出相關(guān)啟示。

1 美國發(fā)展戰(zhàn)術(shù)抗干擾通信衛(wèi)星體系的背景與動因

美國近年來軍事用天環(huán)境面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)，早前設計部署的軍事衛(wèi)星與商業(yè)衛(wèi)星不具備干擾對抗能力，是當前美國發(fā)展戰(zhàn)術(shù)抗干擾通信衛(wèi)星體系的最大動因。

軍事用天安全環(huán)境改變、傳統(tǒng)發(fā)展弊端顯現(xiàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)型

近年來，美國軍事航天領(lǐng)域面臨的內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生了巨大變化。一方面，軍事衛(wèi)星在戰(zhàn)場的應用十分廣泛，美軍對衛(wèi)星的依賴性日益增強，而由于國際空間競爭不斷加劇，美國空間安全受到前所未有的威脅，美軍認為，未來戰(zhàn)爭中電磁干擾和反衛(wèi)攻擊將成為必然。另一方面，由于傳統(tǒng)大型衛(wèi)星開發(fā)成本高昂，而近年來在預算緊縮的背景下，此類衛(wèi)星項目開發(fā)將受到影響，可能難以維持。在此背景之下，美軍以解決軍事衛(wèi)星的“安全”與“成本”問題為目標，開展了未來軍事衛(wèi)星體系轉(zhuǎn)型研究。

大容量通信的軍事寬帶與商業(yè)衛(wèi)星無干擾對抗能力

在美軍過往的判斷中，針對衛(wèi)星的敵對干擾只存在于極少數(shù)作戰(zhàn)場景，因此除了防護衛(wèi)星系統(tǒng)之外，其他系統(tǒng)均未發(fā)展相應能力。例如：“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）在研制中采用大量的商業(yè)技術(shù)，未配備應對干擾攻擊的防護手段。但現(xiàn)代戰(zhàn)爭中針對通信衛(wèi)星的干擾已成為常態(tài)，以2022 年爆發(fā)的俄烏沖突為例，俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)后，美國衛(wèi)訊公司（Viasat）所有在烏境內(nèi)的用戶終端全部遭受網(wǎng)絡攻擊而無法再使用；“星鏈”（Starlink）也曾一度遭受長達數(shù)個小時的干擾，后經(jīng)軟件升級解決了此問題。

美國近年來高度重視戰(zhàn)術(shù)通信對抗能力發(fā)展

為解決衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)通信對抗能力不足問題，美國近年來主要通過兩個方面的工作推進相關(guān)能力發(fā)展。一是通過演習演訓提升對抗手段。例如：2022 年10月，美國天軍舉行的首次“假想敵紅色陰影天空”系列演習，旨在開展增強天軍軍事衛(wèi)星通信操作人員應對強對抗威脅的能力訓練，演習訓練寬帶軍事衛(wèi)星通信操作人員識別、反應和解決對手對WGS 星座的干擾，演習訓練事件模擬了特定敵方干擾機試圖故意破壞WGS 上的通信的場景，而藍方則做出應對規(guī)劃并提供解決方案，將受影響的信號進行快速恢復。二是通過體系轉(zhuǎn)型與技術(shù)裝備發(fā)展提高抗干擾水平。主要以美軍目前正在推進建設的防護抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)開展，其包含一系列項目，同時也是美國目前整個軍事衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)型的重要組成部分，下文將主要對這方面情況進行闡述與分析。

“假想敵紅色陰影天空”系列演習中，美軍士兵正在調(diào)試天線

2 美國抗干擾戰(zhàn)術(shù)通信發(fā)展情況

美國軍事衛(wèi)星通信正從戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)兩方面轉(zhuǎn)型，戰(zhàn)略層面推行防護戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)載荷分離，戰(zhàn)術(shù)層面則通過改造升級使現(xiàn)役非防護衛(wèi)星系統(tǒng)增加防護功能。戰(zhàn)術(shù)層改造正在從波形、終端、地面段、空間段四個方面開展，其中波形改造已經(jīng)完成，地面段改造接近尾聲，終端和空間段仍在推進。

美國軍事衛(wèi)星通信正從兩方面轉(zhuǎn)型，重塑戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)體系

美軍關(guān)于下一代通信衛(wèi)星體系轉(zhuǎn)型發(fā)展的思路已基本明確，具體包括兩個方面的措施：一為戰(zhàn)略層面，主要通過“演進防護戰(zhàn)略衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（ESS）項目實施；二為戰(zhàn)術(shù)層面，主要通過“防護抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（PATS）項目實施。

戰(zhàn)略層面，防護戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)載荷分離（核常分離）。美軍于2017 年啟動的ESS 項目，旨在探索“先進極高頻”（AEHF）之后，專用型的防護戰(zhàn)略通信衛(wèi)星系統(tǒng)的平滑演進發(fā)展方案。

戰(zhàn)術(shù)層面，通過改造升級使現(xiàn)役非防護衛(wèi)星系統(tǒng)增加防護功能，核心在于抗干擾。美軍將依賴所開發(fā)的“防護戰(zhàn)術(shù)波形”（PTW），配合地面段和用戶終端的升級改造，以及發(fā)展專用防護衛(wèi)星分階段完成防護戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信能力的建設。至2030 年，美軍計劃逐步建成基于PTW 波形的通信衛(wèi)星體系，從而打造具備彈性、靈活性的多層次戰(zhàn)術(shù)抗干擾衛(wèi)星通信能力。

無論戰(zhàn)略還是戰(zhàn)術(shù)通信，美軍基本都以2030 年投入全運行為目標，將打造一個具備完善防護能力的大體系。

戰(zhàn)術(shù)抗干擾通過多項目并行推進，實現(xiàn)全面改造升級

美軍正在開展建設的PATS 是一個涉及多個項目的龐大體系，具體來說就是波形、終端、地面段、空間段四個方面改造的研發(fā)、升級與改造項目。

1）波形。美軍于2012 年啟動的“軍事衛(wèi)星通信防護系統(tǒng)經(jīng)濟可承受性設計風險減低”（DFARR）項目，主要目的是開發(fā)一種新的抗干擾、大容量通信波形，即PTW。美軍組織了16 家企業(yè)研發(fā)和測試PTW，已在WGS-6 和銀河-18（Galaxy-18）衛(wèi)星上進行演示驗證，該項目于2014 年底結(jié)束，波形技術(shù)已宣告研發(fā)成功。

2）終端。美軍于2014 年啟動的“防護戰(zhàn)術(shù)服務現(xiàn)場演示”（PTSFD）項目，主要目的是改造用戶終端，使之能傳輸PTW 波形，具體涉及終端調(diào)制解調(diào)器和加密模塊的研發(fā)，以及現(xiàn)役列裝的終端改造升級工作。美軍已于2016 年5 月向三家企業(yè)授出合同，開發(fā)量產(chǎn)型的PTW 調(diào)制解調(diào)器和加密模塊，于2018 年開始對美國陸海空三軍現(xiàn)役的典型終端進行改造升級以及傳輸測試，包括空軍陸軍反干擾調(diào)制解調(diào)器（A3M）以及海軍寬帶抗干擾調(diào)制解調(diào)器（WAMS）等相關(guān)計劃。

3）地面段。美軍于2017 年啟動的“防護戰(zhàn)術(shù)企業(yè)級服務”（PTES）項目，旨在建立一套支持PTW波形、終端和衛(wèi)星的地面運行管理系統(tǒng)，具體包括密鑰管理系統(tǒng)（KMS）、任務管理系統(tǒng)（MMS）和主站設備（Hub）三大部分。美軍目前已經(jīng)發(fā)布正式的采購合同，原計劃2023 年完成對應1 個戰(zhàn)區(qū)和1 顆WGS 衛(wèi)星的地面系統(tǒng)建設，形成初始運行能力，目前預計延期到2024 年；2026 年則將建立完整的全球地面系統(tǒng)，可服務最多10 顆WGS 衛(wèi)星，形成全面運行能力。

4）空間段。美軍于2017 年啟動的“防護戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星/服務”（PTS）項目，旨在論證、研制一型支持PTW 波形、具備星上處理能力的專用防護戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星。美軍計劃2025 年前進行首顆試驗星的在軌演示驗證，2030 年建成完整的系統(tǒng)，具備全面的作戰(zhàn)支持能力。

綜合來看，上述幾個工程項目相互獨立但又互為支撐，以提高整個軍事通信衛(wèi)星體系的防護能力為目標分批、按序?qū)嵤壳斑M展較為順利，部分項目已進入研制合同招標階段。

地面段改造接近尾聲，預計2024 年具備初始能力

自2021 年8 月首次使用PTW 調(diào)制解調(diào)器的空中前向鏈路進行演示以來，美國天軍一直依托PTES項目的開發(fā)商波音公司開展PTES 項目演示試驗工作，目前這個工作已經(jīng)接近尾聲。2023 年3 月9 日，美國天軍成功通過一顆在軌運行衛(wèi)星和測試終端進行了PTES 項目演示，驗證了美國天軍抗干擾衛(wèi)星通信地面段能力。這次演示在美國馬里蘭州阿伯丁試驗場的聯(lián)合衛(wèi)星工程中心進行，是PTES 項目首次集成所有端到端能力，進行了包括加密初始化、獲取與登錄密鑰、任務管理和性能監(jiān)控等任務，很好地模擬了用戶通過PTW 終端接口訪問現(xiàn)場部署設備的場景，演示測試了PTW 抗干擾能力。美國天軍太空系統(tǒng)司令部戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信采購主任稱：“此次成功演示是展示PTES 初始能力和接近交付這些關(guān)鍵通信工具的重要一步，將大大增強美軍在競爭環(huán)境中保持通聯(lián)的能力。”美國天軍表示，PTES 有望在2024 年發(fā)射第11 顆WGS 衛(wèi)星時達到初始運行能力。

WGS-11 衛(wèi)星

3 結(jié)論

未來戰(zhàn)爭針對通信衛(wèi)星的干擾呈常態(tài)化趨勢，美軍目前已形成了按照防護能力劃分層級構(gòu)建的未來通信衛(wèi)星體系架構(gòu)，正在按部就班地推進中，但從目前的發(fā)展計劃來看，其發(fā)展轉(zhuǎn)型采用了平滑演進的方式，因此新系統(tǒng)的建立還需較長時間。

未來戰(zhàn)爭衛(wèi)星通信干擾對抗成為常態(tài)，抗干擾能力需求持續(xù)提升

從近年來爆發(fā)的局部沖突和作戰(zhàn)行動看，針對通信衛(wèi)星的干擾已常態(tài)化。在這一背景下，美軍將通信衛(wèi)星與預警衛(wèi)星列為軍事航天領(lǐng)域的第一批推動體系轉(zhuǎn)型，從其已開展的工作來看，范圍廣、力度大，是21 世紀以來軍事通信衛(wèi)星領(lǐng)域最重大的發(fā)展思路轉(zhuǎn)變，將影響其未來十年甚至數(shù)十年的通信衛(wèi)星裝備體系建設。此外，包括英、法等在內(nèi)的諸多盟國均已明確提出在各自下一代衛(wèi)星中也增加更強的防護需求。可預見的是，全球軍事通信衛(wèi)星能力發(fā)展將進入一個新的階段，必須引起重視和關(guān)注。

按照防護能力劃分層級構(gòu)建新體系，全面提升戰(zhàn)術(shù)通信保障能力

綜合公布的論證情況來分析，美軍將開展至少涉及防護、寬帶、商業(yè)三大系統(tǒng)的綜合改造工程，其通信衛(wèi)星體系也將從當下解決“有或無防護能力”問題的兩層式架構(gòu)，形成“防護手段由簡單到復雜”“防護能力由弱至強”的多級別防護架構(gòu)，從而轉(zhuǎn)變幾十年來按照應用類型發(fā)展相互獨立的軍事通信衛(wèi)星的思路。在美軍未來計劃建成的體系中，最頂層是專用的戰(zhàn)略通信衛(wèi)星，屬于美國戰(zhàn)略保底能力組成部分，具備防御反衛(wèi)攻擊、抗核加固等功能；中間層是專用的戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星或載荷，通過星上處理并配合新建的地面段和用戶終端，具備應對敵方強干擾攻擊環(huán)境下的通信能力；最底層是傳統(tǒng)的寬帶和商業(yè)系統(tǒng)，具備常規(guī)作戰(zhàn)環(huán)境下規(guī)避和抑制普通干擾攻擊的能力。

美軍采取平滑演進的轉(zhuǎn)型方式，新體系轉(zhuǎn)型發(fā)展還需較長時間

綜合來看，美軍通信衛(wèi)星體系的轉(zhuǎn)型將是一場顛覆性的軍事能力改革，現(xiàn)有狀態(tài)與目標能力之間差距巨大。另一方面，美軍開始通信衛(wèi)星體系轉(zhuǎn)型論證之時，正值奧巴馬政府實施“預算緊縮”政策、美國國防預算整體下滑期，2013 年和2014 年，僅原空軍航天司令部就削減了10 億美元，接近于3 顆WGS衛(wèi)星所需的資金，加之傳統(tǒng)的防護通信衛(wèi)星成本遠超其他幾大系統(tǒng)，因此當時空軍組織的論證都嚴格秉承“經(jīng)濟可承受性”原則：一方面探索以最小代價改造現(xiàn)役非防護通信衛(wèi)星系統(tǒng)，最大化提升其抗干擾能力；另一方面積極考慮有效載荷搭載等低成本部署方案。受此影響，美軍采取的是分步走的策略，將WGS、商業(yè)衛(wèi)星的升級改造落實到2025、2030 年等節(jié)點。因而，截至目前，除了PTW 波形技術(shù)研發(fā)已成功、PTES 項目穩(wěn)步推進之外，大部分工作仍處于方案研究、風險減低階段，預計其通信衛(wèi)星體系的轉(zhuǎn)型是一個中長期的過程。