無人機衛星通信是指控制站與無人機之間、控制站與決策指揮中心等地面通信節點之間,經過衛星中繼轉發構成通信鏈路的通信形式。無人機衛星通信應用于軍事作戰能夠大幅提升戰場感知態勢和裝備作戰效能,具有重要的軍事戰略價值,是當前軍用領域不可替代的核心通信手段之一。
無人機運用衛星通信的優勢
無人機衛星通信相較于無人機視距通信等通信方式,具有通信距離全球覆蓋、即時通信、可高速數據傳輸以及高穩定性與高可靠性等優點。
全球覆蓋與即時通信
衛星通信技術能夠實現無人機與地面控制站、與決策指揮中心等節點之間在全球范圍內的即時通信,確保在相隔幾千千米甚至上萬千米以外的無人機、控制站、決策指揮中心等多節點實時共享戰場信息,即時做出指揮決策與實時發送控制指令。
高速數據傳輸
衛星通信一般使用1KMHz~10KMHz的微波波段,具有很寬的頻率范圍,可在兩點間提供幾百、幾千甚至上萬條話路,提供每秒幾十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速數據通道。
高穩定性與高可靠性
衛星鏈路大部分是在大氣層以上的宇宙空間,傳輸損耗小,電波傳播穩定,不受通信節點間地理障礙物等自然環境限制和人為因素的影響。
俄烏沖突中無人機衛星通信作戰運用
自2022年2月24日俄烏沖突爆發以來,無人機衛星通信被運用于戰場中,對作戰進程產生愈發深遠的影響。
俄軍無人機衛星通信作戰運用
俄軍在俄烏沖突開始至現階段的行動中,大量使用了各型偵察、校射、察打等無人機裝備,并在沖突中取得了相當可觀的運用效果。其中,包括2022年沖突初期,俄多次運用“獵戶座”察打一體無人機成功打擊了烏營指揮所、觀察哨等目標以及打擊彈藥庫等高價值目標;2023年以來,運用“柳葉刀”無人機和“天竺葵”等無人機成功打擊了烏炮兵營和接裝技術保障分隊,以及烏防空指揮所、警衛連部、燃料庫等人員和裝備設施;2024年,更廣泛地運用民用FPV無人機成功打擊戰斗人員、裝甲目標、建筑掩體等戰果。但由于俄無人機衛星通信裝備的研制相對于美軍較為滯后,作戰運用中的各型無人機大多采用傳統的視距內無線電通信方式,屬于控制站與無人機之間的直接數據通信。俄安裝衛星通信“天狼星”察打無人機和S-70“獵人”察打隱身無人機尚在研制測試階段,公開的信息顯示,2023年月6月,“獵人”無人機首次打擊了烏軍部隊的軍事設施。俄軍衛星通信無人機參與的對烏行動表明“獵人”無人機已具備實際作戰能力。
對比由美國為主運用衛星通信技術無人機等前沿裝備支持烏軍作戰取得的實際效果,俄軍缺乏無人機衛星通信能力,在作戰半徑、續航時間、監控范圍、偵察精度等方面俄軍無人機還存在較大差距,難以實施運用無人機對戰場態勢的全面掌控和快速有效地對戰場時敏目標實施搜索、識別。因此,最近一段時期,俄加大了無人機衛星通信的研發力度,無人機衛通集群設備和察打一體無人機的研制方面均有進展。
在無人機衛通集群設備方面,2024年3月發布的信息顯示,俄依托國營航天集團和私營衛星制造商Sitronics集團等公司、企業加緊自主研發基于開放式自主識別系統(AIS)的無人機衛通設備,并于2023年發射100余顆通信衛星,用于提高無人機衛通作戰,以及無人化作戰的更廣闊運用。2024年 7月,俄國家航天集團下屬信使衛星系統公司與無人機制造商Geoscan集團進行試驗,通過在多旋翼無人機安裝的“Gonets”調制解調器和輕量級機載天線將位置和遙測數據傳輸到“信使”系統的FTP服務器上等試驗,實現了通過衛星控制無人機技術。
察打一體無人機的研制方面,俄除了加快“天狼星”和“獵人”長航時衛星通信無人機的生產和交付外,同時還在研制“牽牛星”、“更高”-M等重型衛星通信無人機,以彌補戰略偵察與打擊方面的不足。
烏軍無人機衛星通信作戰運用
俄烏沖突中,以美國為首的北約組織通過“星鏈”低軌衛星通信系統,為烏軍提供了大量實時、高價值的情報信息,包括俄軍的戰場態勢、軍事部署情況、指揮機構的具體位置以及對重要打擊目標的指示等。
“星鏈”的衛星通信服務覆蓋區域分布在89個國家和地區。俄烏沖突爆發僅兩天,SpaceX即在烏克蘭開通“星鏈”服務并提供“星鏈”終端,如圖5所示。烏軍根據獲得的情報,使用“星鏈”系統來指揮戰場上的無人機對俄軍的坦克裝甲地面部隊實施偵察和打擊。同時,這種通信能力也降低了俄羅斯對烏克蘭電力、通信等關鍵基礎設施進行打擊的實際效果,為烏軍爭取了更多的戰略主動。
在沖突初期,烏軍主要使用土耳其制造的TB-2察打一體無人機執行任務。在抵御俄軍在頓巴斯地區初步進攻中,TB-2無人機成功摧毀了包括“山毛櫸”和道爾M2防空系統、裝甲車輛、空地火炮、直升機、指揮所、通信站、補給車、艦艇等重要目標,而“星鏈”則主要承擔起無人機地面控制站與一線作戰部隊之間的通信橋梁作用,確保了信息的快速傳遞和準確執行。有消息稱改進后的TB-2S無人機,將衛星通信天線集成在機身前部的衛通艙室,能夠提升了通信效率和數據傳輸質量,以及無人機遠程作戰能力。
無人機衛星通信作戰運用特點分析
衛星通信因其數據傳輸速度快、應對傳統干擾能力強、傳輸距離遠等優勢在俄烏沖突中發揮了積極作用。
衛星通信助力無人機充分發揮作戰效能
俄烏沖突中雙方參戰無人機裝備并沒有處在世界頂尖技術水平,但沖突雙方在對抗的過程中越來越重視使用衛星通信提升無人機作戰能力乃至全局作戰的效能發揮。
沖突中,烏軍主要借助美軍RQ-4“全球鷹”和MQ-9A“死神”等高空長航時衛星通信無人機支援力量,在俄烏海上交戰地區持續巡邏,及時向烏方提供光學、雷達、電子等各類戰場情報信息,從而在戰場態勢掌控方面明顯優于俄軍,例如俄黑海艦隊旗艦“莫斯科”號遭烏軍導彈精確打擊,大概率為美軍無人機提供情報支持。此外,在“星鏈”衛星通信系統的支持下,烏軍保持了指揮控制通信通暢和戰場態勢信息感知與情報及時分發,能夠為交戰區提供應急網絡服務,對于維持戰場兵力協同起著關鍵作用。
俄軍使用的無人機大多缺乏衛通數據鏈的支持,難以運用無人機實施對戰場態勢的全面掌控,難以快速有效地對戰場時敏目標實施搜索、識別,限制了作戰效能的發揮。
發展低軌衛星是無人機運用的重要支撐
相較于傳統地球同步軌道衛星,低軌衛星具有較低的軌道高度,能夠實現更短的信號傳輸路徑,能有效降低時延,提高無人機通信的實時性和控制性。此外,由于低軌衛星更接近地球表面,受到大氣影響較小,能夠減輕信號干擾和阻塞,確保通信的穩定性和可靠性。俄烏沖突中,烏軍借助“星鏈”低軌衛星提供的全球衛星網絡支持,在通信和偵察等傳統軍事領域獲得了顯著優勢,更在無人機協同作戰方面取得了重要突破。
例如,無人機編隊可通過“星鏈”系統實時共享偵察數據、目標信息以及作戰計劃,建立高效的數據交換平臺,從而大大提高了作戰的精確性和效率。此外,“星鏈”系統能夠作為無人系統的通信中繼節點,為無人機提供強大的網絡硬件控制基礎,使無人機可以在遠離指揮部的情況下,保持與指揮部的實時通信,接受指揮部的遠程操控和指令下達。這一能力在復雜多變的戰場環境中尤為重要,能夠大大提高無人機的作戰靈活性和戰場生存能力。
技術水平限制衛星通信大規模運用
受傳輸時延、信號干擾、信息安全、星座組網規模等因素制約,當前衛星通信在實際運用中仍面臨著諸多挑戰。
俄烏沖突中,“星鏈”系統在表現出顯著通信能力的同時也存在著靈活性不足、信號不穩定、易被電子監測等問題。由于低軌衛星無法與地球保持同步運行,因此“星鏈”系統中衛星的覆蓋區域并不穩定,單顆衛星只能提供短暫的傳輸服務,信號傳輸要求通信終端與衛星能夠保持無障礙狀態,需要具有星間通信能力的多顆衛星才能完成對特定區域的穩定覆蓋。另一方面,“星鏈”終端在工作狀態下電磁輻射信號有泄露風險,俄軍的電子干擾和網絡攻擊也是造成“星鏈”系統信號傳輸不穩定的因素之一。同時,戰場上配置的“星鏈”終端數量有限,烏軍主要將其用來保障旅營級部隊或少數關鍵重要部隊,發揮作用有限,難以滿足大規模使用需求。
啟示與建議
俄烏沖突中無人機衛星通信作戰運用充分提升了無人機的實戰效能,凸顯了其在新型作戰力量中的重要地位。啟示我們發展衛星通信技術,打通無人機作戰信息交互全鏈路,充分發揮無人機作戰效能,是取得戰爭勝利關鍵手段之一。
構建無人機衛星通信網絡
建立以網絡為中心的衛星通信體系,依托大型高空飛行的無人機,利用其覆蓋范圍大的優勢,建立網絡“中樞”,發展成組網系統。
提高無人機衛星通信信息傳輸能力
隨著無人機載荷能力提高,無人機上需要傳輸的數據量越來越多,對寬帶衛星資源的需求愈來愈高。通過高性能寬帶衛通轉發器,滿足無人機數據寬帶傳輸需求。
提高無人機衛星通信安全性
無人機的使用環境更加惡劣,對通信鏈路的安全性要求更高,這就要求通信系統具備更加良好的抗干擾能力、電磁兼容性、低截獲概率、高安全性,保證無人機通信系統在惡劣戰場條件下穩定、可靠、安全工作。
結束語
俄烏沖突充分展現了無人機衛星通信作戰運用在現代戰爭中的巨大潛力,并以實戰經驗檢驗了無人機衛星通信技術的實戰效能,對于軍事無人機衛星通信領域的發展具有劃時代的意義。