美軍下一代通信衛星體系發展分析

2010年以來，在整個軍事航天領域彈性轉型的背景下，美軍基於面臨的作戰對抗環境和未來能力需求，開展了通信衛星領域的體系轉型論證工作。2017年至今，在前期論證、研究成果的基礎上，美國太空與導彈系統中心（SMC）密集發布了多項招標合同，從相關文件分析來看，下一代體系的建設構想已基本明確，面向防護目標的轉型思路也逐步清晰。

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具體實施情況

美軍將以「1+1+3」的模式來實施其體系轉型思路，即「1」是指下一代的戰略通信衛星研發項目，「1+3」是指下一代戰術通信衛星系統的1 項波形技術與空間、地面、用戶3個段的研發、升級與改造項目，5 個項目相互獨立但又互為支撐，以提高整個軍用通信衛星體系的防護能力為目標，分批、按序實施。目前進展較為順利，部分項目已進入研製合同招標階段。

1）戰略通信衛星研發項目：即美軍於2017 年啟動的「未來防護戰略衛星通信系統」（FPSS）項目，旨在探索「先進極高頻」（AEHF ）項目之後，專用型的防護戰略通信衛星系統的平滑演進發展方案，目前正處於論證過程中。美軍計劃於2019 年售出合同，2029 年一季度具備首顆衛星的發射條件。

測試中的AEHF 衛星

2）抗干擾戰術通信波形技術研發項目：即美軍於2012 年啟動的「軍用衛星通信防護系統經濟可承受性設計風險減低」（DFARR）項目，主要目的是開發一種新的抗干擾、大容量通信波形，稱之為「防護戰術波形」（PTW）。美軍組織了16家企業研發和測試PTW，已在WGS－6（2013 年）和銀河－18（Galaxy－8，2014 年）衛星上進行演示驗證，該項目於2014 年底結束，波形技術已宣告研發成功。

3）抗干擾戰術衛星通信用戶終端改造項目：即美軍於2014 年啟動的「防護戰術服務現場演示」（PTSFD）項目，主要目的是改造用戶終端，使之能傳輸PTW 波形，具體涉及終端數據機和加密模塊的研發，以及現役列裝的終端改造升級工作。美軍已於2016 年5 月向三家企業售出合同，開發量產型的PTW 數據機和加密模塊，於2018 年開始對美陸海空三軍現役的典型終端進行改造升級以及傳輸測試，將於2020 年提供完整的現役終端改造遷移方案。

4）抗干擾戰術衛星通信地面段升級項目：即美軍於2017 年啟動的「防護戰術企業級服務」（PTES）項目，旨在建立一套支持PTW 波形、終端和衛星的地面運行管理系統，具體包括密鑰管理系統（KMS）、任務管理系統（MMS）和主站設備（Hub）三大部分。美軍計劃於2019年發布正式的採購合同，於2023年完成對應1 個戰區和1顆WGS 衛星的地面系統建設，形成初始運行能力；2026年則將建立完整的全球地面系統，可服務最多10顆WGS 衛星，形成全運行能力。

5）抗干擾戰術通信衛星研發項目：即美軍於2017年啟動的「專用防護戰術衛星/ 服務」（PTS）項目，旨在論證、研製一型支持PTW 波形、具備星上處理能力的專用防護戰術通信衛星。美軍計劃2019年售出研製合同，2023－2025年進行首顆試驗衛星的在軌演示驗證，2030年建成完整的系統，具備全面的作戰支持能力。

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體系構想分析

根據論證情況來看，無論戰略還是戰術通信，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。

美軍通信衛星體系轉型框架

防護戰略通信

戰略通信方面，美軍計劃發展的專用型防護戰略通信衛星系統，將由4顆GEO軌道衛星和2顆大橢圓軌道（HEO）衛星組成，設計壽命14年。在部署初期，將通過星間鏈路與AEHF系統互聯組成混合星座。

（1）在防護性能方面

1）美軍計劃先發展一種專用於戰略通信衛星和導彈預警衛星的高生存能力衛星平台，具備最高級別的防護能力，該平台將採用抗核加固手段，在遠距離發生核爆炸情況下能堅持工作，在近距離發生核爆炸情況下能夠瞬時關機、屏蔽關鍵器件，之後可加電重啟，快速恢復之前的運行狀態；提升軌道機動能力，壽命期內至少能夠改變6次軌位，30天內可完成90°的軌位調整，而且能實現機動中仍保持通信；在地面無法控制時，具備一定周期內的自主運行能力。

2）在載荷方面，新衛星將配備防護態勢感知載荷，可實現對空間目標的抵近感知和預警，增強了追溯和抵禦反衛攻擊的能力，據悉，這一載荷也將配置在美軍未來GEO軌道部署的所有高價值衛星上；沿用AEHF衛星的高數據速率（XDR）通信波形，具備低探測率、低攔截率、抗干擾通信能力；採用符合國家安全局Suite A標準的加密機，具備保密通信能力。此外，預計也將繼續採用AEHF衛星的自適應調零天線、窄點波束等其他核心技術。

（2）在通信性能方面

防護戰術通信

戰術通信方面，核心在於抗干擾。美軍將依賴所開發的PTW波形，配合地面段和用戶終端的升級美軍通信衛星體系轉型框架改造，分階段完成防護戰術衛星通信能力的建設。

（1）核心波形技術

美軍歷時3年研發的PTW波形，是提升戰術衛星通信抗干擾能力的核心所在。PTW主要是通過耦合AEHF系統上採用的軍用XDR波形標準與廣泛採用的數字視頻廣播-衛星標準2（DVB-S2）商業通信標準，得到的一種新型通信波形。

它吸納了XDR波形中的跳頻擴頻（FHSS）抗干擾技術特點，同時採用DVB-S2商業波形的高頻譜利用率設計，取兩者的優化折中，可在大幅減輕戰術衛星通信的干擾效應的同時，提供較高的通信速率，滿足大容量的通信需求。

PTW一大特點是其不依賴於通信衛星體系架構，這就意味著，使用該波形，即使是不具備防護能力的WGS 衛星以及普通商業衛星，只要在終端更換調製解調設備（變為PTW數據機），並加裝加密模塊，就能夠實現良好的抗干擾水平。

（2）寬頻與商業衛星系統

寬頻系統方面，美軍計劃2018－2019年利用WGS衛星和海軍NMT、空軍GMT和陸軍WIN-T終端進行PTW波形傳輸驗證；2023年在單一戰區部署基於PTW的WGS 服務；2026年將在全球範圍內完成WGS系統的抗干擾通信服務部署。

商業系統方面，雖然完全部署和運行PTW的時間尚未公布，但可明確將在WGS系統改造完成、防護戰術衛星發射之前，完成相應的地面段和終端升級。而且隨著高通量衛星（HTS）的發展，未來，具備靈活載荷能力的商業衛星將提供更優的抗干擾通信服務。

（3）防護戰術衛星系統

美軍目前論證的有2種實現形式。一種是獨立的衛星星座：預計由4顆GEO衛星[覆蓋65°（S）～65°（N）] 和3顆HEO軌道衛星（主要覆蓋北極地區）組成，平均設計壽命10年，但無星間鏈路，通過地面關口站實現互聯互通。

另一種則通過有效載荷搭載方式或小衛星來實現：其中，有效載荷可搭載在商業衛星、美國的軍用/其他政府衛星以及盟國的衛星上，運行軌道包括GEO和HEO 軌道。搭載的載荷具體包括5種備選方案，分別實現區域性EHF頻段覆蓋、區域性Ka頻段覆蓋、點波束EHF 頻段覆蓋、點波束Ka頻段覆蓋，以及自跟蹤型Ka頻段覆蓋等。

在防護性能方面，上述衛星均將具備星上信號處理能力，同時採用最新的PTW波形和符合國家安全局Suite B標準的加密機，配合未來升級改造後的地面段與終端，可實現比增加了防護功能的WGS和商業衛星更強的抗干擾保密通信能力。

在通信性能方面，獨立星座單星容量均達到1.6Gbit/s，而搭載載荷與小衛星的容量則不低於400Mbit/s。需要指出的是，目前掌握的上述體系構想，均為綜合美軍官方招標、論證合同所發布信息所分析得出，但後續仍然有可能發生調整。

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