美太空军首秀，先进极高频卫星星座建成

文/ 庞之浩

▲ “先进极高频”在轨飞行示意图

北京时间2020 年3 月27 日凌晨4 点18 分，美国用宇宙神-5 运载火箭成功把第6 颗“先进极高频”军用通信卫星送入太空，这是“先进极高频”卫星星座的最后一颗卫星，此次发射标志着该星座正式组建完成。同时，这也是美国太空军自2019 年12 月成立后的首次太空军载荷发射任务，而且是在新冠肺炎疫情日趋严重的情况下进行的，因此显得较为特殊。

“先进极高频”卫星的主承包商是洛·马公司，有效载荷由诺·格宇航创新系统公司提供，之前的5 颗分别于2010 年8 月、2012 年5 月、2014年9 月、2018 年10 月、2019 年8 月发射入轨。本次发射中，中途因地面系统液压油泵阀控箱的放大器电路插板故障而叫停，经技术人员紧急排查后，宇宙神-5 火箭顺利点火升空，发射时间比原计划推迟了80 分钟。

美国的三类军用通信卫星

美国军用通信卫星是目前世界上最先进的军用通信卫星，它分为宽带、受保护和窄带三类。宽带军用通信卫星系统强调大容量；受保护军用通信卫星系统着重抗干扰、保密及核生存能力；窄带军用通信卫星系统则重点支持需要语音或低数据速率通信的用户，以及移动用户和小型终端的用户。

在宽带军用通信卫星系统方面，美国先是陆续发射了三代“国防卫星通信系统”卫星，以及装载在“特高频后继星”上的“全球广播业务”系统。这些卫星数据传输速率较高，主要用户是固定和移动的陆基终端，还有一些大型军舰和飞机上的终端等，用于为美国指挥机关和作战部队之间提供高质量的保密通信和高速数据传输。从2007 年起，美军开始逐步用“宽带全球卫星通信”卫星替换“国防卫星通信系统”卫星和“全球广播业务”，其信息传输能力是“国防卫星通信系统”的10 倍，工作寿命10 ～15 年，为三军提供通信支持。该卫星工作在X 频段和Ka 频段，能够提供其他军用通信卫星系统所不能提供的许多重要作战特征，为美军及其联军在目前世界上所有战区提供高容量X 频段和Ka 频段通信，极大地提高美军在Ka 和X 频段的通信能力，增强美军士兵执行海、陆、空任务的能力。

▲ 第6 颗“先进极高频”卫星发射升空

▲ 吊装第6 颗“先进极高频”卫星

在受保护军用通信卫星系统方面，美国先是陆续发射了6 颗“军事星”卫星，这是世界上首颗采用数字处理和调频技术的卫星，抗摧毁和生存能力强。前2 颗为第一代“军事星”，采用了抗核加固、抗干扰和极高频等技术，具备在核战争条件下的生存能力。后4 颗为第二代“军事星”，放弃了核加固能力，以降低制造费用和难度，但在第一代“军事星”192 条低速率信道的基础上增加了32 条每秒1.5 兆比特的中速率信道，以适应当前战术用户的需求；还增加了自适应调零天线，具有很高的灵活性和抗干扰、防截获、防侦收能力。从2010 年起，美军开始逐步用“先进极高频”替换“军事星”，其容量是“军事星”的12 倍，可同时用于战略和战术通信。

▲ 第6 颗“先进极高频”卫星任务徽标

▲ 发射第6 颗“先进极高频”卫星的宇宙神-5 火箭箭体上首次印上了美国太空军的LOGO

在窄带军用通信卫星系统方面，美国先是陆续发射了多颗“舰队卫星通信”卫星、“租赁卫星”和“特高频后继星”。其中“特高频后继星”先后发射了11颗，每颗可提供39 个信道，并为舰队广播业务提供高保密链路。从2012 年起，美军开始逐步用“移动用户目标系统”替换“特高频后继星”，其信息传输能力是“特高频后继星”的10 倍，容量提高了15 倍，主要为海军提供服务。

军用通信的法宝

▲ 发射前的宇宙神-5 火箭顶部

▲ 第6 颗“先进极高频”卫星任务海报

“先进极高频”卫星是受保护系列军用通信卫星的第三代，它融合了另两类军用通信卫星系统的特点，既能保障宽带，又可保障安全性，是美军新一代具有高防护性能的地球同步轨道军用通信卫星，它可在包括核战争在内的各种规模战争中，为关键战略和战术部队提供防截获、抗干扰、高保密和高生存能力的全球卫星通信。

此次发射的第6 颗“先进极高频”卫星的发射质量约6170 千克、入轨质量4100 千克，运行在赤道上方3.6 万公里的地球同步轨道上，设计寿命14年，其星地上行频率采用44吉赫兹极高频，下行频率采用20吉赫兹超高频，星间链路频率采用60吉赫兹极高频。该卫星的信息传输能力或者说是通信容量是现役第二代“军事星”的10倍，军方操作人员所获得的带宽增大了5倍，支持战术网络的能力提高了2倍，且体积更小、更耐用，可处理更多的通信数据量，能够支持战术军用通信。

“先进极高频”卫星采用A2100 卫星平台，为板箱式结构。其主体为长方体，两侧带有两个太阳能电池翼；装有包括双组元和单组元两种发动机的双模式推进系统，用于姿态控制；配有用于轨道转移的4 台霍尔电推进系统，因此可少携带很多推进燃料，装载较多的有效载荷；还用电子管功率放大器（固态功率放大器）取代了大多数大功率军用通信卫星所使用的行波管放大器，既提供了较高的保真度，也提高了整体的功率效率。

6 颗“先进极高频”卫星之间利用卡塞格伦星间链路天线实现通信，该天线馈源能在60 吉赫兹的频率上以5%的带宽实现单脉冲跟踪，其积分信道可以同时用于收发，差分信道只是用于接收的跟踪信道。另外，每颗“先进极高频”卫星使用许多指向地球的窄点波束来直接与用户通信，可提供1 个全球波束、2 个调零点波束、4 个捷变点波束、24 个时分复用波束和6 个驻留波束。

军事应用前景广

▲ “先进极高频”卫星上安装的霍尔电推进系统（蓝框内）

▲ “先进极高频”卫星上的相控阵天线

现代战争中传送雷达图像需要更高的传输速率，例如“全球鹰”无人侦察机拍摄的雷达图像，用“军事星”传输需要4 天多，用“先进极高频”卫星只需2 分钟。如果用“军事星”传送未来的“空间雷达”卫星获取的图像，大约需要一个多月，而用“先进极高频”卫星传送仅需17 分钟。

美军已采购了几千套地面终端，包括高、中、低不同数据率的便携式移动和固定终端。地面系统的天线直径最大的为3 米，最小的可做到几厘米。除美国外，加拿大、荷兰、澳大利亚和英国也可使用“先进极高频”卫星，目的是一方面可以帮助美国巩固盟友关系，另一方面还可以让盟国分担一部分运营成本。

目前，军用通信卫星在战争中所起到的作用越来越大，理论和实战均已证明，战术通信卫星加上各种小型、轻量、便携式移动通信终端，将成为未来军用通信的重要组成部分。而“先进极高频”卫星所具有的加密级别高、截获概率低、抗干扰力强、不惧核战争等特点，似乎更能满足未来战争的需求。