一、美軍提出衛(wèi)星通信架構(gòu)未來發(fā)展設(shè)想

圖1  美太空軍《衛(wèi)星通信愿景》

二、美[敏感詞]部發(fā)布《5G戰(zhàn)略》，加速推進(jìn)5G技術(shù)研發(fā)部署

2020年5月，美[敏感詞]部發(fā)布《5G戰(zhàn)略》，這是美國軍方第一份公開發(fā)布的5G戰(zhàn)略性指導(dǎo)文件，將5G確定為建立并掌控[敏感詞]優(yōu)勢(shì)的“關(guān)鍵戰(zhàn)略技術(shù)”，提出同時(shí)發(fā)展Sub-6、毫米波5G技術(shù)。

該戰(zhàn)略指出了[敏感詞]部5G發(fā)展面臨的主要問題，即在加速5G能力開發(fā)部署的同時(shí)，確保這些系統(tǒng)以及美國盟友和合作伙伴系統(tǒng)強(qiáng)健、受保護(hù)、韌性、可靠。明確了[敏感詞]部5G發(fā)展目標(biāo)，即發(fā)展安全堅(jiān)韌的5G能力，確保利用全球頻譜資源，形成可靠的微電子供應(yīng)鏈，與國際伙伴在5G發(fā)展和保護(hù)方面緊密合作。確定了推動(dòng)5G發(fā)展的四條主線，一是促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，重點(diǎn)開展5G演示，推進(jìn)開發(fā)毫米波技術(shù)，促進(jìn)動(dòng)態(tài)頻譜共享，實(shí)施開放架構(gòu)和虛擬化，深化人才發(fā)展等措施；二是評(píng)估、減少5G漏洞，并克服漏洞運(yùn)行5G，重點(diǎn)關(guān)注威脅情報(bào)、最小化5G基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)、支持美國[敏感詞]部全球行動(dòng)、安全評(píng)估，以及網(wǎng)絡(luò)安全與零信任等關(guān)鍵領(lǐng)域；三是影響5G標(biāo)準(zhǔn)和政策，包括實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)參與計(jì)劃”積極參加3GPP組織，提供更大的頻譜接入、容量和抗干擾能力，開發(fā)新作戰(zhàn)概念率先利用5G變革性速度和連接能力，通過技術(shù)控制措施保護(hù)5G使能技術(shù)免受美國潛在對(duì)手的攻擊；四是吸引合作伙伴，主要包括國際盟友與合作伙伴，包括吸引行業(yè)、國會(huì)參與。

美[敏感詞]部正式將5G研發(fā)部署上升至戰(zhàn)略層面，并且多舉措落實(shí)推動(dòng)，包括在多個(gè)[敏感詞]基地進(jìn)行5G應(yīng)用試驗(yàn)、啟動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)安全研究項(xiàng)目等，充分反應(yīng)了其發(fā)展、應(yīng)用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)、提高作戰(zhàn)效能的決心。

三、美軍“先進(jìn)極高頻”通信星座完成部署

圖3  美軍“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星

2020年3月27日，美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司使用“阿特拉斯”V551運(yùn)載火箭從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地第41號(hào)發(fā)射臺(tái)成功發(fā)射了美太空軍第六顆“先進(jìn)極高頻”（AEHF-6）[敏感詞]通信衛(wèi)星。AEHF-6衛(wèi)星由洛克希德?馬丁公司建造，有效載荷由諾斯羅普?格魯曼宇航系統(tǒng)公司提供，是“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星星座的最后一顆衛(wèi)星，此次發(fā)射標(biāo)志著該星座正式組建完成。AEHF-6于2020年8月底完成在軌測(cè)試，美太空軍于2020年10月29日正式獲得了AEHF-6的控制權(quán)，并于12月4日宣布將控制權(quán)移交給了太空作戰(zhàn)司令部。

AEHF系統(tǒng)是“[敏感詞]星”（MILSTAR）系統(tǒng)的繼任者，可為美國高優(yōu)先級(jí)[敏感詞]資產(chǎn)及其盟國提供受保護(hù)抗干擾衛(wèi)星通信。該星座抗毀能力強(qiáng)，可用于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)用途，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核指揮控制能力及戰(zhàn)略通信能力。AEHF使戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)用戶能夠通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全球通信，在任何環(huán)境下都可以提供受保護(hù)通信，包括實(shí)時(shí)視頻、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和目標(biāo)瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)。此外，還可為加拿大、荷蘭和英國等美國國際合作伙伴提供相關(guān)服務(wù)。

四、美[敏感詞]部啟動(dòng)下一代“[敏感詞]太空架構(gòu)”傳輸層建設(shè)

2020年5月，美太空發(fā)展局發(fā)布《太空“傳輸層0期”工作說明》，明確了下一代“[敏感詞]太空架構(gòu)”的“傳輸層0期”星座的基本構(gòu)成、發(fā)展計(jì)劃、主要目標(biāo)和關(guān)鍵領(lǐng)域；8月，授予美國洛克希德?馬丁和約克空間系統(tǒng)公司合同，分別為“傳輸層0期”建造10顆衛(wèi)星，預(yù)計(jì)2022年9月前發(fā)射。

“[敏感詞]太空架構(gòu)”是以分布式低軌星座為主的新型太空架構(gòu)，由七個(gè)層次構(gòu)成，其中“傳輸層”是整個(gè)架構(gòu)的傳輸骨干，也是其余各層的基礎(chǔ)，將為美軍全球作戰(zhàn)平臺(tái)提供有保證、韌性、低延遲的[敏感詞]數(shù)據(jù)和連通能力。“傳輸層0期”太空段是一個(gè)由20顆衛(wèi)星構(gòu)成的低軌星座，采用光學(xué)星間鏈路構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，利用美軍各軍種和盟軍廣泛使用的Link 16數(shù)據(jù)鏈連接地面用戶，并可連接具有UHF通信能力并兼容情報(bào)界應(yīng)用系統(tǒng)的“綜合廣播系統(tǒng)”（IBS）。

“[敏感詞]太空架構(gòu)”傳輸層將構(gòu)成美[敏感詞]部聯(lián)合全域指揮控制（JADC2）的空間部分，是連接天基傳感器和地面射手的關(guān)鍵部分。太空發(fā)展局將通過這一架構(gòu)確保天基傳感器數(shù)據(jù)能夠近實(shí)時(shí)送入各軍種戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合全域指揮控制概念設(shè)想。

五、美陸軍通過“能力集”迭代推進(jìn)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化進(jìn)程

六、美國研制出星載Link16數(shù)據(jù)鏈終端

圖6  美國Roccor公司的Link 16天線效果圖

2020年5月，美國洛克（Roccor）公司研制出一種可接收、發(fā)射Link 16信號(hào)的展開式L頻段衛(wèi)星天線，將搭載于美國衛(wèi)訊（Viasat）公司為美國空軍研制的低軌小衛(wèi)星，驗(yàn)證在低軌小衛(wèi)星上使用Link 16的可行性。該天線為螺旋體，有兩米可展開的射頻孔徑，采用了裂隙管式合成吊桿技術(shù)，可搭載于尺寸為2U的立方體衛(wèi)星上，并在衛(wèi)星發(fā)射后在軌展開。

Link 16是美軍應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)鏈。在沒有星載終端的情況下，Link 16數(shù)據(jù)鏈可以通過衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)視距擴(kuò)展，但只是將衛(wèi)星作為一個(gè)“信息中繼器”來用，在信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、完整性、安全性等方面存在很大局限，無法支持實(shí)時(shí)聯(lián)合作戰(zhàn)的需求。星載Link 16終端可實(shí)現(xiàn)更為高效的超視距連通，大幅提升Link 16數(shù)據(jù)鏈的靈活性與覆蓋范圍。根據(jù)美軍的規(guī)劃，未來搭載Link 16終端的低軌衛(wèi)星將構(gòu)成一個(gè)星座，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，屆時(shí)低級(jí)別部隊(duì)在戰(zhàn)術(shù)邊緣使用的終端將可以直接接入衛(wèi)星，進(jìn)而獲得更加靈活多樣的通信接入手段。此外，借助新型互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座或傳統(tǒng)的寬帶靜止地球軌道衛(wèi)星星座，通過為Link 16增加網(wǎng)絡(luò)層及其以上層的能力（Link 16本身只具備數(shù)據(jù)鏈路層以下的能力），其連通的靈活性進(jìn)一步提升，諸如路由、交換等功能也可以在Link 16數(shù)據(jù)鏈上實(shí)現(xiàn)。

七、“星鏈”互聯(lián)網(wǎng)星座大規(guī)模部署并具備商業(yè)服務(wù)能力

2020年全年，“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃共完成14次衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，自2019年以來共完成16次發(fā)射，加上2018年初發(fā)射的2顆試驗(yàn)衛(wèi)星，已發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到955顆，除去被動(dòng)軌道衰減和主動(dòng)離軌的，在軌衛(wèi)星數(shù)量約900顆，成為全球最大規(guī)模的衛(wèi)星星座。

SpaceX公司針對(duì)美國北方用戶啟動(dòng)了“聊勝于無”（Better Than Nothing）的“星鏈”商業(yè)服務(wù)測(cè)試，并表示：測(cè)試反饋情況良好，“人們?cè)谙硎芎芸斓乃俣群秃芏痰臅r(shí)延”，這標(biāo)志著“星鏈”星座已具備商業(yè)服務(wù)能力。該公司正在把測(cè)試擴(kuò)展到加拿大。在測(cè)試前，“星鏈”團(tuán)隊(duì)表示，預(yù)計(jì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度在50~150Mbps 之間，網(wǎng)絡(luò)延遲控制在20~40ms。

八、DARPA研發(fā)分布式馬賽克天線，支撐馬賽克戰(zhàn)概念落地

2020年6月5日，DARPA啟動(dòng)“韌性網(wǎng)絡(luò)化分布式馬賽克通信”（RN DMC）項(xiàng)目，旨在研發(fā)分布式的低尺寸、重量、功率和成本收發(fā)器單元——或稱“碎片”（Tile），組成馬賽克天線，代替高功率放大器和大型定向天線提供遠(yuǎn)程通信。發(fā)射功率將分布在多個(gè)碎片上，并且通過信號(hào)處理而不是使用物理天線孔徑來集中能量以獲得增益。這些碎片可由地面平臺(tái)承載，包括士兵和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)攜帶的手持設(shè)備、自主飛行器、高空平臺(tái)和低成本/低地球軌道衛(wèi)星。

這種馬賽克天線的優(yōu)勢(shì)在于：一方面利用分布式波束形成與分布式相干電臺(tái)等技術(shù)改善天線系統(tǒng)的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)全向、高數(shù)據(jù)率、遠(yuǎn)距離、高可靠通信；另一方面通過多天線結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整覆蓋區(qū)域內(nèi)功率分布，降低系統(tǒng)整體功耗，實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。DARPA認(rèn)為RNDMC計(jì)劃可從根本上改變遠(yuǎn)程戰(zhàn)術(shù)通信方法，支撐“馬賽克戰(zhàn)”概念落地。

九、DARPA成功演示對(duì)抗環(huán)境下的異構(gòu)數(shù)據(jù)鏈互連技術(shù)

十、DARPA“黑杰克”低軌通信監(jiān)視星座計(jì)劃加速推進(jìn)

2020年6月10日，DARPA授予美國藍(lán)色峽谷公司、SA光子公司和雷聲公司三份“黑杰克”低軌通信監(jiān)視星座項(xiàng)目合同，分別為價(jià)值為1410萬美元的衛(wèi)星平臺(tái)合同、價(jià)值為1630萬美元的光學(xué)通信有效載荷合同和價(jià)值為3700萬美元的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星有效載荷合同。2020年底，“黑杰克”項(xiàng)目的兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星，“曼德拉克”1號(hào)和2號(hào)，已經(jīng)完成研制并準(zhǔn)備由SpaceX公司發(fā)射，但在與火箭組裝過程中發(fā)生損壞，未能如期發(fā)射。“曼德拉克”1號(hào)是一個(gè)立方體衛(wèi)星，將會(huì)測(cè)試超級(jí)計(jì)算機(jī)處理芯片在太空環(huán)境中的性能；“曼德拉克”2號(hào)是一對(duì)小型衛(wèi)星，將攜帶用于寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)星間鏈路，這對(duì)構(gòu)建在軌網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

DARPA“黑杰克”項(xiàng)目于2018年啟動(dòng)，旨在發(fā)展一種由60～200顆衛(wèi)星組成的星座，運(yùn)行在高度500～1300千米的低地球軌道上，形成低軌運(yùn)行的全球高速網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)由單一運(yùn)控中心操作，可在軌自主運(yùn)行30天。每顆衛(wèi)星獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)共享、相互協(xié)作。衛(wèi)星上搭載通信、對(duì)地監(jiān)視、導(dǎo)彈預(yù)警等各種有效載荷，具有高度網(wǎng)絡(luò)化、彈性、持久性的特點(diǎn)，可提供超視距傳感能力、信號(hào)傳輸和通信能力，從而提供全球海陸空全方位覆蓋及恒定監(jiān)控服務(wù)。

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