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极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析

admin 2019-08-16 214人围观 ,发现0个评论

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——谈“航天+”的理念与实践想象

2015年3月,《卫星与网络》杂志在腾讯、搜狐、新浪、和讯等100多家网站与相关媒体重磅推出了“航天+”理念及系列专题共6篇深度论述文章,并于2015年6月和7月分两次,刊发于《卫星与网络》杂志。为了持续不断地推广航天+的理念与实践想象,《卫星与网络》大众号自2015年起,持续屡次将这些深度文章推送给各位读者,链接如下,等待沟通:

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来历 | 高端配备展开研讨中心

美军通讯卫星概略

在现代战役中,安全高效的军事通讯能够为获取战役主动权供给重要的保证,而卫星通讯是最重要的军事通讯手法之一。美军运用通讯卫星的前史较长,现在在通讯卫星范畴在轨卫星数量最多、技能功用最优、实战运用最丰厚。依据UCS在2019年1月9日更新的全球在轨卫星数据库,现在全球在轨的军事用处通讯卫星共有132颗(整体散布情况如下图所示),其间美国4极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析9颗。

美军的通讯卫星体系首要包含宽带、窄带和防护三大体系。20世纪90年代以来,为了满意在新形势下作战对通讯卫星容量和功用的更高要求,这三大体系别离阅历了一次晋级换代。可是,军事通讯需求的增加远远超越美军自有通讯卫星体系的建造速度,因此美军通过很多租借商业卫星来应对这一情况。

美国现在在轨的49颗军事通讯卫星中,绝大多数都是在地球同步轨迹运转的5吨以上的大型卫星(包含上文说到的三大通讯卫星体系),NGEO卫星仅有6颗。

跟着各国反卫星技能的展开,美军传统卫星通讯体系的脆弱性日益突出,一般军用通讯卫星的反进犯才干较差,一旦遭受降级或损坏需求数年才干更新;防护卫星体系的本钱昂扬且容量有限,以AEHF卫星体系为例,AEHF 单星造价高达22亿美元,但容量却不及WGS单星的1/10。为了应对这些新的情况,当时美军通讯卫星体系正处在新一轮的转型中,现已有相关项目取得重要展开,比如FPSS项目、DFARR项目、PTSFD项目、PTES项目等。

近年来,低轨宽带通讯卫星技能逐步展开老练,全球有几十个LEO通讯卫星星座方案出炉,正处在大规模商用的前夜。这一意向早已引起美军注重。在通讯卫星体系的建造中,美军现已越来越注重LEO星座的建造和运用,以代替和备份以往运用单颗贵重GEO卫星的做法。

美军低轨卫星体系的布局现已上升到越来越高的层面。2019年7月1日,美国航天展开局(SDA)发布了下一代空间架构信息咨询书。依据该文件,美国国防部(DOD)的下一代空间架构将由几层依据小型通讯卫星网络的结构组成。

Figure 4 SDA下一代空间架构的概念性结构

图片来历:Space Development Agency

美军已有低轨通讯卫星资源

Figure 5 TacSat-4卫星

图片来历:space.skyrocket.de

美军对低轨通讯卫星的研讨和运用相对较早。美国国防部(DOD)在2005年提出了“呼应型太空方案”(ORS),并建议展开战术卫星(TacSat)。其间TacSat-4卫星归于通讯实验卫星,于2011年发射,首要用于验证超视距通讯以及数据中继服务。该卫星针对美军高纬度区域通讯才干缺乏的问题,选用大椭圆轨迹规划,近地点高度748 km,远地点高度12000 km,可供给包含高纬度区域在内的近似全球的、非接连的掩盖。2013年,ORS办公室又发射了TacSat-6卫星,展开依据3U立方体的超视距通讯才干,该星运转在462 km 889 km的近地轨迹。

Figure 6 Polar Scout卫星

图片来历:space.skyrocket.de

ORS方案的另一个通讯卫星项目是Polar Scout卫星项目,该项目旨在评价天基传感器在支撑北极查找和救援使命方面的效能。Polar Scout卫星归于6U立方体卫星,能够发现遇险者,并迅速将信息传达给指挥中心。海岸警卫队能够派出快艇、飞机或告诉邻近的商船救助幸存者。Polar Scout卫星每隔90到100分钟通过北极区域一次,每天能够在北极区域供给超越3小时的搜救服务。

Figure 8 SMDC-ONE卫星

图片来历:space.skyrocket.de

美国陆军为保证偏僻山区、雨林等多遮挡区域的战术通讯才干,展开了“空间与导弹防护司令部-作战纳卫星功效(SMDC-ONE)”卫星。第一代SMDC-ONE卫星于2010年10月发射成功,归于立方体卫星,选用“集群”卫星渠道,是美军为演示验证低本钱小型通讯卫星星座组网而规划,首要通过无人中继台站进行超视距数据传输。该项目有两种运转形式:一种是战场人员将数据发送到地上无人值守传感器,然后通过卫星中继至指挥部;另一种是战场人员直接发送指令或许信息到卫星,进行数据恳求或许卫星使命调度。2012-2013年,美军又发射了4颗SMDC-ONE卫星。

Figure 10 SNaP卫星

图片来历:space.skyrocket.de

SNaP(航天导弹防护司令部纳卫星方案)是SMDC-ONE方案的持续。SnaP卫星是实验性3U立方星,具有三轴姿势安稳和在轨推进才干,可供给超视距通讯和数据渗漏服务,数传速率是SMDC-ONE卫星的5倍。

建造中的低轨通讯卫星体系

“黑杰克”项目是美国国极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析防高档研讨方案局(DARPA)于2018年建议的研制项目,旨在使用现代商业卫星技能构建起一个小型、安全以及低本钱、短周期的LEO军事卫星星座,其才干与现在在地球同步轨迹运转的军事通讯卫星相似。

“黑杰克”项目将选用开放式的架构规范和体系操控,可轻松刺进第三方软硬件,包含天基有用载荷和保管运用、通讯设备以及地上用户设备和软件。为了下降集成危险,项目将为“黑杰克”卫星节点开发一种称为Pit Boss的单元,它配备有高速处理器和加密设备,功用相当于一个通用网络和电气接口。Pit Boss还将供给一种使命级自主功用,完成在轨边际核算,办理“黑杰克”卫星和地上用户之间的通讯,供给渠道测控链路,并对有用载荷数据进行加密。Pit Boss在轨云网络将供给星座级和节点级指挥操控、健康监测与康复、星间数据办理以及在轨资源调度。浅显来讲,该项意图根本套路将是要将具有军用特征的有用载荷装到商业卫星渠道上。

Figure 12 “黑杰克”星座运转概念图

图片来历:DARPA

2019年2月1日,DARPA战术技能办公室发布广泛组织布告,就“黑杰克”项目之下的Pit Boss子项目向职业寻求解决方案,布告中更新了项目理论上的时间表。

Figure 13 “黑杰克”项目时间表

图片来历:DARPA

依据SDA发布的下一代空间架构信息咨询书,近期太空展开局的方针是开发由网状网络组成的传输层,用于低轨迹通讯和数据传输。而该传输层将严峻依托DARPA的“黑杰克”项目,太空展开局期望环绕该项目树立子星座,满意已确认的导弹防护预警、定位导航和授时代替服务等需求。

使用商业低轨通讯卫星资源

2018年3月新版美国《国家太空战略》提出将推广整个政府层面的办法以完成美国在太空范畴的领先地位,该办法寻求与私营部门和盟友密切协作。依据这一战略,安全使用商用卫星星座的服务、商业保管军用载荷等或成为其太空体系弹性展开的重要方法之一,这在铱星极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析体系的运用、“黑杰克”项意图方针规划中都表现得十分显着。

在全球规模内将商业卫星用于军事通讯范畴的事例层出不穷,美军更是在不断探究有用使用商业卫星通讯服务的新形式。

Figure 14 第二代铱星星座概念图

美军现役通讯卫星体系中,低轨通讯卫星的运用首要依托铱星星座。1998年11月,铱星公司投入商业运营,但由于用户较少,运营后一向处于亏本状况。1999极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析年8月,铱星公司请求破产维护。21世纪初,美国国防部通过为期5年、每年3600万美元的合同(为2万名政府雇员供给不限时的通讯服务)使铱星公司渡过破产危机。美军在随后之后的伊拉克战役和阿富汗战役中广泛运用了铱星的通讯服务。

之后美军与铱星公司不断扩大协作规模,2018年,国防部与该公司履行一项为期5年价值4亿美元的合同,成为后者最大的业务收入来历;在获取星座运用权的一起,美军还彻底把握了该体系夏威夷关口站的运转和操控权,该关口站至今仍为美军专用并得到屡次晋级改造。此外,美军内部还先后启动了“铱星增强卫星移动服务”(EMSS)、“散布式战术通讯体系”(DTCS)等多个项目,开发相关终端设备,包含“铱”卫星电话、寻呼机以及有源或无源的SIM卡等,并加快布置运用。在此推进下,铱星体系已充沛融入美军作战。

2017年1月,Iridium NEXT第一批10颗卫星发射成功,拉开了第二代铱星体系的布置进程。2019年1月,Iridium NEXT最终10颗卫星的发射成功,这标志着第二代铱星体系组网成功。铱星二代每颗卫星都预留了一个搭载载荷的空间,有音讯称至少22颗铱星搭载了SKA(天基杀伤评价)载荷,然后构成了一个天基杀伤评价体系。

Figure 15 starlink概念图

美空军于2016年建立战略展开规划和实验办公室(SDPE),担任探究使用前沿商业体系和技能为空军供给服务。2017年12月,SDPE发布名为“商业天基互联网军用实验”(DECSI)的项目投标合同,旨在探究使用多个商业低轨通讯星座,为空军构建全球规模内高弹性、高可用性、高带宽、低延时的通讯设备,支撑空军各类典型作战渠道的举动。该项目首要由两部分内容组成,一方面注重单个星座为空军作战渠道供给军事服务的功用,一起也要点注重多个星座在空军作战渠道上的兼容共用问题,将展开相应的硬件、软件和多接口设备的研制作业。

SpaceX于2019年3月取得美空军价值2800万美元的“商业天基互联网军用实验”(DECSI)合同,美空军将在未来3年的时间内使用Starlink星座展开相关吴金娃的军事服务演示验证。后续SDPE极有或许向Oneweb、Telesat等公司授出相似的合同,以鼓舞更多的星座建造者参加到项目研讨中。

首要参考资料:

1.Space Development Agency Next-Generation Space Architecture Request for Information, SDA-SN-19-0001

2.美军使用商业低轨通讯星座的新意向剖析, 链星,世界太空,2019-05-25 ;

3.美军下一代通讯卫星体系展开剖析, 张东晨,世界太空,2018-11-25;

4.极彩在线手机版-美军低轨通信卫星体系开展浅析小卫星技能典型军事运用剖析,乔毅,李晓宇,赵田,国外电子丈量技能,2017-03-15;

5.美国深挖小卫星潜力,欲提高军事用天才干,张召才,卫星运用,2015-02-25;

6.美国军事通讯微纳卫星展开现状,慕枫,远望智库

7.在铱星Next组网成功后看低轨网络卫星的展开,卫星与网络

8.美太空局“下一代太空体系架构”怎么看?,plus观察者

9.美政府发布新版《国家太空战略》概要文件,冯云皓,国防科技要闻

本文转载自“高端配备展开研讨中心”,原标题《美军低轨通讯卫星体系展开浅析》

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