三军传声筒——国防通信卫星

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  2003年8月29日,美国德尔它-4火箭成功将美国空军的最后1颗国防通信卫星-3送入地球静止轨道。
  美国国防通信卫星是从1962年开始研制的,主要承担战略通信任务,为美国国家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。到目前为止,国防通信卫星已经发展了3代,这3代卫星一直是美国最重要的全球性军事通信卫星,现正在为美军服务的主力就是第3代卫星,但它也将被新一代军用通信卫星“宽带全球卫星通信”取代。
  
  昔日明星
  
  第1代国防通信卫星于1966~1968年共发射了26颗,都是小卫星。这些卫星分4次发射,每次发射7~8颗,它们均运行在33915千米的地球静止轨道,其中第1批卫星于1966年6月16日升空。这一代卫星重约45千克,设计寿命3年,只有1个超高频信道(上行频率为8吉赫,下行频率为7吉赫),主要解决远程战略通信问题。整个系统于1967年7月1日服役。
  1971年,第2代国防通信卫星开始服役,部署在地球静止轨道。到1989年9月,16颗第2代卫星全部发射完毕,其中4颗发射失败。这一代卫星的外形是直径为274厘米、高为396厘米的圆柱体,重约590千克,设计寿命5年,采用自旋稳定方式。它在通信载荷和传输容量方面均有相当大的提高,每颗卫星上的两个喇叭天线和两个抛物面碟形天线能提供1300路双工话音或每秒100兆比特数据。碟形天线可由地面指令控制,使控制器有能力将卫星波束集中覆盖地球表面的较小区域。如必要,可用推进系统实现轨道重新定位。该星不仅能用于远程战略通信,还可支援突发事件等作战活动。
  


  目前美空军航天司令部拥有的国防通信卫星-3系统,可以为国防官员和战场指挥员提供安全的话音服务以及高速的数据通信。同时,它能将太空作战数据和预警数据传送给不同的系统和用户。
  
  现役主力
  
  第3代国防通信卫星由洛马公司研制,于1982年10月29日开始发射,总计14颗,均部署在地球静止轨道上。其标准星座由5颗工作星和至少3颗备用星组成,能保证除两极外全球所有地区24小时不间断通信。它的管理研制单位和用户是美国国防通信局、空军、陆军和海军。
  这一代卫星是长207厘米、宽193厘米、高196厘米的箱体,设计寿命10年,采用三轴稳定方式。由5个基本组成部分构成:质量为273千克的推进系统、1240瓦的太阳能电池阵、模块结构、内插板和转发器板。卫星天线包括4个覆盖地球的天线,每两个一组,分别用于收发。1副61波束波导透镜接收天线,用来提供选择性覆盖和干扰保护;2副具有波束成形网络的19波束波导透镜多波束发射天线,可快速产生选择性天线方向图,适应地面接收机网络的要求;高增益碟形天线,用于点波束传输。利用这些天线,可与广大区域或特殊终端进行通信。
  星上装有6台工作转发器(4台备用转发器),工作带宽分别是60兆赫(4台)、85兆赫(1台)和50兆赫(1台),工作频段为超高频和特高频。星上的6条信道各自通过自己的射频放大器进行工作。遥测容量包括490条双电平信道、320条模拟信道和18个串行数字输入。如果星上传感器检测到干扰,地面控制器可以利用星上可调整的波束天线对抗任何干扰机的干扰。星上的1台特高频/超高频单信道转发器用于向战略核部队转发紧急行动信息。卫星具有273千克燃料容量的推进系统并且带有冗余的推进器及燃料箱。冗余推进器提供1.3~4.4牛的推力。
  


  由于采用多种扩频设备,第3代国防通信卫星的抗干扰能力进一步增强,同时星体采取了抗辐射加固措施,能够承受低能级闪光效应、γ射线、X射线和电磁脉冲,因而用途更广,可支持大型固定终端、小型移动终端,提供近程战术通信和远程战略通信。它还能在轨调整发射机功率、接收机灵敏度和天线的覆盖范围,使执行任务的灵活性和有效性大大提高。为了提高生存能力,它在S波段和X波段采用了进一步强化的指令系统,并在天线系统中采用了多波束天线、常规的喇叭天线和1副装在万向架上的抛物面天线。此外,它还可以将转发器的增益控制在39分贝范围内,且能以频分多址、扩展频谱多址和单载波方式工作,具有抗干扰、防核打击的生存能力。
  
  军用大腕
  
  第3代国防通信卫星系统是全球军事指挥控制系统,为美军各军兵种提供全球通信,即在重要军事终端与国家指挥机关之间提供话音、数据、数字和电视传输,主要是为大容量固定用户提供保密的话音和高速数据率通信,还可为各种系统和用户传送空间操作和早期预警数据。
  其话音信道能力为每秒200兆比特,比25年前制造时的信道能力增加了两倍。目前整个星座包括5颗主星和5颗备用星。
  


  第3代国防通信卫星系统通过地面站提供大部分点到点通信业务,同时主要用于“捕食者”和“全球鹰”无人机在伊拉克和阿富汗地区的作战。美国陆军负责管理和使用第3代国防通信卫星的通信有效载荷。
  2003年3月10日发射的国防通信卫星-3在轨寿命11年。2003年8月29日发射的第14颗国防通信卫星-3由洛马公司制造,美国防信息系统局负责运行管理。它是改进的超高频通信卫星,用于向国防部用户提供改进的不间断加密话音通信和高速率通信。它的主要改进是提高下行链路的功率,改进其天线的连通性,并与其他13颗在轨的国防通信卫星构成完整的国防卫星通信系统。从第1颗国防通信卫星-3发射至今,被人称为“美国军方超高频通信卫星网络的工厂”的国防通信卫星-3为全球的美军提供了加密且可靠的通信能力。
  


  最后1颗国防通信卫星-3 载有5副发射天线(2副地球覆盖喇叭形天线,2副19波束波导透镜天线和1副高增益可控抛物面天线)、3副接收天线(2副地球覆盖喇叭形天线与1副可控61波束波导透镜天线)和50兆赫、75兆赫、85兆赫、60兆赫等6个超高频通信信道载荷。卫星设计使用寿命为10年。
  美国已制定出更换第3代国防通信卫星系统容量的新计划,以使更多的战术用户能用上国防通信卫星。
  对现有第3代国防通信卫星改进型的开发从1996年开始,其特点是大大地增强抗干扰能力和增加星际链路,采用激光通信技术,卫星不仅有特高频能力,还增加极高频能力,使卫星通信容量增加,带宽也增加,从而可以传输更多的信息,并且具有更强的抗干扰能力。第3代国防通信卫星改进型卫星系统预期会有更长的寿命。
  
  后继有星
  
  国防通信卫星的后继星是新一代军用通信卫星“宽带全球卫星通信”,它原来叫 “宽带填隙卫星”。
  


  2007年10月10日,美国宇宙神-5火箭把第1颗美国国防部“宽带全球卫星通信”卫星送入太空,波音公司已经接收到了该卫星发回的信号。它是1颗新军事卫星,用于满足日益提升的军事卫星通信需求,其通信容量是国防通信卫星的10倍。经过一系列的轨道机动与在轨试验,这颗卫星有望于2008年第一季度开始为美国空军服务。“宽带全球卫星通信”系列卫星将增强并最终替代国防卫星通信系统星座,以及目前有美国海军“超高频后继卫星”所提供的全球广播服务功能,还将降低美国政府对商业卫星通信服务的依赖。首颗“宽带全球卫星通信”卫星采用波音-702卫星平台,它工作在X波段和Ka波段,能够提供其他军事卫星通信系统所不能提供的许多重要作战特征。例如,该卫星拥有18个可重新配置的覆盖区,以及具备向不同覆盖区进行广播和多点广播的传送能力,并且能够连接位于任意区域和所有区域的用户,即使他们处于不同工作频率。
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