美国陆军融合多种卫星星座以支持联合全域指挥控制

战略前沿技术

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来源：防务快讯

作者：介冲

简介：美国陆军正在开展战术网络现代化战略，目标是为未来部队提供更强、更灵活且更具弹性的网络。根据这一战略，美国陆军目前正在构建未来网络的基础架构，使其可以充分利用近地轨道（LEO）星座、中地轨道（MEO）卫星和地球同步轨道（GEO）卫星等商用卫星和军用卫星提供的新兴能力。

美国陆军正在通过网络现代化战略为联合全域指挥控制（JADC2）提供支持，实现关键态势感知和传感器数据的传输，以将传感器与武器系统连接起来。该战略明确了以下几项发展重点：统一网络传输、通用作战环境、联合/联盟互操作性，以及指挥所生存能力和机动性。

统一网络方面，美陆军将军事和商业现货能力整合至当前的战术网络，通过使用军事数据无线电、军事卫星通信通信和访问商业蜂窝网络等为作战单位提供多种网络通信路径，从而使战术网络更具弹性。美国陆军目前的卫星能力可为散布在广泛崎岖地形中的士兵提供静止、移动和超视距网络通信。美国陆军正在重新评估其卫星通信架构，以将地球同步轨道（GEO）、中地轨道（MEO）和近地轨道（LEO）卫星星座中的军用和商用解决方案结合在一起，这种多样性可使陆军优化最佳解决方案集，同时使网络更加稳健。

1 综合利用多种卫星星座

商用近地轨道和中地轨道卫星的不断增加，有望显著提高美国陆军的通信能力，降低军用地球同步轨道卫星的压力，并提供更多的连接方案以提高网络弹性。这些卫星将提供高带宽和低延迟的远距离、移动、超视距通信，从而为美国陆军的任务指挥系统提供更好的支持。

近地轨道卫星在距地球90到1200英里的范围内运行，中地轨道卫星在距地球1200至22000英里的范围内运行，大型地球同步轨道卫星的绕行距离最远，超过22000英里。若要获得理想的覆盖范围，中地轨道和近地轨道卫星星座比地球同步轨道所需的卫星更多。中地轨道卫星星座通常需要数十颗卫星，而近地轨道卫星则需要几百至几千颗。同步轨道卫星从地球表面的某个点看似静止不动，而近地轨道和中地轨道卫星则在天空中移动，因此需要卫星之间具有额外的跟踪和切换功能。每个解决方案都有其优缺点，美国陆军将利用所有这些卫星各自的优势，为指挥官和信号官提供多种网络通信能力和信号路径选择，从而为其任务提供最佳支持。

近地轨道和中地轨道卫星通信功能将大幅提升网络带宽，同时显著减少延迟时间，网络带宽和延迟时间都是美国陆军许多网络现代化工作的必备条件。与当前的同步地球轨道卫星解决方案相比，近地轨道中卫星星座的部署预计可以提升100倍带宽，并将延迟降低10倍，并支持更大密度用户的网络通信服务。

2 支持JADC2的近地轨道和中地轨道卫星

美国陆军计划使用未来的近地轨道和中地轨道卫星解决方案来支持JADC2，以实现关键态势感知和传感器数据的流动，从而将传感器（例如飞机、雷达和可穿戴的士兵装备）连接到射手（攻击目标的武器系统）和下车士兵。新的近地轨道和中地轨道卫星系统可以在网络延迟、容量和弹性方面提供所需的改进，以实现任务指挥、火力、后勤保障和情报数据的融合，并将所有汇总的数据从美国陆军的通用作战环境推送到JADC2网络。

近地轨道和中地轨道卫星的各种功能有望增强美国陆军聚合数据以支持人工智能并利用边缘云服务的能力。边缘云服务使士兵可以通过位于用户附近的多个小型数据中心快速访问数据和软件，与访问大型的远程数据中心相比，这种服务可以减少带宽使用和延迟时间。借助成功的卫星间链接，这些解决方案还可以使美国陆军将更复杂的网络功能和任务支持功能放在生存能力较强的指挥所中，从战术梯队中消除复杂性。

3 分阶段部署

美国陆军将以两年为周期分阶段提供卫星星座能力增量，这些能力增量将以能力集的方式提供给部队。2021财年将为步兵编队提供能力集21，2023财年将为“斯特瑞克”装甲车和装甲编队提供能力集23。美国陆军将在能力集的开发和部署中不断吸取经验教训，并将其应用到新的能力集开发工作中。

美国陆军的多星座战略需要不同的地面终端，并且最终需要集成多功能地面终端。目前，每个近地轨道、中地轨道和同步轨道卫星解决方案都拥有各自专用的天线，而这增加了尺寸、重量和功率要求。美国陆军正在探索支持多轨道和频带的集成终端，同时利用商业现货技术大幅降低组件成本。在能力集23中，美国陆军将开发支持单个特定轨道卫星的单频带地面终端，未来的能力集将开发支持多个频段和星座的集成终端。

4 实验工作

2020年1月，美国陆军在位于马里兰州阿伯丁试验场的C5ISR中心联合卫星通信工程中心完成了中地轨道卫星的初始测试。该实验验证了新兴的中地轨道卫星功能特征，以观察美国陆军战术网络在商用中地轨道卫星星座上的表现，并提供中地轨道卫星星座和终端解决方案性能数据以及所吸取的经验教训，从而为能力集的设计决策提供相关信息。由于新冠肺炎疫情爆发，中地轨道卫星的测试工作暂停，待美国陆军领导层提供相关指导后才能恢复测试。此外，美国陆军正在与多家公司开展众多近地轨道卫星的合作研究与开发协议，以测试这些公司的服务和天线。

5 结论

在未来针对均势对手的战争中，人工智能、云计算等技术支持的新型应用程序将显著增加对卫星通信的传输需求，陆军由于具有较多的终端设备和士兵，需要更多、更快的通信手段。美国陆军对于商用卫星能力的融合设计将提升其弹性通信能力，支持联合全域指挥控制的开展。

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