【导读】本报告是美国米切尔航空航天研究所最近一个时期推出的系列政策性研究成果之一，报告原题为《联合全域指挥控制的支柱——用于信息时代战争的卫星通信》（The Backbone of JADC2: Satellite Communications for Information Age Warfare）。
报告介绍了冷战后美军卫星通信体系建设的发展演变，全面分析了当前体系结构的现状、特点及弊端，深刻指出了信息时代卫星通信体系的极端重要性，确立了卫星通信体系在美军未来“联合全域指挥控制”战略中的支柱地位。报告还从适应新的作战概念及太空领域所面临的威胁两方面论证了构建新型卫星通信体系结构的必要性、紧迫性。最后，报告对构建赢得战争的新型卫星通信体系结构提出了4方面的政策性建议。
实现这一目标需要太空军利用成熟和新兴的太空技术，以及迄今为止主要由商业部门推动的新型体系结构。这需要对卫星通信体系结构基本构成的三个部分，以及对用来生产和部署这些能力的制造、组装和测试的方式来进行改变。
在低地球轨道（LEO）和中地球轨道（MEO）中大量增加小微卫星（SmallSAT），减少延迟，提高容量，增强抵御某些形式的反太空攻击的能力
低地球轨道卫星的一个传统缺点是，由于它们的覆盖范围比较小，并且相对于地球表面在不断地运动，因此就需要由数十颗甚至数百颗卫星组成的大型星座来提供连续的覆盖。然而，随着建造和发射卫星入轨成本的下降，利用轨道的倾斜度组合，可以经济地部署足够的卫星，同时提供全球性覆盖，同时将星座的大部分容量集中在用户需求量最大的区域。从商业角度来看，低地球轨道的卫星星座可以将其轨道的很大一部分用于无人区，这一事实使得其商业用途受到更大的挑战。然而，美国军方在全世界内作战，包括北极等偏远地区，由于缺乏商业客户，这些地区的行业服务很差，同样也是国防部地球静止轨道通信卫星覆盖范围之外的地区。因此，低地球轨道卫星的迅速扩张实际上应该能提供更大的覆盖范围4。
充分发挥通信卫星星座潜力的关键，是利用天基光通信方式。光学终端将数据调制到低功率的激光束上，然后通过太空自由地无线传输到光学接收器上。相对于传统的无线电（RF）通信，激光的波长要短得多，这将使数据的传输速率至少提高了一个数量级，性能的提高类似于从拨号调制解调器升级到宽带的互联网。更短的波长也代表着它们能使用更低的功率，以及更小、更轻的光圈来传输更窄的传输光束，从而在接收器处产生更集中的信号5。对于在轨道上发射和维护的系统来说，在尺寸大小、重量和功率方面的这些改进（几乎在所有军事应用上都广受欢迎），是一个很重要的考量因素。随着卫星趋向于更小的外形，它们的重要性可能只会增加。
激光的高定向性、窄光束传输，还会把相邻卫星造成干扰的可能性降至最低，并通过减少敌方检测和截获信号的区域面，来提高传输的安全性6。按照国防部的说法，激光具有低探测率、低拦截率的能力。即使被探测到并定位，光通信也难以中断，因为这将需要在光通信目标接收器非常狭窄的视野内，以准确的波长和足够的功率照射另一台激光器。当发射器和接收器都在移动时，这就更具挑战性，天基平台也是如此。此外，光通信的高定向性和极少的外溢意味着截获信号，将需要敌方将自己的接收器放置在高度敏感、易受反侦察和攻击的位置。
要实现太空能力的进步，就需要对其陆地基础设施进行一定的投资。这第一步是要更灵活的、能力更强的天线，因为传统的系统在可探测性、以及管理现代太空体系结构的速度和复杂性方面，都正在迅速地接近极限。例如，由于低地球轨道（LEO）星座中有许多卫星，在给定的地面接收器的视野中快速地移动，因此这些系统要拥有精密的跟踪能力，以及每个用户终端每小时多达几十次卫星波束的切换能力。传统的抛物面碟形天线不适合这种操作，因为它们需要采用机械转向方式，一次只能与一颗卫星通信，这妨碍了它们在卫星进出其视野时保持连续链接的能力。同样，对于地面控制站而言，单触点抛物面天线在发送和接收“跟踪、遥测与指挥”（TT&C）数据及执行别的方面功能的能力也很有限8。
向新的卫星通信体系结构（由比目前使用的卫星数量多得多的卫星组成）过渡需要在卫星的开发、制造、组装、集成以及测试的方式方法上进行发展改进。在几年内发射由数百颗甚至数千颗卫星组成的星座，需要以前所未有的速度为太空产业制造卫星。例如，据报道，Space X每月为其“星链”星座制造120颗卫星，而此前保持最大商业卫星星座记录的铱星在峰值时每月制造6颗卫星12。此外，这种大批量生产的需求仍将持续，低地球轨道卫星星座需要持续的补给任务来维持，因为低地球轨道卫星所遇到的轨道阻力限制了它们的运行寿命。例如，Space X计划为其执行“星链”任务设计的卫星寿命约为在五年后脱轨，而通常地球同步卫星发射的设计寿命为15-20年。
该行业面临的挑战是，传统的卫星制造通常是高度定制化的、劳动密集型的，并且涉及长期的质保方式，不适合如此大规模地进行生产。为了构建大型的低地球轨道卫星星座并维持运营，建造卫星（含其各种组件和有效载荷在内）需要充分的利用低成本制造和组装等方面的先进的技术，如增材制造、自动化和机器人技术的应用，以及储备更多的商业现成部件等手段。
最后，规划构建大型低地球轨道卫星星座的政府和商业公司，仍然需要降低发射成本，以确保长期的生命力。传统上，小微型卫星是作为共乘或次级有效载荷发射的，但对这些小微型卫星发射的需求超过了大型有效载荷发射的速度13。因此，改进成本、容量的可重用性和可用性等方面的发射能力是至关重要的。对于卫星星座的日常补给和战时补给而言，用于太空发射的基础设施，都一定要能快速部署大量卫星，包括具有不一样轨道参数和时间要求的卫星。
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