導讀：美軍的軍事通信主要依賴GEO軌道通信衛星，這使得美軍具有其它軍隊所沒有的信息優勢和戰場態勢感知能力。美軍高軌軍用通信衛星系統主要分為三類：寬帶衛星通信系統（WGS）、窄帶衛星通信系統（MUOS）和受保護的衛星通信系統（Milstar/AEHF）。寬帶通信系統強調通信容量，窄帶通信系統為語音等低速通信和移動用戶提供服務，而受保護衛星通信系統強調保密和抗幹擾能力。受保護衛星通信系統未來還會向戰略系統和戰術系統（PATS）兩個不同的方向發展。
WGS是美軍重要的全球寬帶衛星通信系統，可以為普通士兵、船隻、飛機提供寬帶通信服務。該系統原計劃發射10顆衛星，2018年美國國會又增購了兩顆，預計在2023年前組網完畢。從2007年10月到現在，該系統一共發射了10顆衛星，形成了全球覆蓋能力，可為美國、加拿大、紐西蘭等參與國的軍方在南北緯65°之間提供高速寬帶通信服務。
WGS的衛星採用波音－702HP衛星平臺，發射質量5900千克，設計壽命14年，單星造價3.5億美元，衛星採用X波段和Ka波段進行通信。前3顆WGS衛星命名為WGS BlockI衛星，可處理35條獨立125MHz信道，3條47MHz以及1條50MHzX頻段全球覆蓋信道，衛星通信容量可達3.6Gbit/s，超過其前一代寬帶通信系統（DSCSIII）布置的8顆衛星的總和，雙向通信速率1.4Gbit／s，廣播速率24Mbit／s，數據回傳速率274Mbit／s；隨後的4顆衛星，即WGS－4、5、6、7為BlockII星，增加了2條獨立於主載荷的400MHz信道，通信容量達到6Gbps；最後的WGS－8、9、10命名為WGSB lockIIA，進行了信道化器升級，所有通過WGS信道化器升級的信道都從125MHz提升到了500MHz，單顆WGS衛星的可用帶寬幾乎翻倍，容量可達11Gbps,該系統代表了美國寬帶軍事衛星通信最高技術水平。
波音公司702系列衛星平臺
每顆衛星採用的多波束天線都可以提供19個獨立的覆蓋區域，包括8個相控陣X波段天線和10個雙向萬向節天線。衛星的電源系統採用三結砷化鎵太陽能電池翼，總長度41米，EOL功率可達11千瓦，採用鋰離子電池儲存電能。其雙組元動力系統採用的R-4D主機以MMH/N2O4為燃料，可提供490牛頓的推力。發動機長0.55米，直徑0.28米，未加推進劑狀態下質量為3.63千克。發動機提供312s的特定脈衝，推力重量比為13.7，膛室工作壓力6.9巴。電推進系統採用XIPS-25氙離子推進器，功率在1.3kW和4.5kW之間變化，推力高達165毫牛頓，特定脈衝為3,500秒。
支持WGS的衛星通信終端主要是美軍的戰術及單兵信息網（WIN-T），可提供指揮、控制、通信、計算、情報、監視以及偵察（C4ISR）功能，具有移動性、安全性、無縫性、生存能力強以及能支持多媒體戰術信息系統等特點，能確保美國陸軍能夠在戰場上任意位置實現機動通信能力及組網能力。
WIN-T終端通信網絡
2004年9月，為進一步加速系統開發，美國陸軍整合了「通用動力政府系統」公司和洛馬公司的力量，共同開發該系統。經過三個階段的研發，WIN-T通信終端已於2016年下半年和2017年初裝備首批軍方用戶，可為戰區指揮所、固定樞紐和聯合網絡節點提供通信保障。正在改進的「增量4」會使WIN-T利用轉型通信衛星（TAST）系統提高通信能力，提供更大的信息吞吐量。
WIN-T的幾種配置
美軍窄帶衛星通信系統（MUOS）主要服務於全球戰術通信，包括途中緊急通信、戰區內通信、情報廣播和戰鬥網無線電的距離擴展等提供支持。窄帶衛星通信電臺可跨梯隊連接戰術作戰中心，並為遠離主力部隊的遠程監視部隊及陸軍特戰部隊提供支持。
美軍上一代窄帶通信系統「UFO」已經處於退役狀態，新一代「移動用戶目標系統(MUOS)」對網絡體系結構和波形進行了優化設計，實現了網絡化戰術通信，是美軍現役窄帶軍用衛星通信的核心系統。MUOS包含5顆衛星，其中1顆為備份衛星，2012年到2016年每年發射一顆，現已完成組網。
MUOS系統分布與通信示意圖
圖片來自約翰霍普金斯大學應用物理實驗室
MUOS系統所用的衛星基於洛馬公司的A2100衛星平臺，在軌質量為3,812千克，發射質量為6,740千克，尺寸為6.7m×3.66m×1.83m。MUOS擁有澳大利亞，義大利，維吉尼亞和夏威夷四個地面接收站。每個地面站通過Ka頻段饋線鏈路服務於四個有源衛星中的一個，下行鏈路為20.2-21.2GHz，上行鏈路為30.0-31.0GHz。
A2100衛星剖面圖
該衛星採用三軸穩定裝置，配備了姿態確定和控制系統，可提供精確的指向能力。衛星推進是通過以IHIBT-4主機為中心的系統完成的。BT-4由日本IHI航空航天公司開發，幹質量為4千克，長度為0.65米。該發動機使用單甲基肼燃料和氮氧化四氮氧化物提供450牛頓的推力。除主發動機外，MUOS還配備了反應控制推進器，安裝在反應發動機組件上。發動機燃料為肼的混合物，用於BT-4燃燒期間的姿態控制以及GEO中較小的軌道調整操作和漂移操作。
在用戶段，MUOS終端的設計開發由通用動力公司JTRS部門負責。JTRS為MUOS研發了兩種類型的終端，JTRS HMS和JTRS AMF。2012年2月，美國通用動力C4系統使用首個嵌入MUOS衛星通信波形的JTRS HMS型雙通道網絡電臺AN/PRC-155，率先完成了語音和數據信息的安全發送，該電臺是開發成功的首個為士兵所用的MUOS通信終端。
通用動力公司AN/PRC-155單兵背負式MUOS通信終端
圖片來自通用動力官網
通用動力AN/PRC-155單兵背負式電臺的上端面板，設有3個天線接口、2個手持接口、簡易操作鍵盤、液晶顯示屏、電源開關及2個音量調節旋鈕。操作簡單，可增強士兵的態勢感知能力，提高作戰效率。AN/PRC-155單兵背負式電臺已經完成小批量試生產階段，並成為美國陸軍列裝的第一種雙信道無線電臺。
美軍現役受保護衛星通信系統（Milstar/AEHF）「軍事星」（Milstar）是「軍事戰略戰術中繼衛星系統」的簡稱，它由洛馬公司和波音公司聯合研製，是一種極高頻對地靜止軌道軍用衛星通信系統。「軍事星」目前已研製並發射了兩代6顆星，第二代「軍事星」仍在使用中。
「軍事星」作戰效果圖
第一代「軍事星」分別於1994年2月和1995年11月發射升空，入軌後定位於120°W和4°E的相對靜止軌道上。第一代「軍事星」重約4.67噸，太陽帆板輸出功率為8kW，設計壽命為7年，現已退役。第二代「軍事星」以戰術通信為主，與第一代「軍事星」不同，第二代「軍事星」在軌壽命達10年以上，且具有很好的超期服役潛力。由於需要良好的抗幹擾通信能力，所以它同時配置了LDR和MDR（中速率通信載荷）有效載荷，並採用調零天線，具有較強的戰術通信能力。
組裝中的AEHF衛星
圖片來自洛馬公司官網
「先進極高頻」(AEHF)衛星也稱為第三代軍事星，用來替換第二代「軍事星」(MilstarⅡ)，屬於受保護抗幹擾通信衛星，其信息傳輸能力是現役第2代「軍事星」的10倍，每顆AEHF衛星價格只有「軍事星」的一半，大約5.8億美元，設計壽命15年，搭載在宇宙神-5號火箭上發射。衛星同樣採用洛馬公司的A2100平臺，其有效載荷總功率6kW，上行鏈路工作頻段44GHz，下行鏈路工作頻段20GHz。AEHF採用現有的Milstar低速數據速率和中速數據速率信號，速度分別為75-2400bit/s和4.8kbit-1.544Mbit/s。它還集成了一個新信號，允許的數據速率高達8.192Mbit/s，通信可覆蓋極地地區。
「軍事星」與「AEHF」運行圖
圖片來自洛馬公司官網
「先進極高頻」(AEHF)通信系統於2010年8月12日發射了第1顆星，隨後2012年，2013年和2018年分別發射了一顆，第五顆星由於其運載火箭「宇宙神-5」技術故障推遲到2019年8月後發射，目前尚未完成組網，已發射部分與「軍事星」組合運行。
AEHF-4搭載宇宙神-5升空
圖片來自NASA
同MUOS系統類似，AEHF使用的衛星平臺同樣採用了電推進系統，包括4臺用於軌道轉移和位置保持的BPT-4000氖離子霍爾效應推力器——這與以往A2100平臺系列採用電弧推進器不同。每個霍爾效應推力器質量7.5kg，尺寸約16cmx22cmx27cm，標稱功率4.5kW，標稱電壓350V，推力約270mN，比衝1950s。
BPT-4000霍爾效應推進器
與AEHF兼容的通信終端主要是美國「先進超視距終端系列（FAB-T）」，該系統旨在研製一系列適用於各種平臺的寬帶保密衛星通信終端。FAB-T能夠兼容未來波形，軟體和硬體也都採用了通用性標準。對軟體而言，FAB-T是軟體定義的，採用聯合戰術無線電系統的軟體通信體系結構。
波音公司FAB-T終端
2012 年6 月，FAB-T 首次完成了與在軌AEHF衛星的XDR、低數據率（LDR）通信試驗。其後還將開發抗核加固能力，並完善功能，使其能夠使用多種波形與AEHF、Milstar 星座通信。按照計劃，FAB-T 未來將安裝在固定或陸基（空基）移動平臺上。2014年，由于波音公司的延遲和研發成本上升，美國軍方開始資助雷聲公司進行相應的競爭性研發工作。
美軍的下一代受保護衛星通信系統分為戰略和戰術兩個部分。新一代戰略衛星通信系統是AEHF系統的後繼方案，包括戰略XDR通信衛星星座和相關任務控制段。它具有彈性特徵，支持擴展數據率(XDR)波形。XDR波形是美軍目前最複雜的低探測率、低攔截率、抗幹擾波形的一種，可擴展數據速率波形使得數據傳輸率比傳統衛星系統的傳輸率提高5倍以上。該系統將為北極地區提供戰略衛星通信支持能力並增強戰略衛星通信的彈性。
美軍戰略與戰術衛星通信系統規劃
目前美軍沒有獨立的受保護戰術通信衛星載荷，受保護戰術通信由Milstar和AEHF系統提供，遠不能滿足美軍需求，未來美軍將建立單獨的PATS系統提供受保護戰術衛星通信服務。PATS將向良好及對抗環境中的戰術作戰人員提供全球範圍的超視距、抗幹擾及低截獲概率(LPI)/低檢測概率(LPD)通信，並使用新的抗幹擾戰術通信波形（PTW）。
美軍未來戰術衛星通信系統
美軍計劃通過三個階段實現PATS。第一階段通過改造現役WGS衛星系統的通信終端，建設初步的地面運行管理系統，在X和Ka頻段運行PTW波形，實現未來10餘顆WGS衛星的抗幹擾通信能力；第二階段將通過改造其他現役商業衛星系統通信終端，拓展地面運管系統，在C、Ku、Ka、等多個商業頻段運行PTW波形，實現租用的商業衛星系統抗幹擾通信能力；第三階段將利用研製的專用型戰術戰術通信衛星，配合PTW波形、地面終端與建成完善的運行管理系統，提供更高級別的抗幹擾戰術通信。
小結：
經過數十年的努力，美軍已經擁有了世界上最完備的寬帶、窄帶、受保護衛星通信系統，為美軍的戰場通信和態勢感知提供了極大的便利。但美國國防部依然認為這三大系統無法滿足美軍未來10年對衛星通信的需求，因此啟動了一項改造現有軍用衛星通信體系的長遠計劃，以加強美軍現有通信衛星的抗幹擾性和載荷容量，並積極論證了商業衛星的軍用途徑。其最終目標是提高美軍通信衛星的彈性抗毀性和高可用性。
1、Handheld, Manpack, Small Form Fit (HMS) AN/PRC-155 Manpack Radio and Joint Enterprise Network Manager (JENM). J. Michael Gilmore.
2、AEHF Payloads Program.Northrop Grumman.
3、Evaluation of a 4.5 kW Commercial Hall Thruster System for NASA Science Missions. Richard R. Hofer, Thomas M. Randolph, David Y.Oh, John Steven Snyder.
4、衛星與網絡、工業智能化.王 煜
5、美軍典型衛星通信應用裝備發展分析.鄧連印 鄧忠辰
6、美軍下一代通信衛星體系發展分析.張東晨
7、美軍軍事通信衛星現狀及未來發展思路分析.王 煜
8、美國AEHF軍事通信衛星推進系統及其在首發星上的應用.杭觀榮 , 康小錄
9、美軍衛星通信終端的研究現狀與發展趨勢.孟徐