美國可以中繼轉(zhuǎn)發(fā)Link16數(shù)據(jù)鏈的低軌衛(wèi)星星座發(fā)展情況
導(dǎo) 讀
Link16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)敲儡娭匾囊暰鄡?nèi)通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)裝備美軍各個軍種。但它只能進(jìn)行視距內(nèi)戰(zhàn)區(qū)級通信，無法進(jìn)行超視距戰(zhàn)略級全球通信。為此，美軍計劃發(fā)展可以轉(zhuǎn)發(fā)中繼Link16數(shù)據(jù)鏈的低軌衛(wèi)星星座，配合現(xiàn)有Link16通信系統(tǒng)，可以使得Link16數(shù)據(jù)鏈具備超視距全球通信能力。
按照美國國防部太空架構(gòu)未來階段設(shè)想，美國空軍已經(jīng)開始著手研發(fā)Link16數(shù)據(jù)鏈低軌(LEO)衛(wèi)星。美國衛(wèi)訊公司(Viasat Inc)于2019年宣布，他根據(jù)美國空軍研究實驗室航天器XVI計劃，已獲得航天企業(yè)聯(lián)盟管理員授予的合同，交付和測試第一個具有Link16數(shù)據(jù)鏈通信能力的LEO衛(wèi)星。
隨后，衛(wèi)訊公司選定由藍(lán)色峽谷技術(shù)公司(Blue Canyon Technologies，BCT)來設(shè)計和制造一顆XVI立方星，以在低地軌道對Link16軍事通信終端進(jìn)行演示實驗。BCT公司于2019年8月19日宣布要建造一個配備衛(wèi)訊Link16終端的12單元(12U，1單元為一個大小為10cm*10cm*11.5cm的箱體)立方星平臺，以在2020年發(fā)射。
圖表：XVI (Link-16)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)（圖片來源：ViaSat）
Link16演示實驗衛(wèi)星以95度的軌道傾角運(yùn)行，在軌壽命至少為六個月。得益于與已在國防部部署的傳統(tǒng)Link16終端的即時互操作性，該衛(wèi)星將支持將由美國空軍研究實驗室(AFRL)、海軍陸戰(zhàn)隊和特種作戰(zhàn)司令部進(jìn)行的多次演示。
另據(jù)2020年5月報道，美國Roccor公司已研制出可展開式L頻段Link16衛(wèi)星天線，使衛(wèi)星接收和傳輸Link16信號成為可能。該天線會搭載在藍(lán)色峽谷技術(shù)公司設(shè)計研制的立方體衛(wèi)星上。Link16衛(wèi)星的發(fā)送/接收有效載荷還具有如下特征：
①?兩個或多個獨(dú)立可控波束，每個波束的目標(biāo)點(diǎn)源直徑為300納米或更大;
②?足夠的發(fā)射功率和天線增益，能夠在地平線以上10°到90°之間的任何地面仰角的波束覆蓋區(qū)內(nèi)，使用手持式地面Link16終端(如AN/PRC161)進(jìn)行鏈路閉合和網(wǎng)絡(luò)操作;
③?能夠在一個主運(yùn)行區(qū)連續(xù)運(yùn)行Link16有效載荷20分鐘，并支持至少25%的總體運(yùn)行占空比。
Link 16系統(tǒng)集成
根據(jù)XVI計劃，Viasat將成為第一家測試天基Link16能力的公司，該能力與美國空軍、陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊和特種作戰(zhàn)Link16平臺兼容，包括地面車輛、飛機(jī)和海上船只。XVI計劃是朝著打造支持Link16的全球LEO衛(wèi)星星座邁出的關(guān)鍵一步，將Link16從視距(LOS)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暰?BLOS)網(wǎng)絡(luò)，為美國和盟軍提供擁有無處不在、安全、高速和彈性的通信，以改善全球戰(zhàn)場上的共同作戰(zhàn)圖景。
Link16演示衛(wèi)星原計劃2020年發(fā)射，后來推遲到2021年底，但直到2022年初尚無發(fā)射的信息。Viasat政府系統(tǒng)首席技術(shù)官 Craig Miller描述了Link16衛(wèi)星的演示任務(wù)。他說除了一名地面用戶與大約一百英里外的飛機(jī)進(jìn)行通信外，演示中還將看到兩名地面用戶通過 XVI 衛(wèi)星相互交談。其他目標(biāo)包括證明 XVI 能夠與各種最終用戶終端一起工作，包括 Viasat的小型戰(zhàn)術(shù)終端(STT)、AN/PRC-161和移出/跳出(MOJO)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。
“演示還將證明Link16的超視距(BLoS)能力，可以從終端獲取數(shù)據(jù)，通過XVI衛(wèi)星中繼，然后將其發(fā)送回另一個終端;或通過S-Band將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給地面上的另一個用戶，然后進(jìn)入更廣泛的全球通信網(wǎng)絡(luò)，”米勒說。
在測試期間，AFRL將負(fù)責(zé)主要衛(wèi)星操作，Viasat在其位于加利福尼亞州卡爾斯巴德的航天中心提供“影子”操作。XVI衛(wèi)星已經(jīng)完成了模擬軌道速度、時間延遲和多普勒效應(yīng)的實驗室測試。
Link16低軌星座采用衛(wèi)星中繼的方式實現(xiàn)超視距通信，大大增加了其通信距離，對美軍實現(xiàn)多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)，破除不同軍種之間的通信“煙囪”大有裨益。而且，使用現(xiàn)有Link16終端就可以實現(xiàn)衛(wèi)星通信，不需要研制新的通信終端。
但是，這種通信方式也有其缺點(diǎn)，主要是LEO衛(wèi)星通信的時延在數(shù)十毫秒級(Link16目前的時延在50納秒左右)，并且時延不能精確估計，由此導(dǎo)致的通信兩端的精同步將會受到影響。同時，由于精同步誤差，Link16的高速跳頻(7萬跳/秒左右)抗干擾能力也會被削弱。
美軍正在研制可以中繼轉(zhuǎn)發(fā)Link16數(shù)據(jù)信號的低軌衛(wèi)星星座，以實現(xiàn)全球通信。目前，Viasat、BCT和Roccor公司都參與研發(fā)。衛(wèi)星采用立方體小衛(wèi)星，L波段天線，運(yùn)行軌道傾角95度。但這種衛(wèi)星只能用于轉(zhuǎn)發(fā)Link16包含的主要信息，跳頻抗干擾能力會被削弱。
主要參考資料
[1] Viasat Contracted to Deliver the World's 1st Link 16-Capable Low Earth Orbit (LEO) Spacecraft.
[2] The XVI LEO satellite has enormous potential to transform communications for military operations.
[3] Viasat taps Blue Canyon Technologies to build Link 16 satellite.
[4] Blue Canyon Builds Viasat’s 1st Link 16 LEO Spacecraft.
[5] 孫召,陶孝鋒.低軌衛(wèi)星Link16數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)研究[J].空間電子技術(shù),2021,18(03):64-69.
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本文轉(zhuǎn)載自“高端裝備產(chǎn)業(yè)研究中心”，原標(biāo)題《美國可以中繼轉(zhuǎn)發(fā)Link16數(shù)據(jù)鏈的低軌衛(wèi)星星座發(fā)展情況》。
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