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美国可以中继转发Link16数据链的低轨卫星星座发展情况

         发布日期:2022-07-29 10:51    点击次数:162

导 读

Link16数据链是美军重要的视距内通信数据链系统,经过多年发展,已经装备美军各个军种。但它只能进行视距内战区级通信,无法进行超视距战略级全球通信。为此,美军计划发展可以转发中继Link16数据链的低轨卫星星座,配合现有Link16通信系统,可以使得Link16数据链具备超视距全球通信能力。

1.Link16卫星的发展

按照美国国防部太空架构未来阶段设想,美国空军已经开始着手研发Link16数据链低轨(LEO)卫星。美国卫讯公司(Viasat Inc)于2019年宣布,他根据美国空军研究实验室航天器XVI计划,已获得航天企业联盟管理员授予的合同,交付和测试第一个具有Link16数据链通信能力的LEO卫星。

随后,卫讯公司选定由蓝色峡谷技术公司(Blue Canyon Technologies,BCT)来设计和制造一颗XVI立方星,以在低地轨道对Link16军事通信终端进行演示实验。BCT公司于2019年8月19日宣布要建造一个配备卫讯Link16终端的12单元(12U,1单元为一个大小为10cm*10cm*11.5cm的箱体)立方星平台,以在2020年发射。

Link16演示实验卫星以95度的轨道倾角运行,在轨寿命至少为六个月。得益于与已在国防部部署的传统Link16终端的即时互操作性,该卫星将支持将由美国空军研究实验室(AFRL)、海军陆战队和特种作战司令部进行的多次演示。

另据2020年5月报道,美国Roccor公司已研制出可展开式L频段Link16卫星天线,使卫星接收和传输Link16信号成为可能。该天线会搭载在蓝色峡谷技术公司设计研制的立方体卫星上。Link16卫星的发送/接收有效载荷还具有如下特征:

①两个或多个独立可控波束,每个波束的目标点源直径为300纳米或更大;

②足够的发射功率和天线增益,能够在地平线以上10°到90°之间的任何地面仰角的波束覆盖区内,使用手持式地面Link16终端(如AN/PRC161)进行链路闭合和网络操作;

③能够在一个主运行区连续运行Link16有效载荷20分钟,并支持至少25%的总体运行占空比。

Link 16系统集成

根据XVI计划,Viasat将成为第一家测试天基Link16能力的公司,该能力与美国空军、陆军、海军、海军陆战队和特种作战Link16平台兼容,包括地面车辆、飞机和海上船只。XVI计划是朝着打造支持Link16的全球LEO卫星星座迈出的关键一步,将Link16从视距(LOS)转变为超视距(BLOS)网络,为美国和盟军提供拥有无处不在、安全、高速和弹性的通信,以改善全球战场上的共同作战图景。

2.Link16卫星的演示任务

Link16演示卫星原计划2020年发射,后来推迟到2021年底,但直到2022年初尚无发射的信息。Viasat政府系统首席技术官 Craig Miller描述了Link16卫星的演示任务。他说除了一名地面用户与大约一百英里外的飞机进行通信外,演示中还将看到两名地面用户通过 XVI 卫星相互交谈。其他目标包括证明 XVI 能够与各种最终用户终端一起工作,包括 Viasat的小型战术终端(STT)、AN/PRC-161和移出/跳出(MOJO)战术网关系统。

“演示还将证明Link16的超视距(BLoS)能力,可以从终端获取数据,通过XVI卫星中继,然后将其发送回另一个终端;或通过S-Band将数据转发给地面上的另一个用户,然后进入更广泛的全球通信网络,”米勒说。

在测试期间,AFRL将负责主要卫星操作,Viasat在其位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的航天中心提供“影子”操作。XVI卫星已经完成了模拟轨道速度、时间延迟和多普勒效应的实验室测试。

3.Link16卫星通信的优缺点

Link16低轨星座采用卫星中继的方式实现超视距通信,大大增加了其通信距离,对美军实现多军种联合作战,破除不同军种之间的通信“烟囱”大有裨益。而且,使用现有Link16终端就可以实现卫星通信,不需要研制新的通信终端。

但是,这种通信方式也有其缺点,主要是LEO卫星通信的时延在数十毫秒级(Link16目前的时延在50纳秒左右),并且时延不能精确估计,由此导致的通信两端的精同步将会受到影响。同时,由于精同步误差,Link16的高速跳频(7万跳/秒左右)抗干扰能力也会被削弱。

总结

美军正在研制可以中继转发Link16数据信号的低轨卫星星座,以实现全球通信。目前,Viasat、BCT和Roccor公司都参与研发。卫星采用立方体小卫星,L波段天线,运行轨道倾角95度。但这种卫星只能用于转发Link16包含的主要信息,跳频抗干扰能力会被削弱。

主要参考资料

[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] 孙召,陶孝锋.低轨卫星Link16数据链关键技术研究[J].空间电子技术,2021,18(03):64-69.

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本文转载自“高端装备产业研究中心”,原标题《美国可以中继转发Link16数据链的低轨卫星星座发展情况》。

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