发展历程
英国是世界上少数几个拥有自己的专用军事卫星通信网的国家之一。它的“天网”卫星通信系统在1990~1991年的海湾战争、20世纪90年代中期的波黑危机、1997年英国撤出香港的通信高峰期和1999年北约空袭南联盟行动中,充分发挥了专用军事卫星通信的优势和作用,显得物有所值。
“天网”系列卫星计划开始于20世纪60年代中期,现已发展了几代。“天网”1包括“天网”1A和1B两颗卫星,分别于1969和1970年发射。其中“天网”1A因转发器故障仅用了不到一年,而“天网”1B则由于远地点发动机故障而没有进入预定轨道。“天网”2也包括两颗卫星,均在1974年发射。其中“天网”2A发射失败,而“天网”2B则一切正常,发射20年后还仍在服役,后来,由于从中东和远东地区撤军,英国感觉已没有必要维持昂贵的军用通信卫星和众多地面站,于是在1975年取消了“天网”3计划,改为租用美国和北约的卫星。然而,随着世界军事、政治的风云变幻,英国对拥有独立军用卫星通信能力的需求后来又显著增加。
1982年的英阿马岛冲突更加强化了这种需求,从而促使英国重下决心维持自己独立的军事卫星通信系统,提出实施“天网”4计划。
“天网”4系统分为两代。第一代“天网”4系统包括3颗卫星,即“天网”4A、4B和4C,这些卫星带有4台超高频和2台特高频转发器,装备了特高频和超高频天线,可支持潜艇等移动用户通信,具有抗核电磁脉冲(EMP)能力和抗干扰功能。“天网”4A首先于1988年发射入轨。1990年,由于海湾地区局势紧张,“天网”4B和4C也匆忙入轨服役。从而完成了第一代“天网”4军事卫星通信系统的组建。
第二代“天网”4系统中的卫星是从1998年开始陆续发射的。它也包括3颗卫星,即“天网”4D、4E和4F。由马特拉公司设计制造,合同总金额约6.9亿美元。卫星仍采用三轴稳定方式,经过抗核电磁脉冲加固,并具有抗干扰功能。
然而,令人不可思议和感到十分吃惊的是,英国国防部坚持在该卫星系列上使用与第一代“天网”4相同的结构和平台。这种平台是20世纪70年代初“欧洲通信卫星”(ECS)所用的平台,而欧美大部分卫星制造公司当时已不再生产和使用同类平台,都在转向使用更加先进和寿命更长的平台。ECS卫星平台限制了第二代“天网”4卫星的设计寿命,使其寿命只有7年左右,而当代通信卫星的寿命已可达14年。
虽然如此,第二代“天网”4上的通信设备都比较先进,增加了超高频可旋转大功率点波束天线,通信容量显著增大。星上除像第一代“天网”4一样带有4台超高频和2台特高频转发器外,还增加了2台S波段转发器。每台超高频转发器的发射功率提高到了50瓦。覆盖全欧洲的宽波束天线也可旋转。
此外,卫星还具有可调谐的特高频天线。该系统支持潜艇、水面舰艇、机载和个人移动通信,可使用直径不到1米的小型接收天线,而这对常规作战是非常有用的。
2001年2月8日发射的“天网”4F是“天网”4系列的最后一颗卫星。该卫星重1.5吨,设计寿命8年。它除载有4台超高频、2台特高频和2台S波段转发器外。还载有英国国防评估与研究局的一台试验传感器,用来测试外界核辐射。
军用通信卫星按频率一般可分为特高频(UHF,300~3000兆赫)、超高频(SHF,3~30吉赫)和极高频(EHF,30~300吉赫)三种。特高频卫星成本低,但易受干扰:超高频卫星比特高频卫星抗干扰能力强:极高频卫星抗干扰能力最强,可提供的频带也宽,易于实现星上处理。
新一代卫星难产
英国最初曾打算在2005年就首次发射新一代军用通信卫星“天网”5,以替代第二代“天网”4,完成2020年前的军事通信任务。卫星寿命为至少14年。该计划一度被英、法、德的“三国军事卫星通信”计划所替代,后者的总费用约为26亿美元,由3~4颗卫星组成星座,拟在2004年以后发射。由于经费问题(当时各国的军事航天预算都在削减),“三国军事卫星通信”计划最终没有正式获得批准。另外,出于军事和政治考虑,各国也更愿意建立和维持自己独立的系统。
与民用通信卫星相比,军用通信卫星除具有一般通信卫星所具有的通信距离远、容量大、质量高、寿命长、覆盖区域广等优点外,还具有保密性好、抗干扰能力强、数据处理快、可靠性高、灵活机动和具有核环境下的生存能力等特点。所以技高一筹。军用系统比同等容量商业系统的费用平均高出10%。20%,差别并不大,而且具有商业系统不可比拟的防止敌方蓄意破坏的能力。
对于一些国家来说,维持一定的独立军事通信能力是必要的,尤其是在军事行动的通信高峰期更是如此,否则将会陷入四处求援、看别人脸色的尴尬境地,大大降低军事行动能力和效率。正是基于这种认识,英国和法国等又独立发展起各自的军用通信卫星系统。但在做法上又有所不同。
目前,在发展军事卫星通信方面,有三种做法:一是建立和维持自己独立的专用军事卫星通信网。采用这种做法的最多,如“天网”1~4和法国2005~2006年发射的“锡拉库斯”3A和3B军用通信卫星。二是购买或租用商业卫星的容量,典型例子是美国的“租赁卫星”。三是维持一定的专用军事卫星通信能力,同时将不重要或密级不高的通信业务下放给商业卫星通信系统。
“天网”5就采用了这种新的运营模式,主要原因是迫于经济上的压力,需要削减军费开支,裁减人员,提高运作效率。
英国军方将商业上的竞争机制和管理经验引入到了军事卫星通信系统的运营中。皇家空军澳科罕戈基地是英国最大的军用通信卫星测控站,管理着“天网”系列卫星,还代表北约运行着2颗“纳托”4军用通信卫星。该中心使用合同雇员代替军人操作,合同雇员已占总人员的1/3以上。商业竞争机制的引入能使每年的开支降低20%。这可以说是世纪之交英国探索军用卫星通信经营方式的尝试。
其实,英国政府早在2001年7月就决定,改变原来的“天网”5计划,转而采用“私人融资计划”(PFI)方式。即从私人商业卫星经营公司购买军用通信服务。英国国防部认为PFI方式是可行的,并发出了PFI招标。实际上,“天网”5计划正是以PFI方式才起死回生的。
“天网”5卫星概述
2003年10月,英国国防部最终与私人运营商,即欧洲宇航防务公司(EADS)阿斯特里姆服务公司下属的示范安全通信公司签署了“天网”5卫星合同。合同包括设计和制造“天网”5A和5B卫星以及提供所有发射服务和相关地面段,最终目标是在今后15年(从2003年开始)内为国防部提供安全保密的军事通信服务,这项总额超过36亿欧元的合同是在PFI方式指导下签署的。
事实上,该合同是英国国防部与私人运营商之间的一项服务采购合同,私人服务商主要提供初期投资和系统的运营支持,而英国国防部则租用这两颗卫星。这使得欧洲宇航防务公司要在从2003年起的12.5年中增加14亿欧元贷款。贷款来自由约30家银行组成的财团。欧洲宇航防务公司是在尝试一种新的经营模式,即根据客户的需求,把自己先进的专门技术与私人投资计划相结合。
示范安全通信公司选择其母公司阿斯特里姆公司作为系统主承包商,负责研制卫星,改造地面设施、网络及控制系统。提供新的地面终端设备(能在敌对环境下使用的59种不同配置的“延伸者”战术单元),改进英国皇家海军的“舰载通信终端”(SCOT)系统。这些工作必须在2008年前完成,并在其后10年内提供有效、可靠的通信业务。阿斯特里姆公司在英国雇佣了2000多人来设计、开发和制造“天网”5卫星系统。
“天网”5发射后在轨交付给示范安全通信公司。该公司也是世界上首个军事卫星通信的商业供应商。它负责提供整个合同期间的网络维护、用户支持及技术升级,还将完成“天网”5卫星所有权的移交,并运营现有“天网”4卫星。示范安全通信公司将用“天网”5卫星为英国提供超视距话音、数据和视频会议中继以及指挥、控制和通信中继服务,为英国军队、北约及其它国家提供安全通信业务。
“天网”5采用“欧星”3000平台制造,能代表军事卫星通信的前沿技术。将最终取代“天网”4.“天网”5每颗卫星的发射重量是“天网”4的3倍,有效载荷功率5千瓦,是最后一颗“天网”4系列卫星的2倍多。
“欧星”3000平台是商业卫星的成功典范,迄今已有10多颗卫星使用该平台。其中除“天网”5外均为民用卫星。这种平台可携带70台以上的转发器。它是从1995年开始研制的,尺寸和性能处于领先地位,且具有非常灵活的服务模式,能满足卫星设计和尺寸上的不断变化。平台上的通信模块可被设计在1块、2块或3块模板上,卫星高度也相应地在4~7米之间变化。根据卫星任务的不同(有的用于固定或移动通信。有的用于电视广播),其有效载荷可以有很大不同,尤其是天线数量、配置及尺寸的相应变化决定了“欧星”3000系列中每颗卫星的特点。
有备才能无患
由于通过PFI募集到了更多资金,加上未来航天保险市场的不确定性,英国国防部2005年底又和示范安全通信公司签订了“天网”5通信卫星计划的补充协议:研制“天网”5C作为备份星,并生产作为储备的第四颗“天网”5卫星的部件。按补充协议,合同的终止日期将从2018年延长到2020年,从而使该项目能创造更大的价值。该补充协议可提供近300个高技术岗位。
在3颗“天网”5卫星入轨后,如其中有一颗出现故障,将发射第4颗卫星。补充协议维持原合同中国防部的计划要求和关键时间节点不变,如系统要在2008年3月进入全面运行。英国国防采办大臣表示,补充协议进一步确保了“天网”5卫星系统的完成,并且提高了系统的性能,但没有增加国防部的投入。他说,原合同包括发射阶段或在轨技术故障的保险费用,但根据目前航天保险市场的趋势及长期的不可预见性,国防部同意示范安全通信公司研制第三颗卫星作为备份。一旦这3颗“天网”5中的一颗发射失败,新合同将自动执行建造并发射第四颗卫星作为备份的规定,以确保天上能有3颗卫星同时正常运行。
虽然英国国防部将“天网”5C作为在轨备份,但这颗卫星可提高系统性能,使示范安全通信公司能吸引更多的客户。该公司可利用剩余资源为客户提供特殊的政府和军事通信服务,以此来赢利。目前示范安全通信公司已和加拿大、法国、北约和葡萄牙等签署了合作协议。
目前,在欧洲军用通信卫星领域,英国、法国、西班牙和意大利都发展了各自的军用通信卫星。此外,北约也有自己的卫星。法国和英国及欧洲其它国家还签订了双边及多边互助合作协议。协议规定可互相以对方的军用卫星作为备份,并建立了可互操作和资源共享的机制。
在欧洲一体化日益加强的今天,军用卫星通信一体化的趋势日渐明显,这也是欧洲军事卫星通信的终极目标。但在一体化的过程中,由于政治、军事等多方面的差异,矛盾和挫折也是在所难免的。
“天网”5A发射成功
2007年3月11日,英国首颗第五代军用通信卫星“天网”5A从法属圭亚那库鲁发射基地由阿里安5ECA火箭发射上天,该星发射质量约4.7吨,是英国3颗新一代安全军用通信卫星中的第一颗。
英国军方计划在2008年前分别向地球同步轨道发射“天网”5B和5C卫星。这3颗卫星可以使英国陆海空三军指挥系统的通信容量和速度大大提高。
“天网”5卫星的通信容量是现役“天网”4卫星的5倍,装有4部可控天线,可将带宽资源集中于最需要的位置,同时还有超强的抗干扰、抗窃听能力,将在全球范围内为英军和“友军”提供高速、安全而可靠的通信手段。星上的先进接收天线允许卫星有选择地收听信号,并过滤掉“干扰”信号。超高频通信转发器具有很强的抗毁和抗干扰能力,可提供覆盖从美国东海岸到澳大利亚西海岸的数据通信、视频会议以及其它通信服务。英国军事专家称这种卫星是英国专门用于军事目的的卫星,是迄今英国乃至欧洲最先进的同类卫星,是“英国军队向电子时代迈出的重要一步”。
“天网”5A的主承包商是阿斯特里姆公司,由阿斯特里姆公司的子公司示范安全通信公司运营。该星采用“欧星”3000平台,在容量和性能方面有明显改进,带有展宽34米的太阳能电池阵。卫星拟定点于西经1度的静地轨位。阿斯特里姆公司开发项目主任伍德说:“这是一个开拓性的军事卫星系统。可使军事通信能力得到空前提高。”