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天基激光通信:在信息时代升级卫星通信

2021-08-21
来源: 网电空间战
关键词: 激光通信 卫星通信

  未来军事冲突的成功将取决于哪一方更快地可以收集、处理和共享信息,以便比对手更快地做出更好的决策。这是美国国防部联合全域指挥与控制战略和空军先进战斗管理系统等努力背后的基本要求。将这些概念变为现实的重要一步发生在 6 月下旬,当时美国空间发展局将其前两个卫星任务送入轨道。一个关键目标是展示两颗近地轨道卫星之间以及一颗卫星与一架 MQ-9 Reaper 遥控飞机之间的天基光通信(也称为激光通信)。

  太空激光通信是为美国作战人员提供进行全域作战所需的速度、规模和安全级别的信息的关键,同时又可以抵消A国和其他对手日益增长的威胁美国通信网络的能力,包括我们的军事空间系统。好消息是天基激光通信技术可以在未来五年内过渡到操作系统——如果美国国防部做出正确的投资。

  底层技术并不新鲜——基于激光的通信系统已经通过光纤电缆网络每秒传输数十 TB 的数据。但是电缆很脆弱,在世界上的大部分地区都不可行。因此,美军主要依靠基于无线电的卫星通信来提供超视距通信。然而,RF 通信也越来越容易受到干扰和拒绝,并且无法满足美国国防部未来的带宽和延迟要求。幸运的是,天基激光通信系统的技术进步为克服射频卫星通信的局限性提供了可行的解决方案。

  通信和交换信息的能力是美国军事成功的基础,能够实现共享态势感知、更快和更明智的指挥决策,以及整合分散的部队以满足任务目标。现代军事行动的数据密集度和分散程度越来越高,需要安全网络以低延迟、跨不同域的远距离向大量用户可靠地共享大量数据。美国国防部的通信系统还必须支持任务,尽管对手努力降低或拒绝它们。A国和俄罗斯都在开发和部署一系列定位和攻击美国通信网络的能力,其中包括越来越多的动能和非动能反空间武器。

  天基激光通信是美国国防部JADC2 计划的核心,作为将美国国防部所有网络连接在一起的骨干网,以实现跨平台、域、军种和联盟合作伙伴的快速无缝信息交换。在满足性能要求方面,激光器的工作波长比传统射频通信短得多,将数据传输速率提高了至少一个数量级。更短的波长还可以实现更窄的传输波束,从而降低功率和天线尺寸要求。这些尺寸、重量和功率的改进——几乎所有军事应用都受到追捧——对于在轨道上发射和维护的系统来说是一个特别重要的考虑因素。

  激光的窄传输光束也很难被敌人发现和拦截,这使得它们比射频通信更具弹性。在美国国防部的说法中,它们代表了非常低的检测概率/拦截能力的低概率。简而言之,很难定位和攻击您无法检测到的东西。即使被检测到并定位,激光通信也极难中断。它需要在目标激光通信接收器的非常狭窄的视场内以完全正确的波长和足够的功率照射另一束激光。当发射器和接收器都在移动时,这更具挑战性,就像天基平台一样。

  激光通信使有机会同时满足作战指挥官苛刻的通信要求,同时防止对手拒绝他们获得获胜所需的信息。正在进行的 SDA 技术演示对于 JADC2 等概念至关重要,它将许多简报中看到的理论通信“闪电”转变为现实。然而,这些努力目前资金不足,正如 SDA 的22 财年预算要求所指出的那样,这对他们使激光通信成为可能所必需的“互操作性测试和跟踪演示计划”产生了负面影响。这也将时间表和技术风险引入到激光通信旨在实现的关键任务的新方法中,包括导弹防御。

  不作为的代价很高;A国和俄罗斯都将信息优势视为未来冲突的核心,并正在发展实现这一目标的作战理念和能力。美国空军杰弗里·瓦伦齐亚将军最近表示,数据是“现代战争的数字命脉,。投资激光通信技术以确保正确的信息安全地传递给作战人员,无论何时何地,他们都需要它,这是至关重要的。

  Lukas Autenried 是米切尔研究所太空动力优势研究中心的高级分析师。




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