洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

admin 2024年2月29日13:46:16评论16 views字数 14617阅读48分43秒阅读模式

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美太空军“移动用户目标系统”(MUOS)通信卫星分析

(Space News 2024年1月25日报道)太空系统司令部分别授予向波音和洛克希德·马丁每家公司授予了一份价值 6600 万美元的合同,用于延长移动用户目标系统服务寿命的第一阶段,设计 2 颗 MUOS 卫星。洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

美国国防部宣布,太空军分别与洛克希德马丁公司和波音公司签署了价值6千6百万美元的窄带通信卫星设计合同。太空军计划新研2颗卫星扩充为美军提供话音和数据通信的移动用户目标系统(MUOS)。此次签订的设计合同是竞争2颗卫星研制合同的一部分。

洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

两家公司将开发卫星模型以展示如何满足太空军对MUOS卫星的要求,开发周期15个月。

美国太空军计划在2025年从两家公司中选择一家完成2颗卫星的研制任务,提升MOUS星座的现代化水平,目前该星座有5颗静止轨道卫星在轨。

窄带通信的数据速率较低,但对军事任务非常重要。

根据国防部公布的内容,洛马和波音在竞争中超出第三家对手,获得了设计合同,合同名为MUOS服务寿命延长(SLE)第一阶段。

洛克希德公司于 2024年2 月 2 日宣布美国太空部队太空系统司令部授予洛克希德·马丁公司一份价值 6600 万美元的固定价格合同,用于降低风险活动和移动用户目标系统 (MUOS) 使用寿命延长 (SLE) 计划的早期设计工作

洛克希德·马丁公司建造并运营了 SSC 的整个 MUOS 星座,其中包括四颗活跃卫星和一颗在轨备用卫星。MUOS 的卫星网络为美国军方提供超高频 (UHF) 语音和数据通信。 

SLE 计划计划通过在卫星群中再增加两颗 MUOS 卫星来支持传统的 UHF 频道,从而将其能力提升到 2030 年代。洛克希德·马丁航天公司负责连接、运输和访问任务的副总裁乔·里克斯 (Joe Rickers) 表示:“洛克希德·马丁公司通过开发 MUOS,彻底改变了机动部队的军事通信,MUOS 提供同步、清晰的语音、视频和任务数据,将连接扩展到线路之外——世界各地的目光。” 

合同第一阶段的基期为一年,可能延长六个月。基期包括降低风险和早期设计活动。第二阶段是一项单独的竞赛,涉及最终设计、生产、航天器测试以及在 2030 年之前交付给美国太空军。 

据C4ISRNET网站2024年1月27日消息,美太空军授予洛克希德·马丁和波音公司合同,为“移动用户目标系统”(MUOS)窄带卫星通信系统设计两颗增补卫星原型。

该合同称为MUOS服务延长阶段1。在这一阶段,两家公司将进行新卫星的早期设计和风险降低工作。2025年7月项目第1阶段结束后,美太空军将选择其中一家公司制造两颗MUOS新卫星,第一颗卫星预计将于2030财年底之前发射。

MUOS系统运行于UHF频段,采用3G蜂窝电话技术为美军及其盟国提供话音和数据通信,最初由美海军采购,现由美太空军运行。MUOS系统现有五颗卫星在轨,但服务已超额订阅。两颗增补新卫星加入后,将缓解美军窄带卫星通信能力不足问题,并使MUOS星座延长运行至2030年代末。

除具有更高功率和更先进的通信技术外,美太空军并未透露新卫星的其他能力,但指出近期升级工作的重点是提高韧性,早期的MUOS卫星不具有针对网络威胁和干扰的韧性。同时,美太空军正在制定长期窄带卫星通信计划,预计将纳入商业卫星能力。

洛马是MOUS星座目前在轨卫星的制造商。

太空军希望“降低风险和不确定性”

国防部表示,此次签订的设计合同“是为了开展早期设计工作,以降低进入MOUS SLE第二阶段的风险和不确定性。”

MUOS卫星采用超高频率以及3G蜂窝电话技术为美军和盟军提供话音和数据通信服务。该项目最初由美国海军发起,目前由太空军负责卫星运行。

由于现有卫星已经超负荷运行,美国太空系统指挥部在2022年底请求对服务寿命延长项目进行招标,随后国防部同意增加2颗卫星。

太空军拥有未来5年内20亿美元的预算研制2颗卫星和支持系统。

在洛马和波音完成前期设计阶段后,太空军将决定那家公司进入第2阶段完成卫星研制,2颗卫星的名称为MUOS V6和V7。

太空系统指挥部表示:“第2阶段的内容包括最终设计、卫星研制和交付,获得第1阶段合同的单位才有资格参与。”

该项目办公室表示,与目前在轨卫星相比,新卫星将具备更高的功率和更加先进的通信技术。MUOS V6和V7卫星计划于2030年发射。

据防务信息2024年1月27日报道,美国太空军将为MUOS卫星系统补充2颗新型卫星,使系统使用寿命延长至30年代中期。2颗新型MUOS卫星的制造商初步定为洛克希德·马丁公司和波音公司。

从现在起至明年7月为第一阶段,洛克希德·马丁公司和波音公司每家获得一份价值6600万美元的早期设计和降低风险的合同。每家公司提供1颗卫星原型。2025年7月至2030年为第二阶段,太空军将选择其中一家公司为合作伙伴,负责建造两颗卫星。2030年底至2035年为第三阶段,卫星发射及维护。其中第一颗卫星预计将在2030财年年底前发射。

据C4ISRNET网站2022年5月5日消息,美国太空军正在推进一项计划,延长移动用户目标系统(MUOS)星座的寿命,并申请在2023财年投入资金建造和发射另外两颗UHF通信卫星。
美国太空军上个月公布了预算申请细节,包括2023财年用于MUOS开发的1.659亿美元,以及未来5年的约22亿美元。它还包括将于2023年年初授予的两份固定价格卫星设计合同资金。美国太空军预计总开发成本为37亿美元,并希望能在2029或2030年发射卫星。
MUOS星座包括4颗工作卫星和1颗在轨备用星,由美国海军和主承包商洛克希德·马丁公司建造。随着美国太空军的成立,该项目从美国海军移交到了太空军。2022年3月《2022年财政综合拨款法案》的通过标志着这一举动正式落地。 
MUOS卫星在300MHz到3GHz频率范围内运行,使之不易受恶劣天气条件影响。窄带通信星座是传统UHF后继星(UFO)系统的替代星座,其设计能力是以前UHF卫星的10倍。每颗卫星携带2个有效载荷:一个用于维持UHF网络,另一个有效载荷用于提供新的宽带码分多址(WCDMA)能力。 
购买更多卫星的计划最初是由美国海军提出的,目的是将该星座的在轨寿命至少延长到2034年,并将其支持地面段延长到2039年。根据预算文件,新卫星将不会携带传统UHF有效载荷。美军表示,新卫星可能会具备增强能力,但没有提供更多细节。 
美国太空军决定重新启动MUOS生产,而不是追求同等的、可能更便宜的商业能力,引起了外部专家的质疑。这不仅要投入更多,而且MUOS还面临着延迟问题,尤其是在地面段和用户设备,这使得用户无法充分利用该系统更新的有效载荷,而只能依赖于传统UFO能力。
美国太空军发言人5月4日表示,美太空军一方面将延长MUOS寿命,一方面将通过美国太空作战分析中心在今年夏天开始的备选方案分析,探索更长期的窄带通信方案。虽然有商业UHF卫星通信选项,但这些能力并不能满足美国国防部的所有要求,这就是为什么需要MUOS星座和延长寿命。这位发言人还表示,美国国防部有且将继续有一些独特的需求,这些是商业服务可能无法提供的,而MUOS目前可部分满足。 
美国太空军的请求还包括MUOS采购资金:2023财年为4680万美元,而美国太空军5年开支预期约为2.446亿美元。根据预算文件,短期采购资金将用于解决MUOS地面段的陈旧问题和网络安全漏洞,年度外资金将用于软硬件升级
洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

夏威夷斯科菲尔德兵营第25步兵师的陆军士兵参加了海军移动用户目标系统的测试

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据C4ISRNET网站2018年11月8日报道,美国海军陆战队系统司令部领导人表示,希望新的海军卫星——移动用户目标系统(MUOS)让陆战队员获得类似智能手机的通信能力。
美国政府审计署的数据显示,美国海军MUOS星座包括五颗卫星,价值约74亿美元。洛克希德·马丁公司为该项目主承包商。MUOS卫星使用3G协议代替传统的卫星连接,在软件定义电台上运行军用标准波形增强机动性、提供更高的数据速率和作战可用性。
MUOS利用商业手机技术(WCDMA)增加可支持的用户数量,用户可根据需要进出网络。采用传统卫星通信技术,必须更为严格地管理资源,总部级以下人员并不是总能获得卫星通信能力。而现在利用MUOS,可为战术边缘提供持久的远程话音与数据连接。负责多信道电台项目的海军陆战队官员Shawn Avery 表示,“当你不说话的时候,就不使用带宽,这样就可以让其他人上网,这是MUOS的最大卖点”。
MUOS还将提供更高的数据率。出于安全考虑,美国海军陆战队并未透露具体指标,但表示速率比过去大幅提高,“用户将能够访问各种信息网络,更快地访问质量更高的数据”。
一段时间以来,美国海军陆战队一直在为使用MUOS增强其卫星通信能力作准备。过去六年,海军陆战队已经部署了数千台具备MUOS能力的AN/PRC-117G电台,相关人员表示,这些电台的固件最终将升级以支持MUOS波形,将部署三套新天线组件以支持多种作战配置。海军陆战队希望在2019年年中拥有并运行MUOS初始能力。
传统星座使用宽波束,覆盖面积大,而MUOS则使用更多波束覆盖较小地理区域,改进了过去难以使用卫星通信的各种挑战场景下的通信能力,例如,可以在植被茂密的环境中获得更好性能。
MUOS还有助于满足美海军陆战队日益增长的远征任务需求。以前的通信布设需要部署笨重复杂的天线。采用MUOS,作战人员可以使用更小的天线,在移动中创建链路,而无需停下完成话音和数据通信。MUOS包括几个互联的地面站,用户可像使用手机一样在全球漫游。这增加了海军陆战队的作战灵活性,简化了支持全球远征部队所需的规划活动。
美海军陆战队官员表示,这种移动通信能力弥补了海军陆战队长期以来存在的超视距通信能力空白,将为海军陆战队带来新的战略优势
按照《美国国防部试验鉴定管理指南》[1]定义,试验鉴定的主要目的是为决策者提供重要信息,验证和确认军事装备是否达到规定的体系效能和技术指标要求,并确定系统是否具备作战有效性、适用性、生存能力以及在预期用途下的安全性。因此,装备试验鉴定的主要目的是摸清装备完成作战使命任务的能力,确保装备好用、易用,关注装备对体系作战能力提升的贡献程度。
随着信息化战争对航天装备的需求和依赖日益强烈,卫星通信系统也面临着由“试验型”向“装备型”转变的严峻挑战。试验鉴定将装备全寿命周期试验归结为性能试验、作战试验和在役考核3类。美国在探索航天装备试验鉴定方法的过程中耗费了大量人力、物力和时间,经过多年的实践与改进,基本形成了适用于航天装备的试验鉴定体系,其以增强航天装备研制能力和作战能力为目标的试验鉴定策略和方法研究具有借鉴意义。
相对于固定业务卫星通信系统,卫星移动通信系统具有业务分布不均匀,突发式业务需求多,功率和频率资源动态管理等显著特点,对系统试验鉴定提出了新的挑战。本文通过对美国航天装备试验鉴定体系的研究分析,重点对美军“移动用户目标系统”(Mobile User Objective System, MUOS)鉴定试验的组织体系、测试项目等要素进行研究,提出对卫星移动通信系统试验鉴定的思考与建议。

MUOS卫星系统是美国海军主导开发的窄带卫星通信项目,用于替代1993年开始发射的特高频后续UFO卫星系统。2004年洛克希德·马丁公司成为MUOS 的主承包商和系统集成商,最初设计寿命为2024年。

第一颗MUOS-1 卫星终在 2012 年 2 月 成功发射升空。2016年11月,最后一颗,即第五颗卫星终于到达运行轨道。经过多次调试和实验,美国海军于2019年宣布移动用户目标系统(MUOS)实现全部设计作战能力。

MUOS通过五颗卫星(四颗运行卫星和一颗在轨备用卫星)组成的星座,为终端、平台、战术运营商和运营中心提供全球窄带连接。MUOS 主要针对移动用户(例如空中和海上平台、地面车辆和步兵),以高达 384 kbit/s的数据速率将用户的语音、数据和视频通信扩展到视线之外。不太容易受到恶劣天气或复杂地形的影响。
MUOS拥有四个地面接收站。每个地面站通过Ka频段馈线链路服务于四个有源卫星中的一个,下行链路为20.2-21.2GHz,上行链路为30.0-31.0GHz。它们分别设在:
1、位于西澳大利亚州科贾雷纳 ( Kojarena) 的澳大利亚国防卫星通信站,位于西澳大利亚州杰拉尔顿 (Geraldton)以东约 30 公里处;
2、海军无线电发射机设施(NRTF)尼谢米距意大利西西里岛Sicily西戈内拉海军航空站约 60 公里的美国海军基地的无线电发射站;
3、海军卫星通信设施,弗吉尼亚州东南部切萨皮克西北部Northwest的海军卫星通信设施,北纬36.564393°,西经 76.270477°;
4、夏威夷瓦西阿瓦的 MUOS 地面站,以及夏威夷太平洋海军计算机和电信区域主站。

洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

2022年3月,海军的MUOS 卫星通信系统、人员、资金和任务职责将移交给太空军。此次太空军选择的合作公司,洛克希德·马丁公司是原卫星的承包商。原卫星以洛克希德公司的A2100卫星平台为基础,净质量为3812公斤,发射质量为6740公斤。卫星主体大小为6.7 x 3.66 x 1.83米。
A2100卫星平台主要用作地球静止轨道上运行的通信卫星平台,为了提供下一代窄带通信,卫星载有两个有效通信载荷,并产生两个部分的通信能力:
1、一个载荷是在向 MUOS 过渡期间维持国防部窄带通信的传统通信有效载荷,集成了功能齐全且独立的 UFO 传统有效负载。一个直径5.4米的反射器将用于与传统的UHF终端通信,以提供一个与前期军方使用的许多设备兼容的系统。
2、另外一个载荷是先进的 MUOS 新的宽带码分多址 (WCDMA) 波形功能。MUOS先进的多波束通信功能则使用直径14米的第二反射器。
太空军没有透露新卫星将提供哪些能力,只是表示将优先考虑这些短期升级中的恢复能力。原卫星的设计缺少抵御网络威胁和敌人干扰的能力。根据太空军的计划,在2024-2028财年,该项目将需要25亿美元,其中包括明年的2.3亿美元。

美海军陆战队与太空军演示MUOS窄带卫星通信系统与美海军陆战队航空兵的通信兼容能力

美国海军陆战队网站2023年11月30日消息,在美国海军陆战队联合能力演示中,美国海军陆战队第3舰载机联队(MAW-3)展示了移动用户目标系统(MUOS)与CH-53E“超级种马”直升机的通信兼容性。此次演示活动的参与方包括美国太空军太空系统司令部、MUOS项目办公室、海军陆战队第3舰载机联队,以及第1海军陆战队远征军。参与各方讨论了天基能力的使用以及MUOS对海军陆战队飞机的直接作战支持。
美国太空系统司令部表示,希望通过演示提高合作伙伴和联合部队之间在太空任务领域的联合行动能力。“美国太空军需要确保联合部队(包括美国海军陆战队)的通信需求,并以灵活和相关的方式满足战术作战人员需要,”美国太空军太空系统司令部负责地面现代化的Kevin Champaigne少校表示。
MUOS是美国太空军管理的窄带军事通信卫星系统,可支持全球用户,并用更新、更小的终端提供增强通信能力。Champaigne表示:“一旦战术作战人员超出陆基通信范围,窄带卫星通信通常是战术作战人员唯一可用的回传通信源,使其成为在世界各地严峻环境下作战的关键使能因素。”
此次演示展示了MUOS如何利用宽带码分多址(WCDMA)技术,使美海军陆战队能够同时双向通话并共享数据,这一能力对于在严峻环境下的海军陆战队作战人员是至关重要的。
此外,WCDMA有助于管理通信期间的信号或信息传输,并使美海军陆战队能够从战场连接回战术网络、战略网络和武器系统。这将提供一种快速更新能力,以及在现场或前方位置的快速决策能力。
此次演示在美海军陆战队米拉马尔空军基地进行。演示活动不仅展示了MUOS和海军陆战队航空兵的尖端数字互操作能力,还强调了推进通信技术的承诺,以确保联合部队在未来行动中的就绪性和有效性。
【据美国《C4ISR与网络》2022年10月22日报道】美太空军预计将在2023年初为两颗“移动用户目标系统”(MUOS)卫星发布招标,旨在确保军事用户能够获得安全通信。MUOS在300MHz到3GHz的频率范围内工作,不易受恶劣天气条件影响,是安全信息传输的理想选择;将达到或超过目前的系统性能要求,具有兼容的接口,确保无缝整合和运行的连续性;将取代超高频后续系统,携带两个有效载荷,一个用于维持传统的超高频网络,另一个提供新的宽带码分多址能力。
移动目标用户卫星通信系统(Mobile User Objective System)是美军的新一代窄带通信卫星系统,用来取代之前的UFO“特高频后继卫星通信系统”(Ultra High Frequency-follow-on Satellite Communication System)。
在兼容原有UFO系统的基础上,大胆采用了商业新技术以及新的波形和信号算法,采用星地一体化传输设计,使得MUOS系统的能力比之前的UFO系统有了巨大的提升。
MUOS系统是世界上第一型采用了商用WCDMA技术的窄带军用通信卫星系统,整个星座由6颗同步轨道通信卫星组成(5颗工作星,1颗备份星),卫星工作寿命13-15年,能覆盖南北纬65度之间的广大范围,通过星载多波束天线实现类似地面蜂窝式移动通信系统的覆盖,每颗卫星可以提供64个WCDMA射频载波(16个点波束,每个点波束复用4个5MHz的WCDMA射频载波)。

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MUOS系统是世界上第一型采用了商用WCDMA技术的窄带军用通信卫星系统,整个星座由6颗同步轨道通信卫星组成。
每个点波束比之前的UFO系统的全球波束有12-15dB的接收增益,这使得MUOS系统的终端可以在最严酷的传输环境下达到至少9.6kb/s的数据传输能力。此外,那1颗备份星也可以根据任务需要,随时漂移至有需要的区域上空,增加该区域的可用点波束数量。
MUOS系统的地面控制段也与其他军用通信卫星系统有所不同,由4个地面控制站组成,分别坐落在夏威夷、诺福克、意大利西西里岛和澳大利亚,彼此通过地面通信网络连接,除了进行卫星日常测控和管理之外,还要承担用户的语音和数据传输业务。这是因为MUOS系统各型终端与卫星通过UHF频段进行连接,卫星与地面控制站通过Ka频段连接,所有终端到终端之间的用户通信都通过MUOS的地面通信网络实现。
MUOS系统的典型通信流程是:用户使用UHF WCDMA频段的终端与卫星建立上行通信连接,卫星再通过Ka频段下行链路将信号转发到4个地面控制站中的1个,此地面控制站通过位于夏威夷和诺福克的交换与网络管理设备识别出用户信号所想要送达的目标用户,通过地面通信网络将信号发送至合适的地面控制站,然后由合适的地面控制站通过Ka波段上行链路发送信号给卫星,卫星再通过UHF WCDMA频段下行将信号转发至正确的目标用户终端。

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MUOS系统的卫星工作寿命13-15年,能覆盖南北纬65度之间的广大范围。

这看起来似乎比传统的卫星通信(用户直接上行-卫星中继-目标用户下行)方式更加复杂和繁琐,但却是MUOS系统的优越之处,这种星地一体化传输设计不但大大提高了整个卫星通信系统的抗干扰和抗毁能力,而且能够进行动态资源规划和分配,更灵活的高优先级用户授权。
此外,MUOS系统还能够保证在1年中有至少97%的时间可以正常工作(其他军用通信卫星系统只有70%不到的实际工作时间),在作战情况下为部队提供不论何时何地都可以使用的可靠“动中通”链路,信道可用率达到97%(特别是在赤道附近区域,传统的卫星通信会受到电离层闪烁造成周期性的通信中断,而MUOS的WCDMA波形能够很好地避免这一问题),满足现代战争中美军对移动卫星通信的需求。
以UFO系统为代表的UHF频段窄带战术通信卫星系统此前在美国海军一直得到了较好的应用,成为美国海军进行全球海上部署和作战的重要通信支柱。因此,美国海军现在也非常重视MUOS系统的应用,并将其作为战术通信卫星系统的主要组成部分,利用其更好的抗干扰、抗毁、动中通性能和小型化终端,进一步增强美国海军的全球移动战术通信能力,以适应现代海战的复杂对抗环境。
美国海军2016年10月16日宣布,移动用户目标系统(MUOS:MobileUser Objective System)在今年夏天成功完成了长达数月的多任务作战测试和评估,并被海军认为操作有效,这意味着它已经适合作战和网络生存。测试完成后,新系统将在美国军队全面使用。
自1978年舰队卫星通信卫星发射以来,美国海军一直依赖于超高频通信,移动用户目标系统(MUOS)是美国海军的新一代卫星通信系统,为美军提供随时随地的语音和数据通信,它使用类似于商业3G的SA-WCDMA技术,增加在战场上对数据和语音通信的访问。MUOS系统提供了类似智能手机的功能,以支持那些需要移动性、高数据速率和改进操作可用性的用户,能提供10倍于现有UHF星座的系统容量,每颗卫星总共可提供16个通信波束。移动用户的数据速率高达384kbps,系统能同时接入1997个速率为39.2Mbps全球同步访问和502个速率3 Mbps的用户接入。
MUOS系统提供MUOS用户之间的全球连接,并访问美国国防信息系统局(DISA)的地面语音和互联网协议(IP)网络。MUOS将通过远程端口接口提供对国防部信息系统网络(DISN:Defense Information Systems Network)、国防交换网络(DSN:Defense Switched Network)的连接。美国海军、海军陆战队、空军和陆军将用MUOS取代老化的遗留系统。战斗指挥官和部署在世界各地的美国军队将使用MUOS卫星通信系统完成全球指定的作战和联合部队的任务,特别是那些涉及高度移动用户的任务,这些任务包括主要的常规战争;地区冲突;搜索和救援;人道主义或救灾(包括恶劣天气事件);国土安全;国土防御;反恐;非战斗疏散操作;非常重要的人旅行;战略空运;全球打击;情报、监视和侦察;后勤支持。

MUOS通信系统系统架构

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MUOS系统框架图

MUOS网络由4颗地球同步卫星(外加一颗在轨备用卫星)和4个地理上分散的地面站,以及地面交换网络组成,所有的地面系统都通过高容量光纤地面链路连接(上图中橙色的线),为移动部队带来同步的、透明的语音、视频和任务数据。洛克希德·马丁公司是MUOS卫星的主承包商,而地面系统由通用动力公司建造。
MUOS系统每个卫星总是在两个地面站无线电接入设备(RAF:radio access facilities)的视野中,每个RAF也总是在两个卫星的视野中。如果与3G地面术语相比,每个MUOS卫星对应一个“发射塔”,每个地面RAF对应一个“基站”。
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MUOS系统上行UHF链路频率为300-320MHz,下行链路频率为360-380MHz,系统数据流程如下:

  • MUOS用户终端通过UHF上行链路向用户发送数据,卫星接收信号并将其转换成数字格式,通过ka波段下行链路将数字化信号传输给地面RAF,这个链接称为用户到基站(U2B:User-to-Base)。
  • 地面RAF解码接收到的用户数据,传到最近的交换设施(SF:switching facility),两个交换设施位于夏威夷和弗吉尼亚。SF随后将数据路由到国防部信息网络或与目标用户处于同一卫星覆盖区的地面RAF。
  • 该RAF再通过ka波段链路上行发送到覆盖此区域的MUOS卫星,卫星接收数据,然后通过UHF波段下行链路将其重新传输到目标MUOS用户,这一链路称为B2U(B2U:Base -to- User)。
位于Wahiawa HI站的网络管理设施(NMF:Network Management Facility)管理通信规划和对MUOS资源的优先/分配访问。初级和次级卫星控制设施(SCF:Satellite Control Facilities)从卫星接收状态信息,并使用安全链路(通过RAFs)向卫星发送命令。

2、地面段

MUOS系统四个地面站分别对应MUOS星座的一颗卫星提供服务,它们分别设在:
  • 位于西澳大利亚州杰拉尔顿Geraldton国防卫星通信站;
  • 位于意大利西西里岛Sicily的美国海军基地的无线电发射站;
  • 位于弗吉尼亚州切萨皮克西北部Northwest的海军卫星通信设施;
  • 位于夏威夷的太平洋海军计算机和电信区主站。
位于施里弗空军基地的海军卫星作战中心分遣队和加州木谷海军航空站负责跟踪控制卫星。

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MUOS地面站

3、空间段

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MUOS卫星模型图MUOS卫星发射信息表

MUOS卫星以洛克希德公司的A2100卫星平台为基础,净质量为3812公斤,发射质量为6740公斤。卫星主体大小为6.7 x 3.66 x 1.83米。A2100卫星平台主要用作地球静止轨道上运行的通信卫星平台,同时,该平台也承载红外扫描和凝视传感器的SBIRS-GEO(基于空间的红外传感器)卫星,以及在中地球轨道上运行的GPS Block IIIA卫星。
卫星载有两个有效通信载荷,并产生两个部分的通信能力。一个直径5.4米的反射器将用于与传统的UHF终端通信,以提供一个与前期军方使用的许多设备兼容的系统。MUOS先进的多波束通信功能则使用直径14米的第二反射器。
MUOS卫星的另一个特点是可以提供高纬度地区的通信能力,其设计要求提供从北纬65ºN到南纬65º几乎全球通信覆盖。大多数地球同步卫星无法到达高纬度地区(Artic),然而洛克希德·马丁公司2013年进行的测试表明,MUOS可以覆盖比最初设计时更多的北极地区,实际到达已高达89.5ºN。

洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

MUOS卫星星下点示意图

目前所有MUOS卫星(四颗在用,一颗在轨备用)都已发射并投入使用。他们占领地球同步轨道和5º轨道倾角。位于澳大利亚、意大利、弗吉尼亚和夏威夷的四个地面站(RAF)已经完成建设并全面投入使用。许多供应商也提供了MUOS兼容的终端,新一代窄带通信系统将全面使用。

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MUOS系统信息流程图

美军航天装备试验鉴定体系发展现状

美军装备试验鉴定是其装备采办系统工程过程的重要组成部分,通过在装备全寿命周期对装备功能性能及作战能力进行考核,达到降低装备采办风险、控制装备采办成本以及提升装备作战能力等目的。
美军航天装备试验鉴定体系的发展经历了3个阶段,即体系初步建立阶段(20世纪90年代)、体系优化改进阶段(2000年—2008年)和体系推进实施阶段(2009年至今)[2-3]。美军早期航天装备试验鉴定采用研制试验鉴定和作战试验鉴定独立开展的策略,并重点强调航天装备发射前的地面研制试验鉴定,一般以装备承包商为主完成。为加强对航天装备战术技术指标和作战能力的考核,控制装备研制风险,美军通过体系优化推出了针对具体项目的一体化试验小组(integrated test team, ITT)和研制与作战一体化试验,强化了军方用户和项目办对试验鉴定的掌控力度。
2004年,美国空军作战试验鉴定中心提出一种新的作战试验鉴定模式,称为空间试验提案(space test initiative, STI)[4]。STI有 3 个关键原则:1)研制与作战一体化试验在采办过程中尽早开展,且贯穿装备全寿命周期;2)针对试验鉴定数据与结果进行快速分析与报告,降低时间成本;3)由关注本系统的试验转变为关注大系统环境下的系统试验或结合大系统试验开展试验鉴定,提升作战试验鉴定结果对关键决策的支撑价值。2009年,美军各相关方对 STI达成了一致,STI替代 NSS 03-01《国家安全空间采办政策》成为现行的美军航天装备试验鉴定政策。STI将研制与作战一体化试验鉴定的理念植入到航天装备采办程序中,通过赋予ITT极大的责任和权利开展项目定制化的试验鉴定,同时将航天装备试验鉴定的目的由为采办决策设置标准门槛转变为降低采办风险,扭转了长期以来装备研制部门与试验机构相互“对立”的态势,促进了研制、试验双方的协作和资源、数据共享,以实现体系持续改进。

MUOS 简介

MUOS是美国新一代军用地球同步轨道卫星移动通信系统,用于接替“特高频后继”(UHF Follow-on, UFO)卫星,为美军提供窄带移动通信业务。MUOS(见图1[5])分为空间段、地面段和用户段:空间段包括4颗工作卫星和1颗在轨备份卫星;地面段主要实现卫星控制、传输以及管理用户语音和数据业务,集成至国防信息系统网以及管理和控制通信资源;用户段由各种用户终端组成。MUOS采用WCDMA技术,相比UFO卫星具有更大用户容量与较强抗干扰能力。

洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

图1 MUOS 组成示意
Fig.1 The structure of MUOS

MUOS的5颗卫星与UFO卫星采用相同的轨道位置和具有相同的覆盖区域。4颗工作星分别部署在西经177°(太平洋上空)、西经100°(美国本土上空)、西经15.5°(大西洋上空)和东经75°(印度洋上空),在轨备份星部署在东经72°,可提高中东、阿富汗等热点地区的通信保障能力。2016年6月,第5颗MUOS卫星成功发射,标志着MUOS空间段建设的初步完成。
MUOS卫星有效载荷对应2种通信体制,即对应遗产载荷的传统UFO体制以及全新的基于商用3G公共空中接口的SA-WCDMA体制,网络基础架构采用UMTS。MUOS星上信号采用透明转发,处理和交换由地面控制段完成,用户到用户的通信经过2跳完成。地面站通过地面网建立连接,从而使2个位于不同卫星覆盖区下的用户间通过地面站转发进行通信。另外,系统还利用频谱感知和陷波技术,将自身传输信号某些频段的发射功率降低,避免了MUOS对其他窄带用户的干扰,同时也提升了MUOS自身的抗干扰能力。

试验鉴定组织体系

MUOS的试验鉴定工作由美国海军司令部作战测试和评估部队(COTF)负责,在陆军测试和评估司令部(ATEC)和空军作战测试和评估司令部(AFOTEC)支持下进行。
试验鉴定主要分为研制试验鉴定和作战试验鉴定2大部分。前者旨在考核战术技术性能,以卫星承包商为主实施,军方用户参与。后者旨在评估体系装备作战效能和适用性,由军方独立作战试验机构实施。
MUOS作战试验于2015年10月19日—11月20日实施完成,主要测试了系统运行有效性、适应性和网络安全性[5]。测试对象包括了2颗在轨卫星:位于西经 177°的 MUOS-1和西经 100°的MUOS-2。参试的3个地面无线接入站(RAF)(分别位于弗吉尼亚州西北部、夏威夷的瓦西阿瓦和澳大利亚的杰拉尔顿)负责处理用户路由数据,瓦西阿瓦站负责执行网络和密钥管理功能。参试部队有位于北卡罗来纳州的第82空降师、位于纽约州的第10山地师、位于华盛顿州的第2步兵师等。MUOS作战试验参试设备及系统组成见图2[5]
MUOS作战试验主要考核项目包括通信质量、覆盖能力、通信时效性、抗干扰能力、系统可用度和安全保密能力等,具体指标体系见图3[5]

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图2 MUOS 作战试验参试设备及系统组成示意
Fig.2 The equipment of the experimental evaluation system for MUOS operational test

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图3 MUOS 作战试验指标体系
Fig.3 The evaluation items for MUOS operational test

作战试验测试项目MUOS作战试验主要测试项目包括:

1)通信容量、链路可用度、用户优先级管理、通信终端/数据终端应用测试。
2)态势感知和性能管理测试。使用自然突发事件和脚本化定义事件测试网络监视和资源调配能力。
3)网络管理功能测试。持续监控MUOS网络管理器,测试系统数据自动收集、用户调查、故障处理、计费及网络配置切换等功能。
4)WCDMA通信业务测试。通过位于美国大陆3个地点的作战部队,测试终端在现实环境中的通信能力,包括语音、数据以及P2P、P2N业务。
5)卫星遥测、遥控和跟踪功能测试。
6)通信质量主观评估。采用打分表调查直接用户对通信质量的主观评价,参考打分标准见表1[5]
7)可靠性和可维护性评估。按照地面系统可用性和可维护性要求,评估操作任务失败平均时间(MTBOMF)、平均修复时间(MTTR)等。
8)网络安全测试。

表1 MUOS 通信质量主观打分标准
Table 1 Subjective evaluation standards for the communication quality of MUOS

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 对卫星移动通信系统鉴定试验的思考

近年来对美军航天装备试验鉴定体系发展的跟踪研究,针对卫星移动通信系统的业务分布不均匀、突发式业务需求多、功率和频率资源须动态管理等显著特点[6-8],对卫星移动通信系统的试验鉴定工作提出以下思考与建议:
1)试验鉴定体系构建应以降低系统建设风险、推进体系持续改进为首要目标。在“保型号成功”理念指导下,为避免卫星研制中重复设计、重复研制、重复试验,重性能轻效能、重阶段轻全程、重指标轻体系等情况的发生[9-10],卫星移动通信系统的试验鉴定体系建设应以降低系统建设风险、推进体系持续改进为首要目标,由移动通信用户、运行管理方、卫星研制方共同参与,以现有研制阶段试验为基础,逐步补充对作战能力的考核试验,制定包含研制和作战的系统试验大纲,指导试验考核工作的开展。这是一个多部门参与、反复迭代的体系完善过程,可能涉及终端用户、运行管理方与卫星研制方之间多次协调、修正作战能力指标,持续识别短板、提升系统作战效能。在研制试验阶段尽可能考虑后续作战试验所需的实战背景,在作战试验鉴定中充分利用研制阶段鉴定试验数据。
2)卫星移动通信系统的试验鉴定应贯穿全周期管理过程。航天装备作战试验鉴定如在系统发射后才开展,所暴露出来的缺陷在装备在轨运行中往往难以修正,作战试验对关键决策的支撑力度难以体现。卫星移动通信系统一体化试验鉴定是一项长期的带有方向性和全局性的工作,终端用户、运行管理方与卫星研制方应对研制试验、作战试验、系统互操作试验以及建模与仿真工作进行协调,形成一个有效的连续统一体,避免进行单一试验和重复性试验,以充分利用试验资源,缩短研制时间,并将试验鉴定工作与需求制定及系统设计紧密结合起来。在概念研究和技术开发阶段,主要制定作战效能和适用性初步指标,评估潜在的作战效能、适用性和任务满足度,通过对样机进行早期试验,提出作战中可能遇到的问题,建立初步的试验鉴定计划。在生产与部署阶段,主要开展单机试验、分系统试验、作战系统试验,评估装备作战效能和适用性,支撑体系持续改进决策。
3)加强卫星移动通信系统试验鉴定的资源保障体系建设。卫星移动通信系统作战试验成本高昂,组织体系复杂,试验资源占用多。根据美军经验,试验资源包含试验设备实施能力和组织保障能力2个方面,包括军方、政府和工业部门的各类实验室、试验场和发射场等。在现阶段,部分功能性能试验可以依托工业部门实施,但长远来看,作战能力考核试验需要独立的作战试验机构组织开展。
4)加强地面模拟仿真技术研究和应用。为节约成本,减少重复试验,还应加强地面模拟仿真能力,在卫星全寿命周期内采用数字化模型以及计算机仿真,识别并定义用户需求,对卫星各项能力进行建模和仿真试验。在卫星移动通信系统研制和部署前期,受客观条件限制,通信容量、资源调配等试验项目难以实装试验,必须通过模拟仿真方式进行试验。利用建模仿真技术还可以构建各种复杂环境,通过相应的网络化试验鉴定技术,使体系中各系统利用彼此的贡献,产生更大的整体效应。
5)随着当前联合作战战略对互联、互通、互操作能力的需求增长,还应加强对联合作战能力和网络安全性等方面的要求定义与仿真试验评估工作。

参考连接

1、洛克希德·马丁公司和波音公司赢得设计美国军用窄带通信卫星的合同

https://spacenews.com/lockheed-martin-boeing-win-contracts-to-design-u-s-military-narrowband-communications-satellites/

原文始发于微信公众号(太空安全):洛马和波音各获得美军6600 万美元2 颗 MUOS 卫星合同,美军将续用MUOS卫星10年

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  • 本文由 发表于 2024年2月29日13:46:16
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