美太空军先进极高频通信卫星 AEHF分析(更新,值得一看)

admin 2024年2月10日20:42:11评论19 views字数 14495阅读48分19秒阅读模式
一、AEHF卫星概述
美太空军拥有全球卫星通信(WGS)系统、先进极高频(AEHF)军事通信系统、美海军移动用户目标(MUOS)系统、商业的卫星通信(SATCOM)系统、太空发展局正在发展的低轨太空通信传输层(STL)一起,形成大容量、低延迟、高速率的弹性全球通信能力。

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 第一代“军事星”分别于1994年2月和1995年11月发射升空,入轨后定位于120°W和4°E的相对静止轨道上。第一代“军事星”重约4.67吨,太阳帆板输出功率为8kW,设计寿命为7年,现已退役。
第二代“军事星”以战术通信为主,与第一代“军事星”不同,第二代“军事星”在轨寿命达10年以上,且具有很好的超期服役潜力。由于需要良好的抗干扰通信能力,所以它同时配置了LDR和MDR(中速率通信载荷)有效载荷,并采用调零天线,具有较强的战术通信能力。
AEHF (先进极高频卫星),又名 AWS(先进宽带卫星),计划是在各级冲突期间为美国作战人员提供下一代高度安全、高容量、可生存的通信,并将成为受保护的骨干网络国防部的军事卫星通信架构。
AEHF卫星使用许多指向地球的窄点波束来直接与用户通信,星座卫星之间的交叉连接可以使它们直接转播通信,而不是通过地面站。这些卫星通信的抗干扰能力强,具备低截获概率。卫星结合了跳频无线电技术、相控阵天线技术,以调整辐射方向阻挡潜在的干扰源。
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“先进极高频”(AEHF)通信系统于2010年8月12日发射了第1颗星,随后2012年,2013年和2018年分别发射了一颗,第五颗星由于其运载火箭“宇宙神-5”技术故障推迟到2019年8月后发射,目前尚未完成组网,已发射部分与“军事星”组合运行。AEHF系统的空间部分将由六颗卫星组成,第二代“军事星”仍在使用中,这些卫星将覆盖北纬65°和南纬65°的地球表面。对于北极地区,增强型极地系统(Enhanced Polar System )可作为AEHF的辅助设备,以提供辅助EHF覆盖。[3]
 “先进极高频”(AEHF)卫星也称为第三代军事星,用来替换第二代“军事星”(MilstarⅡ),属于受保护抗干扰通信卫星,其信息传输能力是现役第2代“军事星”的10倍,每颗AEHF卫星价格只有“军事星”的一半,大约5.8亿美元,设计寿命15年,搭载在宇宙神-5号火箭上发射。卫星同样采用洛马公司的A2100平台,其有效载荷总功率6kW,上行波段为44GHz的EHF波段(极高频范围),下行为20GHz的SHF波段(超高频范围)。
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先进极高频AEHF卫星是美国天军运营的军事通信卫星星座,整个星座由6颗AEHF卫星组成。他们为美国以及美国盟友国家英国、加拿大、荷兰、澳大利亚提供加密安全的通信。跟WGS星座一样,拉拢盟国加入,一方面可以帮助美国巩固盟友关系,还可以让盟国分担一部分运营成本。
美军现役受保护卫星通信系统(Milstar/AEHF)“军事星”(Milstar)是“军事战略战术中继卫星系统”的简称,它由洛马公司和波音公司联合研制,是一种极高频对地静止轨道军用卫星通信系统。
二、AEHF卫星空间段
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AEHF采用并兼容现有的Milstar系统的低速通信速率(75-2400 bps)和中速速率(4.8kbps~1.544Mbps),它还具备高速通信速率,达到8.192Mbps,通信可覆盖极地地区这样的传输速率以现代标准来衡量,并不是很快,但AEHF的独特之处在于,即使在发生核战争的情况下,它们也能抗干扰运行AEHF卫星由施里弗空军基地的第四空间作战分队操作。美太空军先进极高频通信卫星 AEHF分析(更新,值得一看)
AEHF计划发射多达六颗卫星,但在 2004 年底,决定在第三颗卫星之后结束 AEHF 计划,转而更早地引入下一代 T-Sat。T-Sat 计划的问题导致另外采购了两架 AEHF。后来又增加了第六个。
1、AEHF系统架构
机载信号处理将为武装部队和操作陆地、海上和空中终端的其他用户提供保护并确保最佳的资源利用和系统灵活性。AEHF系统将集成到传统的Milstar(军事战略和战术中继)星座中,并将向后兼容Milstar的低数据速率(LDR)和中数据速率(MDR)功能,同时提供极端数据速率(XDR)和与 Milstar 系统相比,容量更大,成本大大降低,同时以比Milstar低得多的成本提供极端数据速率(XDR)和更大的容量米尔斯塔系统。每颗卫星都将使用演进型消耗性运载火箭 (EELV) 发射,首次发射原计划于 2008 年 4 月进行。首次发射被推迟到 2010 年。每颗卫星的成本约为 5.8 亿美元。
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在通信和数据传输能力方面,AEHF在第二代军事星的数据率载荷(LDR)和中数据率载荷(MDR)的基础上,增加了扩展数据率载荷(XDR)能力,即能提供高数据率传输服务,同时也扩大了覆盖区范围。AEHF星单星总容量从第二代军事星的40Mbit/s提高到了430Mbit/s(第一代军事星的通信速率仅为75Kbit/s),同步信道数量增加了2~3倍。这样的传输速率可允许战术通信系统传输准实时视频、战场地图和目标数据。AEHF卫星全部编组发射投入使用后,极高频通信速率将达到1Gbit/s。
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2、AEHF卫星星座
AEHF卫星的制造商为洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门,基于洛马的A2100M平台,诺格主要负责载荷制造,设计寿命14年。发射质量6168kg,入轨质量约4100kg。发射进入GTO轨道后,越需要100天的轨道调整时间才能进入GEO轨道。AEHF 卫星具有以下天线:
  • 2个SHF下行相控阵天线;
  • 2个卫星对卫星的星间链路天线;
  • 2 个上行链路/下行链路归零天线,
  • 1 个上行EHF极高频相控阵,
  • 6 个上行链路/下行链路万向碟形天线,
  • 1个上行/下行地球覆盖喇叭天线
同MUOS系统类似,AEHF使用的卫星平台同样采用了电推进系统,包括4台用于轨道转移和位置保持的BPT-4000氖离子霍尔效应推力器——这与以往A2100平台系列采用电弧推进器不同。每个霍尔效应推力器质量7.5kg,尺寸约16cmx22cmx27cm,标称功率4.5kW,标称电压350V,推力约270mN,比冲1950s。
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与AEHF兼容的通信终端主要是美国“先进超视距终端系列(FAB-T)”,该系统旨在研制一系列适用于各种平台的宽带保密卫星通信终端。FAB-T能够兼容未来波形,软件和硬件也都采用了通用性标准。对软件而言,FAB-T是软件定义的,采用联合战术无线电系统的软件通信体系结构。
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波音公司FAB-T终端
AEHF卫星的制造商为洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁门,基于洛马的A2100M平台,诺格主要负责载荷制造,设计寿命14年。发射质量6168kg,入轨质量约4100kg。发射进入GTO轨道后,约需要100天的轨道调整时间才能进入GEO轨道。
AEHF卫星的复合推进系统由远地点发动机、化学姿态控制发动机组和电推进子系统等三个子系统组成,具有组合优势。化学推进系统为双模式推进系统,降低了对氧化剂贮箱的要求,利用高比冲、高推力的双组元远地点发动机,AEHF卫星可实现快速轨道提升和轨道机动等功能;利用低推力、小脉冲冲量的单组元推力器执行姿态控制和位置保持,可实现精确冲量控制。与之前采用电弧推力器的A2100平台的卫星不同,AEHF卫星电推进子系统采用了功能更强大、比冲更高的4.5 kW级双模式霍尔电推进系统,从而减少了AEHF卫星对化学推进剂的需求量,极大地增加了有效载荷。该子系统执行轨道提升和在轨位置保持、位置变动等任务。
电推进系统为4.5 kW级霍尔电推进子系统BPT-4000,在不同工作模式下可以产生168 mN、194 mN、254 mN、294 mN的小推力,比冲在1769~2076 s范围内,开关次数可超过6300次;霍尔推力器包括大推力和大比冲两种工作模式。
AEHF-1卫星的4.5kW 级霍尔电推进子系统是迄今为止在空间应用的最大功率的霍尔电推进系统,也是美国继在2006年12月16日发射的Tacsat 2卫星上采用的BHT-200 霍尔电推进系统后在空间应用的第2套国产霍尔电推进系统, 具有双模式工作能力,即在轨道提升期间工作在大推力模式(同时保持较高比冲),在轨位置保持期间工作在高比冲模式 (同时保持足够推力)。
需要指出的是, AEHF卫星上采用双模式霍尔电推进系统有其重要的技术原因。美国Loral公司在其GEO 卫星平台上采用电推进系统之前,对采用离子电推进系统、电弧推进系统和霍尔电推进系统执行GEO 卫星发射后轨道提升进行了对比研究,结果表明霍尔电推进系统优势最大,其大推力模式时的1600s左右的比冲最接近于1200s左右的最佳比冲,且在GEO 卫星轨道提升方面的运输率 (采用电推进执行 1天轨道提升获得的卫星干质量增益) 比离子电推进系统高30%-40%。
因此从Telstars开始,在LS-1300平台上采用了霍尔电推进系统执行在轨位置保持任务,并计划在将来采用霍尔电推进执行轨道提升任务。A2100 平台原先采用 Aerojet 公司的MR-510 电弧推力器执行在轨位置保持和姿态控制任务,这次在AEHF卫星上改用BPT-4000 双模式霍尔电推进系统,是一次重要改进,也说明了霍尔电推进系统的优势。
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Nation:
USA
Type / Application:
Comsat
Operator:
US Air Force (USAF) → US Space Force (USSF)
Contractors:
Lockheed Martin (Bus), Northrop Grumman (ex TRW) (Payload)
Configuration:
A2100M
Propulsion:
IHI BT-4, 4 × XR-5 Hall Current Thrusters
Power:
2 deployable 5 segment solar arrays, batteries
Lifetime:
14 years
Mass:
6168 kg
Orbit:
GEO
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“先进极高频”(AEHF)通信系统于2010年8月12日发射了第1颗星,随后2012年,2013年和2018年分别发射了一颗,第五颗星由于其运载火箭“宇宙神-5”技术故障推迟到2019年8月后发射,目前尚未完成组网,已发射部分与“军事星”组合运行。
先进极高频通信卫星(AEHF/Advanced Extremely High Frequency),是美国太空部队(United States Space Force)操作的一系列安全通信卫星, 它们用于美国武装部队,英国武装部队,加拿大武装部队,荷兰皇家武装部队和澳大利亚国防军。该系统将由地球静止轨道上的六颗卫星组成。最终卫星于2020年3月26日发射升空。AEHF通信系统,将为高度优先的地面军事,海洋军事和空中军事提供可长存的,全球的,安全的,受保护的和抗干扰的通信。
AEHF卫星使用许多指向地球的窄点波束来与用户之间的通信。卫星之间的交叉链接使它们可以直接通信,而不是通过地面站。
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在提供具有低窃听概率的抗干扰通信。它们结合了跳频无线电技术以及相匹配的阵列天线,这些天线可以适应其辐射方向图,以阻止潜在的干扰风险。
2012 年6 月,FAB-T 首次完成了与在轨AEHF卫星的XDR、低数据率(LDR)通信试验。其后还将开发抗核加固能力,并完善功能,使其能够使用多种波形与AEHF、Milstar 星座通信。按照计划,FAB-T 未来将安装在固定或陆基(空基)移动平台上。2014年,由于波音公司的延迟和研发成本上升,美国军方开始资助雷声公司进行相应的竞争性研发工作。
3、卫星任务发射
AEHF  1 (USA 214)
2010-039A
14.08.2010
CC SLC-41
Atlas-5(531)¹
AEHF 2 (USA 235)
2012-019A
04.05.2012
AEHF 3 (USA 246)
2013-050A
18.09.2013
AEHF 4 (USA 288)
2018-079A
17.10.2018
AEHF 5 (USA 292)
2019-051A
08.08.2019
AEHF 6 (USA 298)
2020-022B
26.03.2020
2010年8月14日,美国第一颗先进极高频卫星AEHF-1(SV-1空间飞行器1号)发射。8月15日,在启动远地点发动机时,发动机点火几秒后关机,8月17日,地面指令再次让远地点发动机点火,点火几秒后又自动关机。调查发现发动机的一条推进剂管路被堵塞,再次点火有引发爆炸的危险。最后,地面控制人员利用卫星上的单元肼姿控发动机组和霍尔电推进系统,历经14个月才终于使卫星进入预定的地球同步轨道,保证了卫星14年的设计寿命。
AEHF-1 (USA-214) 卫星2010年8月14日Atlas V 531构型在卡纳维拉尔角空军基地41号航天发射场成功发射进入了275km×50000km、22.1°超GTO轨道。但是由于常规的化学远地点发动机出现故障,无法实施化学变轨。调查显示,生产过程中遗留在管道上的一块布导致了远地点发动机的燃料管道堵塞。只能采用本来用来姿态控制的小推力发动机12次点火,将近地点高度提高到4700公里。然后使用0.27 N的霍尔电推进器,在9个月的时间里将AEHF-1送入GEO轨道。这次任务的挽救充分证明了电推进技术在GEO卫星轨道转移中的可行性发射后,远地点推进系统出现问题,使用姿态控制发动机和由四个XR-5 5 kW霍尔推进器组成的霍尔电流推进器电力推进系统在较长时间内升轨。
AEHF-2 (USA-235) , 像第一枚AEHF卫星一样,第二枚(AEHF-2)也以 531 配置在Atlas V上发射。2012年5月4日,在卡纳维拉尔角的第41号航天发射场发射升空。AEHF-2卫星2012年5月4日由宇宙神V 531构型发射,经过3个月的变轨抵达预定轨道。
AEHF-3 (USA-246) , 第三枚AEHF卫星于2013年9月18日世界标准时间08:10从卡纳维拉尔角发射升空。AEHF-3卫星2013年9月18日由宇宙神V 531构型发射。
AEHF-4 (USA 288) , 第4枚AEHF卫星于2018年10月17日,世界标准时间04:15,从卡纳维拉尔角使用联合发射联盟阿特拉斯V( United Launch Alliance Atlas V )火箭发射。[4]AEHF-4卫星2018年10月17日由宇宙神V 551构型发射。AEHF-5卫星2019年8月8日由宇宙神V 551构型发射。AEHF-6卫星于2020年3月由宇宙神 V551火箭成功发射。
AEHF-5 (USA-292) , 第五枚AEHF卫星于2019年8月8日世界标准时间10:13从卡纳维拉尔角发射,使用联合发射同盟阿特拉斯V火箭。[5]
AEHF-6 (USA-298) , 第六枚AEHF卫星于2020年3月26日UTC发射,由Atlas V 551变体火箭(Atlas V, 551 variant rocket)从卡纳维拉尔角空军基地SLC-41发射。这是自建立新美国太空部队的首次发射。[6][7]
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AEHF-6卫星上配备了远地点发动机、18台Aerojet Rocketdyne 公司研制的单元肼姿态控制发动机和4台5kW级 XR-5 霍尔推力器、功率处理单元和氙流量控制器。在轨道提升过程中,2台XR-5霍尔推力器同时点火,提供工作输出功率共计10kW。XR-5霍尔推力器具有独特的大推力和高比冲双模式工作能力。
AEHF-6是同系列卫星中的最后一颗,主要使命为美国国家领导人、军队和加拿大、荷兰、英国和澳大利亚提供安全、防干扰的语音和数据通信。AEHF系列军用通信卫星由洛克希德·马丁公司研制,是最新一代美国军用通信卫星,采用A2100卫星平台,发射质量约6600千克,入轨质量4100千克,比采用“波音-702”平台的“宽带全球卫星通信”卫星还大10%以上。
2019年3月,美国空军太空与导弹系统中心(SMC)发布信息征询书,开展“演进战略卫星通信系统”(ESS)地面控制系统(GCS)演示项目研究。
目前,美军主要依靠“先进极高频”(AEHF)与“军事星”(Milstar)系统向战略与战术用户提供低数据率、中数据率与扩展数据率受保护卫星通信服务。美国空军一直在考虑开发新的战略卫星通信系统——“演进战略卫星通信系统(ESS)”,以在未来十年内补充或取代AEHF卫星。SMC相关负责人曾向媒体透露,AEHF卫星的生产可能将在2021年交付第六颗卫星后结束。未来,ESS将首先增强,并最终取代AEHF所提供的战略通信服务。
4、地面段
目前AEHF的任务控制段(MCS)包含四个主要部分:
· 任务规划单元(MPE):主要包括AEHF任务规划子系统(MPSS),提供任务通信资源规划与监视能力;
· 任务运行单元(MOPS):提供星座运行控制、遥测与指挥控制(带内与带外);
· 测试与训练仿真单元(TTSE):包括AEHF的仿真与训练器功能;
· 运行支持与维护单元(OSSE):支持AEHF地面运行与维护功能。
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而此次ESS GCS演示项目的主要工作就是调整和改进AEHF任务控制段的两个关键单元:任务计划单元(MPE)与任务运行单元(MOPS)-仅包括用于带内指挥控制能力的AEHF卫星控制子系统(ASMCS)。这两个单元也被认为是ESS地面系统能力中最为复杂和关键的部分。
ESS GCS演示将于2020财年开始,为期30个月。该计划将改进现有AEHF MCS MPE与AEHF MCS MOPS,实现ESS GCS通信任务规划(CMP)以及带内指挥与控制(C2)功能。ESS GCS CMP与带内C2将于综合指挥控制系统(CCS-C)带外C2能力一起,执行ESS任务运行。
ESS GCS演示项目将有助于未来该系统的顺利实施与风险降低,从而更好地满足ESS需求。

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在AEHF卫星之前,美国的军事通信卫星系统主要包含三个分类:
一是大带宽的卫星,典型代表是DSCS通信系统;
二是加密安全的通信,即使以牺牲带宽为代价,典型代表是Milstar系统;
三是窄带通信,保障战术作战的通信,使地面装备简单、可靠、轻便,WGS卫星(单价6亿美元)为代表。AEHF融合了前两个系统的特点,即保障宽带,又能保障安全性。

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相控阵天线技术是通信卫星的一个新技术,通过消除万向节等机械转动机构,提高了可靠性。调零天线帮助识别真实信号和电子攻击信号。点对点的天线最多同时覆盖24个目标。
此前的军用通信卫星采用机械方式来改编波束反射面,因此某一个时刻波束只能属于某一用户,而AEHF是通过电子方式来改编射频波束的指向,能很便捷地使波束方向瞬间跳变,在短时间内依次接通相距较远的两个作战节点以建立通信。
AEHF卫星的相控阵天线采用的半导体材料是由新研制的铟-磷化物构成的,该器件的噪声更低,使得通信信号更加清晰。AEHF卫星组的各个卫星之间是通过“卡塞格伦”星间链路天线进行通信的,由于星间通信是在外太空之间传递信息,所以电磁波在太空中传播的衰减和干扰不明显,因而星间链路工作在60GHz的高频段,以5%的带宽实现单脉冲跟踪。
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但是,AEHF卫星研发也存在一些问题,比如首颗卫星发射比原定计划推迟了4年,发射成本也比原计划的50亿美元增加了10亿美元,而且由于推进系统故障,AEHF卫星发射后用了1年时间才进入最终轨道。这些问题都需要洛马公司在研制AEHF-5和AEHF-6时加以解决,比如要努力降低美国空军的发射风险,未来两颗卫星的研发成本也需要进一步降低。
另一个技术进步是采用固态的发射机,而不是大多数大功率军用卫星所使用的的行波管。行波管有一个固定的功率输出,而固态发射机允许改变传输功率,既可以降低截获的概率,也可以提高整体的功率效率。
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AEHF卫星的复合推进系统由远地点发动机、化学姿态控制发动机组和电推进子系统等三个子系统组成,具有组合优势。化学推进系统为双模式推进系统,降低了对氧化剂贮箱的要求,利用高比冲、高推力的双组元远地点发动机, AEHF卫星可实现快速轨道提升和轨道机动等功能;利用低推力、小脉冲冲量的单组元推力器执行姿态控制和位置保持,可实现精确冲量控制。与之前采用电弧推力器的A2100平台的卫星不同,AEHF卫星电推进子系统采用了功能更强大、比冲更高的4.5 kw 级双模式霍尔电推进系统,从而减少了AEHF卫星对化学推进剂的需求量,极大地增加了有效载荷。该子系统执行轨道提升和在轨位置保持、位置变动等任务。
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化推与电推混合推进技术
AEHF卫星采用了由远地点化学发动机、化学姿控发动机组和电推进系统的复合推进系统。远地点发动机为BT-4双组元发动机,额定推力450N,比冲329 s。姿态控制发动机组包括6台22 N单组元推力器和12台0.9 N单组元推力器,22 N 推力器用于轨道转移阶段远地点发动机工作时的指向姿态控制,0.9 N推力器主要用于在轨姿态控制和东西位置保持。电推进系统为4.5 kW级霍尔电推进子系统BPT-4000,在不同工作模式下可以产生168 mN、194 mN、254 mN、294 mN的小推力,比冲在1769~2076 s范围内,开关次数可超过6300次;霍尔推力器包括大推力和大比冲两种工作模式。
远地点发动机型号为BT-4 ,由日本石川岛播磨重工株式会社空间开发部门 (IHI Aerospaee,IA) 研制,采用双组元推进剂,额定推力450 N,真空比冲329s, 混合比0.92±0.01 5,燃料额定入口压力1.69 MPa,氧化剂额定入口压力1.62 MPa,辐射/液膜冷却,演示寿命超过32000s,质量小于4kg,高80 cm,之前多数A2100平台卫星采用AMPAC 公司的LEROS I远地点发动机进行轨道提升。BT-4发动机在2001年完成鉴定,已用于多颗卫星,如美国othitalSeienees公司的Star卫星平台和日本的一些通信卫星。
姿态控制发动机组用于快速姿态定向、紧急情况机动等任务。AEHF卫星姿态控制发动机组有6台22 N 单组元推力器和12 台0.9N 单组元推力器,均由Aerojet 公司提供。22 N 推力器用于远地点发动机工作时的卫星姿态控制,0.9N推力器用于轨道提升和在轨时的姿态控制和东西位置保持。
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AEHF-1卫星的4.5kW 级霍尔电推进子系统是迄今为止在空间应用的最大功率的霍尔电推进系统,也是美国继在2006年12月16日发射的Tacsat 2卫星上采用的BHT-200 霍尔电推进系统后在空间应用的第2套国产霍尔电推进系统, 具有双模式工作能力,即在轨道提升期间工作在大推力模式 (同时保持较高比冲),在轨位置保持期间工作在高比冲模式 (同时保持足够推力)。需要指出的是,  AEHF卫星上采用双模式霍尔电推进系统有其重要的技术原因。
美国Loral公司在其GEO 卫星平台上采用电推进系统之前,对采用离子电推进系统、电弧推进系统和霍尔电推进系统执行GEO 卫星发射后轨道提升进行了对比研究,结果表明霍尔电推进系统优势最大,其大推力模式时的1600s左右的比冲最接近于1200s左右的最佳比冲,且在GEO 卫星轨道提升方面的运输率 (采用电推进执行 1天轨道提升获得的卫星干质量增益) 比离子电推进系统高30%-40%,因此从Telstars开始,在LS-1300平台上采用了霍尔电推进系统执行在轨位置保持任务,并计划在将来采用霍尔电推进执行轨道提升任务。
A2100 平台原先采用 Aerojet 公司的MR-510 电弧推力器执行在轨位置保持和姿态控制任务,这次在AEHF卫星上改用BPT-4000 双模式霍尔电推进系统,是一次重要改进,也说明了霍尔电推进系统的优势。
AEHF-1的原轨道提升方案包括2个阶段。第一阶段为化学大推力阶段。星箭分离的初始轨道为近地点220km、远地点50000km,倾角22°,是超同步地球转移轨道;然后星上远地点化学发动机工作3次,将卫星送入近地点19 000 km,远地点50 000 km,倾角约6°的过渡轨道。
第二阶段为电推进小推力阶段,由霍尔电推进系统以大推力模式执行,耗时约3个月,将卫星送入地球同步静止轨道。这种复合的化学-电推进轨道提升方式,使卫星在约105天的时间内达到预定轨道;电推进方式可减少化学燃料质量,增加有效载荷质量,提高卫星的性能或寿命。卫星入轨后,位置保持任务由工作在高比冲模式的霍尔电推进系统执行。
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2010年8月14日,AEHF-1卫星由宇宙神-5火箭送入近地点225 km,远地点50 212 km,倾角22.2°的超GTO轨道。当卫星利用其BT-4远地点发动机执行第一阶段的轨道提升任务时,远地点发动机失效。在确定化学发动机无法修复后,地面专家重新制订了四个阶段的新轨道提升方案
(1)第一阶段:3台22 N姿控推力器在远地点同时工作,全力提升近地点以减小低轨大气阻尼,该阶段从8月29 日开始,持续约10天,达到近地点高度1156  km,倾角19.9°的中间轨道,远地点高度基本不变。
(2)第二阶段:6台22 N姿控推力器在远地点同时工作,继续提升近地点,并减小轨道倾角,该阶段于9月22日完成,达到近地点4712 km,轨道倾角15°的过渡轨道,远地点高度基本不变。
(3)第三阶段:2台霍尔推力器在每一圈的远地点附近持续工作12 h,采用小推力模式进一步提升近地点高度,减小轨道倾角;远地点的轨道高度也有所下降。该阶段持续7到9个月。
(4)第四阶段:2台霍尔推力器近乎24 h持续工作,进一步圆化轨道和降低轨道倾角,将卫星送入GEO轨道,该阶段将持续约3个月。
在AEHF-1任务中,霍尔电推进系统在意外条件下提前启用,执行了大部分轨道提升任务。与原方案略有不同的是霍尔电推进子系统工作在高比冲模式,以节省推进剂,确保卫星的在轨寿命。截止到2011年4月15日,霍尔电推进子系统已累计工作超过2100 h。
根据北美防空司令部公布的TLE数据,AEHF-4卫星(CAT_ID=43651)的分离入轨参数为9154km*35335km,12.65°倾角的轨道,到入轨经历了大概128天的时间。
美太空军先进极高频通信卫星 AEHF分析(更新,值得一看)
AEHF-5卫星(CAT_ID=44481)从分离到入轨经历了大概100天的时间。从AEHF-4以后,AEHF卫星改用宇宙神V 551构型发射,增加了两个固体助推器,带来了额外的运力,上面级可以有更大的能力。设计人员对AEHF的轨道转移过程进行了优化,充分发挥上面级的多次点火优势,将卫星入轨的GTO轨道近地点抬高到10000km左右,有效缩短了整个变轨时间,替换了之前采用531构型发射所使用的的200*50000km超GTO转移轨道。
关于本次发射
由于液压控制器问题,今天的发射比原计划推迟了1个多小时。
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本次发射使用的宇宙神5号火箭构型551,代表5米直径的整流罩,5个固体助推器,一种不对称的构型,半人马上面级只有1台液体发动机。
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5个不对称分布的固体助推器分离
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半人马上面级三次点火
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本次发射中搭载了军方的一颗小卫星,进行一些神秘试验。安装在半人马上面级的尾部。
这颗卫星的名称为TDO-2,这是一颗手提箱大小的12U立方体卫星,提供光学校准能力,进行空间态势感知。(GTO椭圆轨道的监视器)TDO-2通过光学校准和卫星激光测距来支持空间态势感知,可对空间目标进行监视。TDO-2航天器由乔治亚理工学院制造,空军研究实验室赞助。在2019年8月的AEHF-5发射中,一个类似的TDO-1航天器进入轨道,处于280.6*35136km,26°的GTO轨道上。
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漂移段
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上面级将AEHF-6送入GTO轨道,远地点高度35298.67km,近地点高度达到10876.19km,轨道倾角13.923°。超高的近地点可以缩短卫星进入轨道的时间。AEHF卫星采用了化推和电推的混合推进技术,化推加速卫星入轨过程,电推提升在轨寿命。
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据C4ISRNET网站2021年7月23日报道,美国太空军成功交付了其”先进极高频(AEHF)”受保护卫星通信系统的第四次软件更新,使国际合作伙伴能够访问新功能。
AEHF系统为高优先级军事通信提供可生存、受保护、抗干扰信号。该星座旨在使总统、国家安全委员会和统一作战指挥官等高级军事领导人能够控制战略和战术部队,即使在核战争情况下。第六颗也是最后一颗AEHF卫星于2020年3月发射。加拿大、英国、荷兰和澳大利亚等四个国家也使用AEHF。
在2015年获得初始运行能力后,美军与洛克希德·马丁航天公司签订了AEHF项目的任务规划单元合同,开发五个软件能力插入增量,为数量日益增长的用户提供更多带宽并提高系统效率。前三个增量已分别于2017年、2018年和2019年通过运行验收。
在7月21日的一份声明中,太空和导弹系统中心(SMC)宣布,第四个增量已于5月19日交付,运行基线于6月25日更新。此次软件更新提供对持久任务的重新规划,并允许国际合作伙伴访问和控制卫星的协议消息。
美空军相关负责人表示,AEHF任务规划单元增强表明美国太空军能够及时根据需求逐步向作战人员和合作伙伴提供作战能力。第五个也是最后一个增量正在开发中,预计将于2022年12月投入使用。SMC称,该更新将提供加密规划、全球EHF超视距终端以及快速自适应规划和态势感知。

三、AEHF卫星用户端

美陆军首部软件定义调制解调器通过认证

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2019年6月5日,Viasat公司宣布其商业宽带调制解调器(CBM)-400成为首个成功通过陆军战略司令部(ARSTRAT)认证的软件定义调制解调器。成功通过认证过程后,CBM - 400调制解调器是目前唯一授权可运行于美军宽带全球卫星通信(WGS)网络上的软件定义调制解调器,它将显著提高美国国防部用户在空中、陆地和海上的通信性能,同时降低卫星通信总成本。
Viasat CBM-400具有高速连接能力和较高灵活性,能几乎实时切换到新卫星网络,满足几乎所有任务和应用需求。无论是在暂停或移动中,CBM-400都能提供卫星宽带通信能力。利用CBM-400,地面车辆、舰船和飞机将有能力从战场上任何地方安全发送和接收高清视频、语音和基于云的网络数据。
CBM-400目前支持三种在整个美国国防部广泛部署的波形,包括LinkWay波形、增强带宽效率调制解调器(EBEM)波形和ArcLight波形。运行LinkWay波形、EBEM或ArcLight波形的CBM-400已通过陆军战略司令部认证,可以在WGS星座上运行。CBM-400的软件定义特性还允许操作人员在波形之间轻松切换,以满足每个任务的独特需求。CBM-400采用软件定义体系结构使其能够跟上卫星通信技术的快速发展,随时进行更新。
更重要的是,Viasat CBM-400的设计适应Viasat的混合自适应网络(HAN)架构概念,让用户能在商业和政府专用卫星通信网络(如WGS)上无缝操作。HAN概念创建了一个端到端的网络,通过在高度对抗环境中实现分层弹性,缓解拥塞情况、对抗有意和无意干扰源和网络威胁。
四、AEHF将来由3颗ESS卫星取代
华盛顿——诺斯罗普·格鲁曼公司获得了一份价值2.98亿美元的合同,开发一颗抗干扰军用卫星,以补充并最终取代洛克希德·马丁公司制造的现有先进极高频(AEHF)卫星。
太空与导弹系统中心于2020年9月16日宣布了Evolved Strategic Satellite(演进战略卫星)通信项目(称为演进战略卫星通信)的合同授予。该卫星必须在2025年5月之前完成。
ESS(Evolved Strategic Satellite)计划继续执行AEHF星座的战略卫星通信任务。这包括为高优先级军事行动和国家指挥机构提供可生存的、全球的、安全的、受保护的和抗干扰的通信。
ESS卫星将与AEHF的中纬度系统能力互操作并最终取代AEHF,将其通信能力扩展到北极地区。
空间与导弹系统中心于三月发射了第六颗也是最后一颗AEHF卫星。SMC表示将研究未来卫星通信架构的替代方案。
根据太空部队的预算文件,该计划将授予最多三份具有竞争力的ESS快速原型合同。
诺斯罗普·格鲁曼公司是洛克希德·马丁公司AEHF的主要分包商。该公司为所有AEHF卫星提供通信有效载荷。这些有效载荷包含执行卫星核心通信任务的处理、路由和控制硬件和软件。
诺斯罗普·格鲁曼公司还为AEHF卫星提供总线结构、热管和太阳能电池阵列铰链,以及航天器的推进剂和加压罐。
ESS 1(演进战略卫星)是诺斯罗普·格鲁曼公司建造的抗干扰军事通信卫星原型,用于补充并最终取代现有的先进极高频(AEHF)卫星。
波音公司、诺斯罗普格鲁曼公司和洛克希德马丁公司将为 ESS 项目开发竞争设计。太空与导弹系统中心于 2020 年 9 月 16 日宣布向诺斯罗普·格鲁曼公司授予演进战略卫星通信计划(称为演进战略卫星通信)合同。在快速原型设计阶段,该公司将交付 ESS 空间部分的初步设计和地面演示。该卫星必须在 2025 年 5 月之前完成。
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ESS 计划继续执行 AEHF 星座的战略卫星通信任务。这包括为高优先级军事行动和国家指挥机构提供可生存的、全球的、安全的、受保护的和抗干扰的通信。
ESS卫星将与AEHF的中纬度系统能力互操作并最终取代AEHF,将其通信能力扩展到北极地区。
空间与导弹系统中心于三月发射了第六颗也是最后一颗 AEHF 卫星。SMC 正在研究未来卫星通信架构的替代方案。根据太空部队的预算文件,该计划将授予最多三份具有竞争力的 ESS 快速原型合同。

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五、参考文档
1、Advanced Extremely High Frequency System (AEHF)
https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Extremely_High_Frequency
2、Advanced Extremely High Frequency System (AEHF)
https://www.spoc.spaceforce.mil/About-Us/Fact-Sheets/Display/Article/2381348/advanced-extremely-high-frequency-system-aehf
3、Advanced Extremely High Frequency (AEHF) Satellite System
https://web.archive.org/web/20070313152253/http://www.losangeles.af.mil/SMC/MC/aehf.htm
4、https://www.dote.osd.mil/Portals/97/pub/reports/FY2015/af/2015aehf.pdf?ver=2019-08-22-110015-417
5、https://www.dote.osd.mil/Portals/97/pub/reports/FY2010/af/2010aehf.pdf?ver=2019-08-22-112947-207
6、https://media.defense.gov/2022/Apr/08/2002973439/-1/-1/1/AEHF%20FACTSHEET.PDF
7、诺斯罗普·格鲁曼公司赢得价值 2.98 亿美元的合同,开发抗干扰军事卫星。该合同适用于演进战略卫星通信计划,称为演进战略卫星通信。
https://spacenews.com/northrop-grumman-wins-298-million-contract-to-develop-jam-resistant-military-satellite/
https://www.bits.de/NRANEU/others/amd-us-archive/atp6-02.54%2817%29.pdf
https://nap.nationalacademies.org/read/11299/chapter/11#212

原文始发于微信公众号(太空安全):美太空军“先进极高频通信卫星 ”AEHF分析(更新,值得一看)

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admin
  • 本文由 发表于 2024年2月10日20:42:11
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