[科普中国]-先进极高频卫星

简介

洛马公司已经向美国空军交付了首颗先进极高频卫星(AEHF)。该卫星将于2010年7月30号从卡纳维拉尔角空军基地搭乘“宇宙神”-5火箭发射。AEHF系统将向美国军队和国家领导提供覆盖全球的、受到保护的大容量和安全的通信。AEHF系统将接替由5颗卫星组成的“军事星”星座，向服务于美国国家安全的所有作战部队提供重要的通信能力。加拿大、荷兰和英国也参与了AEHF项目，将能够使用AEHF的通信能力。单颗AEHF卫星将能够提供比目前在轨的整个“军事星”系统还要大的容量。更快的数传速率将允许战术军事通信的传输，如高质量实时视频和快速访问战区地图及目标数据。第二颗AEHF卫星(SV-2）已经完成了系统集成最终试验，试验验证了航天器所有接口、全部功能并评估了卫星性能，卫星目前正在为确保航天器飞行就绪的段间试验做准备。第三颗AEHF卫星(SV-3)已经完成了声学试验，这项试验是关键的环境试验之一，旨在验证卫星总体设计、工艺质量以及航天器发射和在轨运行期间的可存活性。SV-2和SV-3将在2011年发射就绪。AEHF团队由美国空军军事卫星通信系统连队领导，洛马公司为主承包商。按照合同，洛马公司将提供3颗AEHF卫星2。

系统概述AEHF卫星是美国新一代受保护军事通信卫星，将取代已在轨运行10余年的“军事星” ( Milstar)卫星系统。它将为美军提供高容量、高生存能力、抗干扰、全球范围的安全通信系统1。

项目采办基本情况

美国空军负责采办的AEHF项目包括卫星和一个地面任务控制段(MCS)，用于传输和接收的通信终端则由每个军种分别采购。该项目由美国空军军事卫星通信联合计划办公室管理，洛马公司为该项目主承包商，负责系统集成和地面段开发，诺格公司为有效载荷的承包商。目前的卫星采购数量为6颗，采购经费为129亿美元。AEHF项目还是一个国际性项目，加拿大、英国和荷兰参与其中。

AEHF项目于20世纪90年代中期提出，1999年4月正式立项，2001年9月开始研制，2004年4月完成系统设计评审，2004年6月进入正样研制阶段。

AEHF卫星平台

AEHF卫星均采用洛马公司的A2100M平台，设计寿命为14年，发射质量6600kg，入轨质量4100kg 。A21 00M平台为洛马公司在A2100平台基础上开发的军用型中高轨通信遥感通用平台，采用模块化设计，经过军用标准加固。除AEHF卫星外，美军新一代窄带战术通信卫星“移动目标用户系统”(MUOS)、新一代静止轨道预警卫星“天基红外系统”(SBIRS)以及新一代导航卫星GPS-3均采用该平台。其中，AEHF-1卫星是采用A2100M平台的首颗卫星1。

AEHF-1卫星故障简介由于AEHF-1卫星故障发生在推进系统部位，为便于理解后续采取的排除故障措施，这里首先对其推进系统进行介绍1。

AEHF-1卫星推进系统

AEHF-1使用的A2100M卫星平台采用双模式推进系统设计，推进剂采用四氧化二氮和肼。其中，远地点发动机采用日本石川岛播磨公司的DT-4型450N四氧化二氮/肼双组元发动机，比冲329s；姿态控制发动机采用单组元，包括6台22N单组元肼推力器一一用于远地点发动机工作期间的姿态控制，和12台0.9N单组元肼推力器一一用于姿态控制以及东西位置保持。该卫星平台还采用了电推进系统，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16cm x 22cm x 27cm，标称功率4.5kW，标称电压350V，推力约270mN，比冲1950s。

美国会布故障原因

AEHF-1卫星从故障发生到正确进入预定轨道，历时14个月。

2011年8月，美国政府问责署(GAO)公布故障原因，指出该卫星未能进入正确轨道原因在于:一小片在制造过程中残留下来的织物堵住了燃料管道，而并不是之前推测的发动机设计出现了问题。

轨道修正计划

整个轨道修正计划中，空军领导的工作团队分两个阶段规划并执行了500多次点火。第一阶段使用22N单组元推力器，将AEHF-1卫星从225km x 50200km、倾角22.2。初始轨道送入近地点 19000m的转移轨道；第二阶段使用霍尔效应推力器，将卫星从转移轨道最终送入预定的地球静止轨道。在双模式推进系统中，22N单组元推力器可以使用450N双组元远地点发动机的肼燃料，减少了故障挽救行动对卫星运行寿命的影响，使得AEHF-1进入运行轨道的同时，还可保证卫星14年的任务寿命。

卫星故障影响

AEHF-1卫星故障使其交付使用时间推迟一年，为此，洛马公司将向美国空军少收取1500万美元，以“支付与轨道提升计划相关的成本”。AEHF-1故障直接导致AEHF-2和AEHF-3的发射以及AEHF系统的初始运行能力(需要两颗卫星)交付相应延期。AEHF卫星系统的频频延期导致一旦在轨超期服役的“军事星”出现失效，就会造成美国受保护军事通信能力出现断层，从而削弱美军全球指挥控制网络的效能1。

卫星发展历程美国的军事通信卫星包括宽带、窄带和受保护三个系列。其中，受保护系列主要使用EHF频段，主要负责与战略和战术作战直接相关的、对安全性和保密性要求高的信息传送，具有防截获、抗核闪烁效应、抗电磁干扰等性能。从“军事星”第一代、第二代到AEHF卫星，共发展了三代受保护军事通信卫星1。

现役受保护军事通信卫星

目前在役的受保护军事通信卫星是“军事星”系统。它从20世纪80年代开始研制，共发展了两代，第一代2颗，第二代4颗。除了第二代首颗卫星发射失败，其余5颗目前均在轨服役。“军事星”发射质量约4500kg，功率5000一8000W，设计寿命10年。第一代卫星带有“低数据率有效载荷”(LDR)，数据率为75一2400bit/s，最大信道数量192条(2400bit/s时为100条)，第二代卫星增加了“中数据率有效载荷”(MDR)，数据率为4. 8kbit/s-1.5441Mbit/s，提供信道数量32条。“军事星”带有V频段(60GHz)星间链路，数据率10Mbit/s，使得整个系统不需要易受攻击的地面站就可实现全球单跳通信。卫星采用了星上基带处理、自适应多波束调零天线、抗核加固、EHF频段扩频跳频、自主运行等技术，具有非常高的抗干扰、防侦收、防截获和生存能力。

新一代受保护军事通信卫星

AEHF卫星系统为第三代受保护军事通信卫星。该项目从20世纪90年代末启动，是美军纳入“转型通信架构”(TCA)的军事通信卫星之一。AEHF卫星采用的通信频段与“军事星”相同，仍保持了“军事星”扩频调频、天线调零、星间链路、星上基带交换等特点。但也具有星上处理器采用全数字化、大量使用专用集成电路(ASIC)和采用磷化锢材料的单片微波集成电路(MMIC)以及采用电推进等新特点，提高了有效载荷的集成度和性能，降低了质量和功耗。与第二代“军事星”相比，AEHF增加了“扩展数据率有效载荷”(XDR)，战术通信数据率从1. 544Mbit/s提高到8. 192Mbit/s，战术通信数据率为19.2Kbit/s；星间链路数据率从lOMbit/s提高到60Mbit/s；单星总容量从40Mbit/s提高到430Mbit/s ( 50多条信道)；可服务的网络数由1500个提高到4000个，能同时支持6000个用户终端1。

目前，AEHF任务控制段已于2010年8月AEHF-1卫星发射之前开始交付使用—该任务控制段可同时负责“军事星”和AEHF两套卫星系统的控制通信。截至2011年11月3日，AEHF-1已经开始在轨测试，后续的AEHF-2,AEHF-3卫星计划于2012年发射，AEHF-4预计于2016年发射，AEHF-5预计于2018年发射，AEHF-6预计于2020年发射1。

AFHF-2 军事通信卫星2012年5月5日，美国空军的先进极高频一2( AFHF-2 )军事通信卫星成功发射。卫星将经历约110天的轨道抬升和120天的在轨测试，在完成这两个阶段后才能正式开始服役。

AFHF卫星系统是美国新一代高防护性能的地球静止轨道军事通信卫星系统，用于替代老化的“军事星”( Milstar)卫星系统，在包括核战争在内的各种规模战争中，为美军关键战略和战术部队提供防截获、抗干扰、高保密和高生存能力的全球卫星通信。

AFHF-2卫星是AFHF卫星通信系统空间段的第2颗卫星，整个星座计划发射6颗卫星。AFHF-1卫星已于2010年8月发射，AFHF-3卫星计划于2013年9月发射，AFHF-4卫星的研制合同已经签订，AFHF-5和AFHF-6卫星的研制计划已经得到国会批准，但是商业研制合同尚处在磋商之中。

AFHF系列卫星的主承包商为洛克希德一马丁公司，采用A2100M平台研制，AF HF-2卫星的设计寿命为15年，发射质量达6170kg。卫星采用三轴稳定方式，平台为箱板式结构，东西两侧带有可展开析架结构，可扩展对地面天线的安装空间，南北两侧带有两个太阳电池翼。

AFHF-2卫星共携带15部通信天线，其中1部全球接收天线和1部全球发射天线，为地球可视范围内提供低增益通信；2部调零天线，提供波束内自适应干扰抑制能力；1部相控阵接收天线和2部相控阵发射天线，提供捷变波束；2部星间链路天线；6部驻留波束天线，可机械控制天线指向。

AFHF-2卫星在二代Milsta:卫星低数据速率载荷(LDR)和中数据速率载荷(MDR)的基础上，增加了扩展数据速率载荷(XDR)，将单条链路的最高传输速率提高到8.192Mbit/s。卫星总容量达到430Mbit/s,比二代Milstar卫星的40Mbit/s提高了10倍。同时，星间链路增强了路由功能和抗干扰能力，数据速率也由二代Milstar卫星的10Mbit/s提升到60Mbit/s。

AFHF卫星的运行管理系统是在Milstar卫星系统基础上改进而来，由位于科罗拉多州施里佛空军基地的美国空军航天司令部第4航空队第50航天联队第4空间作战中队负责3。