（CSBA）资深研究员哈里森发表了
题为《军事卫星通信（MILSATCOM）
的未来》的研究报告，本文摘译该报告的主要内容，以供参考。
冷战期间，美国航天系统主要支持战略任务，如导弹预警、情报、核指挥与控制、美国和苏联的战略对峙等。冷战结束后，空间变得越来越拥挤、充斥对抗性。目前有40多个国家拥有或运行着卫星，所有国家都运用天基能力为民生服务，如气象预报和导航；1991年海湾战争，美军利用空间系统使局部战争模式发生了重大变革，创造了天基精确导航、授时与卫星通信，与传统武器系统集成等新的卫星作战运用模式，使美军具备了创新的“天基支持下的察打一体能力”。
冷战结束后，针对空间系统运用的假设，仍然是应用于慑阻，且认为空间系统不会在战争中遭受攻击，这一普遍认识的后果之一就是美国的空间系统、尤其是军事卫星通信（MILSATCOM）系统在战争中表现得异常脆弱。军事卫星通信系统在遭受物理攻击（动能或非动能）、电子攻击（人为干扰）以及网络攻击面前异常脆弱。潜在的对手并不依赖天基能力、且不具有对称的脆弱性，这将使空间慑阻思想很难贯彻。而且，美军全球力量扩张严重依赖天基能力，意味着军事空间系统未来将在美国对抗“反介入/区域拒止”（A2/AD）的作战中发挥重要作用。从其他国家的角度来看，美军空间系统是武器系统，空间将成为新的战争领域。
适应未来对抗环境是下一代军事卫星通信体系结构优先要考虑的问题，而满足经济承受能力也同样重要。军事卫星通信系统在面对成本超支、投资不稳定和其他可以妨碍卫星研制与发射等项目因素时，表现得同样脆弱。这些因素彼此影响，形成了“航天采办的恶性循环”。高成本使星座卫星数量变少，而生产周期也延长；星座数量少则需在单星上搭载更多的能力；在单颗卫星上搭载更多能力却导致了卫星的复杂性，进而导致更高的成本和更长的生产周期。
项目的同步发展在军事卫星通信系统中同样重要，因为一个系统的运行需要空间、终端和控制三大系统的协调运行。空间段与地面段各分系统及时部署协调运行非常重要，因为卫星在轨寿命是有限的，位置保持需要消耗燃料，零件受到空间辐射会老化，且技术会过时。整个军事卫星通信体系中，只要有一个系统由于资金短缺或研发滞后而拖延了时间，其余系统将会被迫延迟使用。更麻烦的是军事卫星通信三大系统发展项目预算是分散于各军种中，使协调与控制上述彼此关联的项目更加困难。
在解决对抗的空间环境和紧缩的预算问题时，美国国防部在下一代军事卫星通信体系结构上可以有多种选择。
选择之一：提高被动防御能力，保障系统可在遭受各种类型攻击下生存并运行。
核辐射加固、数据加密、交叉、跳频扩频，以及卫星交叉链路均为各种被动防御手段。主动防御则是试图阻断或干扰对卫星通信的攻击，且主要防御物理威胁。主动防御，如卫星“回击”等能力，可能将大幅度增加军事卫星通信系统的成本，因为这种手段需要更大的卫星平台或更小的有效载荷来弥补附加的尺寸、重量和功率。相对于主动防御的卫星“回击”（shoot-back）和护卫卫星系统，攻击者更具有成本优势，因为建造更多的反卫星（ASAT）武器的成本可能远低于采用附加的卫星“回击”和护卫卫星系统所增加的成本。
选择之二：通过将军事卫星通信系统能力分解、分散，或采用分布式卫星通信体系结构，使敌方更加难以锁定目标。
在分布式体系结构中，每颗卫星或有效载荷更小，功能也减少，而且理论上不太贵，尽管由于发射成本增加和卫星平台成本增加使星座的总成本增加。但分布式星座由于需要采购更多相同卫星，成本不会上涨太高。这三种方法将使系统具备抵消因为单颗卫星损失造成的影响，因为每颗卫星只承担总能力中的一小部分。这将使对手的计划变得复杂，对手达到相同效果需要瞄准更多卫星，但这也不会给拥有反卫星武器库的对手带来更大的挑战，因为反卫星武器不可能比所攻击的卫星贵。不过，尽管攻击方具有反卫星成本优势，也不敢贸然升级一场大规模的空间攻击，否则被击毁的卫星将产生大量的空间碎片，从而造成长期的全球问题。
分散或分解空间段的方法之一是采用以载荷为中心的采办模式，首先关注特定载荷能力，然后再寻找卫星平台搭载。美国重返亚太地区，成为亚太地区一部分，将与日本、韩国和澳大利亚合作，在其一颗或多颗卫星上搭载“先进极高频”（AEHF）载荷，使盟国可以此换取全球AEHF星座的有限使用权利，这将提高盟军与美军的互操作能力，使其可以比自己部署相同能力低得多的成本接入全球AEHF星座。同样，这使对手反卫星的复杂性大大增加，因为攻击寄宿载荷（无论是物理、电子或网络攻击）就是在攻击军事通信卫星网络中的所有合作国家，带来危机升级的风险。
选择之三：使系统在遭受攻击后容易更换。
美军将储备用于备份的载荷或卫星，以及移动终端和卫星控制站，以快速更换遭受攻击损毁的卫星系统的空间段与地面站。使卫星易于更换可能是小短期战争重组卫星能力的有效选择，但即便卫星已备份就绪，将其与运载器集成并发射入轨还是需要花费几周时间。如果战争持续肘间较长，对手能够重复攻击美国卫星，对卫星不停更换将使成本很快升高到难以承受。如果对手每次攻击的成本比每颗替代卫星或载荷的成本低得多，美国将陷入成本提升的泥潭。而且，在战争开始时大量储备的卫星或载荷，可能将在持续的战争中很快耗尽。即使重启生产线，重新建造卫星或载荷可能还需要几个月或几年。
选择之四：寻找其他替代通信方式降低军事卫星通信的脆弱性。
其一是租赁商业卫星通信系统，提供按需求灵活增加或降低容量的能力。但商用卫星系统更是无法抵御物理、电子和网络攻击，且所有权是国外团体。
其二，也可利用空中通信飞机进行高容量通信，弥补或替代战区军事卫星通信系统。如果对空中通信飞机有效载荷采取被动防护措施，如跳频扩频、交叉和数据加密等，空中通信飞机可以抵抗电子和网络攻击。不过，提供空中通信的飞机只能在允许的区域运行，否则将成为防空系统的靶子。
其三，地面射频通信（如无线电塔）是短距离用户通信的重要替代方法。尽管地面通信可以采用许多相同防护措抗干扰及粉粹攻击，但军队部署和运行地面系统需要相对安全的地面环境。用户必须能够物理接入在另一个用户视线内的地面站。军事卫星通信系统的另外一个替代方法是改变系统运行的方法，降低其通信需求。如无人机，可使其具有更加强大的机载自主分析传感器数据能力，只向地面分析人员传输更感兴趣的数据，其它数据可以暂时存储并在适当的时候转发。在对抗的通信环境下，当通信受到干扰或为避免平台被探测到可将数据进行存储，一旦通信恢复再传输数据。但这种存储转发方法不适合时间敏感作战通信。总之，几乎没有适宜在“反介入/区域拒止”作战环境中满足远距离移动平事卫星通信需求的替代方式。
其四，降低军事卫星通信系统遭受攻击的方法既不是采取统一措施就能解决，也不是采取某个特殊办法就能搞定。因为每种方法对于军事卫星通信的不同用户，其价值和优先级不同。一些方法根据特殊用户群体的作战需求，可能较好或较差。在有限的军事卫星通信资源环境中，需要统筹规避不同类型军事卫星通信用户的风险。下一代军事卫星通信体系结构的三个主要用户群是全球监视与打击（GSS）、特种作战部队（SOF）和战略部队。尽管这些任务领域没有全面覆盖美军能力，却是美军重点转移的最高优先级任务。美军已由过去在伊拉克和阿富汗等作战的主要任务向新的应对“反介入/区域拒止”（A2/AD）太平洋威胁转移。
提高卫星被动防御能力也是免受电子和网络攻击的良好选择。分散、分解或分布式体系结构对于全球监视与打击和战略部队任务领域而言，是保护系统免受物理攻击的良好选择，但这些方法可能很昂贵，除非单星成本大幅下降。卫星替代方案并非是所有任务的有效途径，因为相对于短期战争而言，准备发射系统所需的时间太长，而储备的替代系统在长期持续的战争中已消耗殆尽。军事卫星通信的替代系统，如商业卫星通信、空中通信飞机、地面射频系统以及存储转发手段等均不是有价值的替代手段，因为全球监视与打击、特种作战部队和战略部队需要在作战环境中实施全球时敏打击。
未来军事卫星通信体系结构的挑战在于如何在成本与风险中找到最好的平衡点，使所有军事卫星通信用户有足够的防护能力，如所有前线都具有防御能力。下面在权衡了军事卫星通信系统可能面临的威胁、预算紧缩以及可以采用的方案等情况下，提出了6条满足作战部队需求的建议。
建议一：军事卫星通信体系结构应该从两层（有防护和没有防护）过渡到三层。在三层体系结构中，有防护的最高层应当预留给战略用户，而且目前有防护的军事卫星通信系统职能中大部分已无法更改。可以增加新的防护层，为更多的战术用户提供受保护程度较低的系统。还可以利用没有防护的卫星通信项目，以较低的成本将有防护的有效载荷寄宿到商用卫星通信系统上。军事卫星通信体系结构的最底层应当预留给所有其他非重要通信用户，这些用户可租用但不能占有系统。
建议二：对于空间段，以太平洋为中心，邀请主要盟国，如日本、澳大利亚和韩国，成为该体系结构的中间层。合作国家可以分担附加的有防护措施的有效载荷成本，作为回报，主要盟国可获得全球通信卫星星座的部分使用权。尽管有诸多涉及政治和运行的问题需要解决，包括该中间层的亚太合作伙伴如何提高与美国及其他合作伙伴的互操作能力以及提高美国合作伙伴在不安全的通信环境中的独立运行能力。这样将使潜在对手的规划变得复杂，因为针对所有设防的卫星或设防的寄宿有效载荷的攻击行动将变成针对网络中所有合作国家的攻击行为，将给攻击一方带来冲突升级的风险。
建议三：美国还应当在下一代军事卫星体系结构中避免落入战略成本陷阱。例如，如果美国发展卫星“回击”或护卫卫星系统，对手则需要建造更多ASAT武器，将迫使其提高成本，当然美军在卫星“回击”能力上也将花费更多的成本。同样，美国采购备份卫星用于替代遭受攻击的卫星，对手可以购买更多ASAT武器，也迫使美军购买更多的替代卫星。国防部可以通过激励创新的竞争来避免落入战略成本陷阱。美国还可以通过吸引合作伙伴共同发展其军事卫星系统，或在盟国卫星上寄宿卫星有效载荷，以此加重对空间系统进行攻击而引发的后果。
建议四：“转型卫星通信系统”（TSAT）
计划终止的教训之一是新计划通常存在较大的风险。空军应当在目前正在发展的“先进极高频”（AEHF）系统中融入新的能力，而不是启动新计划来填补TSAT计划留下的技术缺项。同时降低项目办人员数量，使承包商减少与项目办接口的人员，从而降低项目总成本。
摘要：卫星属于高速以及高空运转的一种科学性的仪器，属于是综合了遥感以及测量等多种科学的一个综合体。卫星在实际的地球运行轨道当中，能够以其自身比较独特的角度实施相关的工作，卫星的一个非常必然的发展趋势是卫星通信，同时还能够有效保证卫星的实际运行。在文章中，简单分析了卫星通信技术以及卫星通信网络，并详细描述了其中所运用的主要技术，最后给出了卫星通信技术的未来发展趋势。
将IP技术应用到卫星通信中，能发挥二者的优势，应用前景非常广阔，特别适应于军事通信、民用船只和飞机等移动通信、远程医疗、远程教育和应急通信等场合。近年来IP和多媒体技术在卫星通信中的应用已成为一个新的研究热点。1宽带IP卫星通信技术发展的原因随着全球因特网业务的蓬勃发展，特别是人们对集数据、话音和视频等于一体的多媒体业务的需求迅速增长，导致基于IP协议的业务需求量急剧上升。尽管地面通信网络正在迅速发展，但卫星通信网具有地面通信网络不可比拟的一些优势。例如：卫星通信系统所特有的大区域内广播的特点是其他通信系统所没有的；在某些特殊领域，如船只和飞机等移动通信、偏远地区和地面设施不发达地区的通信，以及军事通信等，卫星通信系统具有明显的优势。在这些场合利用卫星建成宽带多媒体业务接入系统被认为是切合实际的方案。宽带IP卫星通信技术的出现正是这种背景下的必然产物。2宽带IP卫星通信技术发展现状宽带IP卫星技术就是将卫星业务搭载在IP网络层上运营的技术，是运行TCP/IP协议簇的卫星通信网。目前提出的宽带IP卫星系统都采用基于ATM的传输技术[2]，在卫星ATM的分层实现上，存在两种不同的思路：一种是将ATM协议放在非ATM的卫星协议平台上而不改变现有卫星协议的结构。其优点是保持现行的卫星标准，卫星平台对不同用户终端的协议标准是透明的，卫星访问协议不会为外界网看到，但很难为各种不同的协议都提供最好的性能。另一种是卫星网完全采用ATM结构。其优点是适用于一个高度集成的星地ATM环境，缺点是需要修改现有的各种卫星协议和网间接口协议。1996年，美国NASA的ACTS卫星进行了622Mbit/s的ATM试验，验证了TCP/IP协议在卫星ATM平台上的可行性。1999年欧洲也发射了基于ATM的传输技术的ASTRA卫星，组成宽带、面向大众的空中因特网”卫星系统。但是这些早期的应用离未来宽带卫星系统的要求还有一些距离，有待进一步的发展。近几年国际上出现了各大公司向有关组织申报宽带卫星通信系统的建设牌照的热潮。这些公司包括传统的卫星制造商、电信服务商以及新兴的ISP(InternetServiceProvider)公司。在这些已经申报的宽带卫星系统中有相当一部分是以支持IP业务为主要特征的宽带卫星IP系统。目前驻伊美军已经装备了美国Tachyon网络股份有限公司生产的使用IP技术的高带宽链路的便携式卫星通信设备[1]。这种新型技术将使空间网成为地面网的扩展，更加突出了卫星通信在未来战争中的地位。3宽带IP卫星网络的关键技术由于众所周知的原因，卫星通信系统在链路特点、卫星移动性、全球可见性、路由和寻址等方面将赋予卫星IP技术不同于传统IP技术的新特征，包括物理层、数据链路层、网络层和传输层等各个OSI参考模型层面上的差异。3.1物理层相对于地面光纤链路而言，卫星链路的误码率较高，宽带IP卫星系统要求在较高的信道误码率情况下传输高速数据，这就要求有高效率的信道编解码技术，满足各类多媒体业务QoS的要求。宽带多媒体业务质量要求的不同，使信道编码需要采用速率可变的差错控制编码，利用源和信道的联合编码可以提高系统整体性能。为提高宽带卫星通信系统的容量和业务质量，还必须采用新的传输技术和调制技术，近几年来CDMA多址方式和OFDM多载波调制方式的发展受到了广泛的重视。3.2数据链路层数据链路层研究的重要内容是提高带宽的有效利用率。卫星通信信道特性易受到天气的影响，特别是Ka以上的频段，而信道特性又对无线资源管理有一定的影响。目前在地面移动多媒体通信中，开展了各种拥塞控制和资源分配的策略研究，这些研究成果对卫星通信领域有一定的借鉴意义。无线资源管理的目的是使受保证的业务的呼叫拥塞概率降低到给定门限之下，使异步业务的丢包率尽可能小。就接入方式来看，卫星通信的业务信道是非对称性的。多媒体卫星通信系统一般需要充分利用其广播的优点，所以无线资源管理的重点是用户终端的上行信道，其中自适应带宽分配算法是目前研究的重点。3.3网络层网络层技术包括与星座有关的路由问题和异构网络互联等问题。3.3.1与星座有关的路由问题。卫星之间的星际链路增加了卫星网络拓扑的复杂性。路由算法决定了穿越该卫星网的最佳路径，应该采用基于分组的灵活的路由策略而不是基于电路的静态路由，这有利于利用星座系统的冗余路由。另外，卫星的高速对地运动造成了频繁的切换。路由信息因为拓扑的高度变化和切换的频繁不可能做到快速的更新，所以卫星不同于常规的因特网路由器。但星座系统的拓扑结构有其自身的特点和规律，我们可以利用星座系统的拓扑结构的可预言性、周期变化规律、卫星网络节点的数目固定等特点，采用动态虚拟拓扑路由、虚拟节点以及基于拓扑变化的策略等，将卫星的移动性屏蔽起来，使全网可以使用标准的面向连接的网络协议。3.3.2异构网络互联。支持IP路由的系统不一定可以很好支持像ATM分组和帧中继分组这样的非IP业务，如果在卫星ATM网络中需要传送大量的IP业务，那么就需要ATM可以提供低层的协议来支持IP分组，采用隧道技术可以使分组路由通过异种网络传送到接收方。IP和ATM异种网络的互联产生了一系列问题，特别是在IP组播路由和QoS管理方面。解决在ATM中进行IP组播的一个方案是采用组播地址解析服务器(MARS)，MARS将IP组播地址映射成ATM服务器地址，但是MARS系列方案并不支持移动性管理，因此很难把IP组播中的参数完全映射到ATM路由表中。#p#分页标题#e#虽然ATM有完善的QoS管理机制，但是要将IPQoS直接用在ATM中是相当困难的，因为很难准确地将IPQoS映射到合适的ATM业务类型。最理想的宽带卫星通信系统应该是可以无缝接入基于IP或ATM的地面网络。这样可以利用卫星和地面网络各自的优点来更好地在多点之间实现大的多媒体文件的传送。3.4传输层尽管TCP提供了一个很好的流控机制，但是TCP并不是针对多媒体流的协议。多媒体流对实时性的要求高于对可靠传输的要求，而且压缩机制限制了数据率可变的能力。所以多媒体应用需要使用基于用户数据包协议（UDP）的流控方式。因为UDP提供不可靠的分组业务，所以需采用前向纠错（FEC）技术来克服传输差错。因特网是一种革命化的信息工具，它使更多的人在更广的范围内更加方便地获取信息。卫星通信的发展必须满足这种市场的需要。卫星作为一个信息传播媒介相对于其他信息传播媒介而言具有一些明显优势，但是只有和新技术相结合，才能使这些优势真正发挥效益。宽带卫星IP网络正是这样的一种产物，必将具有广阔的应用前景。