转型作战理念以及新式武器对数据链提出了新的要求。低轨星座卫星数量多，通常载荷采用高性能处理架构、高速激光星间链路和有源相控阵天线，实现软件定义功能，具有传输时间短、数据速率高的特点，天然具有网络中心关键节点的优势，同时可兼容各类通信体制，实现数据链网络融合。基于大规模卫星星座构建的弹性网络，通过星间链路实现全球全域实时信息的分发，是大规模卫星星座数据链的核心特点。

01 传统卫星数据链及主要架构

早期，美军利用军事星（Milstar）和先进极高频（AEHF）卫星实现数据链距离扩展。例如：美国海军的卫星战术数据链（S - TADIL J），通过在舰艇已装备的Link16战术数据系统指控终端中增加卫星界面，使其成为采用卫星中继的超视距数据链路，从而扩大了联合战术信息分配系统（JTIDS）的传输距离。情报侦察方面，美军将利用军用及商用通信卫星透明转发方式实现大容量侦察数据传输，例如：美军利用战术卫星（Tacsat）系列低轨战术小卫星，演示了利用星载侦察数据预处理技术将目标情报直接分发至战场指挥官，完成时敏目标实时指示的作战流程。

卫星数据链主要分为星上处理和透明转发两类星载实现方式。透明转发方式指卫星转发器只进行信号转发，对卫星传输波形和数据链格式化消息不进行处理解析；星上处理方式指利用卫星处理载荷对卫星传输波形进行再生解调，并对数据链格式化消息进行识别、交换与分发等信息处理。

透明转发方式具备以下两个特点：

1）便于快速形成能力，缓解数据链远海保障需求。在卫星通信传统应用方式基础上，通过对现役卫星通信设备及数据链装备接口改造，实现卫星信道承载数据链业务，从而缓解数据链远程保障需求。

2）空间资源较多，具备常态化广域覆盖条件。综合利用多颗在轨卫星的波束覆盖能力及转发器容量，空间资源使用更灵活，便于实现常态化广域覆盖。基于卫星中继的卫通数据链通过与地面站建立通信链路来保障通信实时性，地面站使用大口径天线作为业务接入节点，为高动态平台飞行过程中提供全双工收发信道。

对于星上处理方式，在信息处理层面通过数据链消息处理与分发便于战术应用间直接铰链，但需要终端与星上系统体制等兼容设计。

02 基于大规模星座的数据链

美国太空发展局（SDA）提出的“大规模弹性作战太空体系”（PWSA）能够给各作战域的作战单元提供近实时的通信服务，联通所有指挥和控制系统，实现智能的指挥控制，并以传输层为基础，连接传感器与射手，缩短了杀伤链闭合时间，压缩了作战决策周期。

试验与验证

为实现全球范围内的实时战术信息共享，PWSA项目中传输层卫星作为美军联合全域指挥控制的通信骨干，可实现将Link16数据链与美军空中传感器、传输层卫星网络等连接，实现直接的战术卫星到平台和传感器到射手的连接，为对地和海面时敏目标的超视距瞄准，以及对高超声速导弹等先进导弹威胁的预警跟踪提供支撑。2023年11月，美国太空发展局宣布成功完成星载Link16数据链对地通信演示，将3颗约克空间系统（York Space Systems）的卫星连接到地面终端，进行Link16网络主动和被动接入，实现了精准的频率同步和战术信息传输。约克空间系统卫星及数据链天线如图1所示。

图1 约克空间系统卫星及数据链天线

PWSA传输层的目的在于发展高效的超视距数据传输和作战通信能力，关注重点是实现联合作战人员和作战系统对低延迟通信和空间数据传输的全球访问。上述演示的成功代表了T0传输层的一个重大里程碑，并将能够使用空间飞行器上的Link16无线电传输战术消息，包括超视距场景。美军于2023年5月要求所有新开发的指控系统均能与PWSA传输层卫星星座相连。美国太空部队已制定计划，以便其PWSA的地面段能够集成到已装备的卫星地面系统和接收器/无线电集成，从而支持使用Link16这一标准的战术数据链。

加速迭代与部署

根据后续的Link16卫星需求，美军PWSA传输层通信卫星星座将以极短的延迟向地面、海上、空中以及其他卫星的军事用户传输大量数据，快速无缝地连接所有军兵种的传感器和射手系统，成为美军联合全域指挥控制的关键节点。其第1阶段星座建设，计划包括126颗激光组网和战术数据链卫星。第2阶段星座建设，计划分为“阿尔法”（Alpha）、“贝塔”（Beta）和“伽马”（Gamma）三部分。其中，100颗“阿尔法”卫星的招标方案于2023年5月11日发布，要求每颗卫星搭载3～4个激光通信终端、1个Ka频段通信载荷和1个Link16数据路由载荷；72颗“贝塔”卫星已开始研制，计划2026年9月起陆续发射，提供美军和情报部门现役无线电直接到武器所需的特高频（UHF）和S频段战术卫星通信链路，每颗卫星还将搭载1个传输多源战术/战略情报及目指数据的“综合广播业务”（IBS）载荷；44颗“伽马”卫星将有24颗转移至“贝塔”计划，包括UHF和S频段战术卫星通信链路、战术数据链有效载荷。新形成的战术网络不但能有效提高美军战场信息共享的实时性和可靠性，也将有效提升网络的鲁棒性和抗干扰能力，任意时刻全球95%的区域会被至少2颗卫星覆盖、99%的区域被至少1颗卫星覆盖，可以根据实际需要灵活调整卫星的工作状态和任务分配，提高战术灵活性。同时相比于传统的大型卫星，小型卫星的制造成本和发射成本都较低，可降低构建战场网络的成本和风险，即使部分卫星出现故障或被干扰，也不会影响整个系统的运行，从而有效增强美军战术数据链网络的抗打击能力和跨域作战效能。

2023年3月，总部位于美国的铯星宇航公司（CesiumAstro）宣布获得太空发展局500万美元合同，用于开发与Link16战术数据网络兼容的主动电子扫描阵列天线。铯星宇航目前正致力于提供用于Ka频段任务数据链和L波段战术数据链的多波束相控阵天线。铯星宇航相控阵天线如图2所示。

图2 铯星宇航相控阵天线

2023年6月，美国红线公司（Redwire）和加拿大MDA航天公司（MDA Space Ltd.）宣布分别获得42个Link16天线的合同。

2023年8月21日，美国太空发展局与约克空间系统、洛马公司（LM）和诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）三家公司签署了PWSA传输层第1批次（Transport1）的126颗卫星协议。

2024年9月17日，太空发展局继续推进其首批在轨卫星的通信能力，作为PWSA的一部分。两颗由SpaceX制造的启动期（Tranche0）跟踪层卫星展示了它们各自的光学激光通信终端之间能够维持两到三小时的链接。同时，约克空间系统有8颗传输层卫星在轨作为Tranche0的一部分，展示了其卫星上的光通信网络。后续计划是实现约克空间系统和SpaceX的卫星相互通信。当第1期（Tranche1）的126颗装备有Link16数据链的卫星部署完成后，可以实现跟踪卫星将迅速感应到在俄乌战争中使用的武器信息，并将数据传输给战斗人员。

03 优势与挑战

传统的卫星数据链，是将Link16数据链通过卫星来实现视距扩展，这种情况下通常只是将卫星作为一个信息中继器来用，存在如下问题：

1）Link16信号本身所携带的诸多态势信息（时间、位置等）就会丢失，或者因为卫星传输链路的高延迟而导致信息可用性大幅降低。

2）卫星的作用仅仅是“透明中继/转发”，而不做任何波形层面的处理。在这种情况下，由于卫星所连接的终端双方很难再实现精准的同步，因此Link16的最主要特征基于高速跳频的抗干扰能力大大降低。

所以，传统上Link16系统用以扩展其视距范围的Link16卫星中继手段实际上是以牺牲Link16的诸多传统优势为代价的。而且，采用这种方式并未解决实时联合作战能力，中继卫星仅仅实现了多个Link16烟囱之间的连接，而没有打破Link16的烟囱。借助于低轨星座低时延和全球覆盖特性，灵活的高性能软件定义架构通过对软件升级修改，以及低成本高性能相控阵天线技术，天然地具备高性能天基数据链的能力。

04 关键技术

频率兼容与规划

数据链的工作频率与民航机载应答机的工作频率有所重合。以美军为例，为确保民航班机的飞行安全，美联邦航空管理局历来反对在美国领空使用Link16战术数据链，美军此前多次测试也因此被推迟。为实施首次演示，美国太空发展局向美国国家电信与信息管理局申请在国际领空进行Link16战术数据链演示。

系统体系结构和网络管理技术

卫星数据链的军用性质，要求具有平均峰值低、短时延以及信道稳定性的特点。因此，需要在系统结构上进行整体的规划设计，对通信传输体制、访问控制方式、报文格式、传输协议等进行研究，使其具有较强的实时性、稳定性、抗干扰能力和环境适应能力。卫星数据链系统应能适应多样化的网络结构，包括网状、星型、环型、树型等拓扑结构，或者混合型网络结构，并且可动态组网。

卫星数据链消息及协议交换/处理技术

卫星数据链是通过数据信息的转发来实现不同地域、不同类型数据链之间的连接。接入某一数据链中的卫星链端机通过通信协议、消息格式、通信带宽的变换处理，将发送端数据链中的信息转换为适合于卫星数据链中传输的数据，通过卫星数据链传送到目的数据链中的端机，再通过相应的通信协议、消息格式、通信带宽的处理使其转换为接收端数据链中的数据报文，从而实现不同数据链之间信息的转发。因此，卫星数据链必须采用多种报文处理和交换处理技术，同时兼容各类星间和星地链路传输协议。

高效率性能天线

受限于低轨星座卫星重量和尺寸限制，需要高效率高性能天线，才能实现星载数据链。前期美国罗科尔公司（Roccor）已经研制出了一个可展开的L频段卫星天线，使卫星接收和传输Link16信号成为可能。罗科尔公司的Link16卫星天线为螺旋体（图3），有2m可展开的射频孔径，使用公司的狭缝管可展开复合动臂，该动臂已在其他3个卫星天线系统上成功进行演示。

图3 罗科尔公司可展开螺旋天线

高精度时间同步

低轨卫星相对于地面数据链终端具有通信距离远、运动速度快等特点，与现有Link16数据链不同的是，低轨道地球卫星（LEO）的接入扩展了通信距离的同时也带来了长传播时延的问题。现有Link16数据链的通信距离约为550km，信号的传播时延大约为1.83ms。LEO轨道高度通常在几百千米到数千千米之间，所需的传播时延一般超过10ms，而标准Link16的时隙长度为小于10ms。因此，需要采取相应时间同步措施，以实现对原有体制的兼容。

05 结束语

随着“星链”（Starlink）星座在俄乌战争中的出色表现，以及PWSA快速部署和试验，人们越发意识到低轨星座在现代战争中能够发挥越来越重要的作用。尤其是低轨星座天然有着低时延和全球覆盖的特点，基于其实现的数据链能够满足即时杀伤力快速闭合要求以及高超声速飞行器作战需求，必将极大提升数据链的打击时效和效率。

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