基本介紹
- 中文名：寬頻全球衛星
- 外文名：Wideband Global Satellite, WGS
- 開發國家：美國
- 作用：軍用通信
- 曾用名：寬頻填隙衛星
- 組成：空間段、地面段和用戶段
系統介紹,組成及功能,空間段,地面段,用戶段,發展歷程,技術特點,軍事套用,未來發展,
系統介紹
寬頻全球衛星(Wideband Global Satellite， WGS)系統是美國一種高容量軍用衛星通信系統該衛星以前叫 “寬頻填隙衛星”(Wideband Gapfiller Satellite.其縮寫也是WGS )。這是因為最初考慮到DSCS和更大容量系統之間存在縫隙，所以利用WGS來填補這個縫隙。WGS是由美國空軍和陸軍聯合投資開發的項目，目前包括至少6顆波音702衛星及相關的衛星和有效載荷控制設備等選項。另外還包括運營和後勤保障及訓練等能有效地覆蓋全球。
WGS用來填補現有通信衛星系統’‘國防通信衛星系統3 ( DSCS 3 )’‘和“全球廣播衛星系統(GBS)‘’與 “轉型衛星通信系統(TSAT)”之間的通信覆蓋間隙，是DSCS向先進寬頻系統(AWS)過渡的橋樑。
WGS計畫是美國國防部第一項近似商業衛星採購的計畫，充分利用了商用衛星技術和製造程式把有效載荷與商用衛星平台集成在一起大約95%的衛星元件使用商用現貨從而有效地節約了系統的採購成本。縮短了衛星設計、研製和發射時間。WGS計畫表明商業技術能夠提供可擔負得起軍用的通信系統。
組成及功能
WGS可分為空間段、地面段和用戶段。空間段包括多顆衛星；地面段主要用於控制衛星、傳輸和管理用戶業務，以及管理和控制通信資源；用戶段由各種用戶終端組成。
空間段
WGS空間部分最初由分別運行在太平洋、印度洋和大西洋地區上空的3顆對地靜止軌道(GEO)衛星組成。後來美軍計畫在2012年總共發射至少6顆WGS衛星其中後3顆是備份。前3顆WGS衛星上天后它們便可覆蓋全球。3顆WGS衛星分別定點在赤道上空60°E，175E和12W。另外WGS-4， 5，6與前3顆WGS有所不同.增加了無線電旁路能力.它能提供的數據率為311 M b/s，以便支持機載情報、監視與偵察平台。在該星座最終建成後將具有向全球美軍及盟軍提供網路通信的功能獲得完全的作戰力。
WGS將運行在對地靜止軌道.軌道周期約為24小時。WGS具有入軌子系統為入軌和執行任務裝載了充足的燃料。在壽命末期剩餘的燃料可以將衛星推入到比對地靜止軌道高300km的廢棄軌道。每顆WGS衛星發射重量約為5.9噸，功率13kW，設計壽命11.8年。它使用二元化學推進劑提高軌道高度，並使用氨離子推進劑清除軌道偏心距，以保持軌道姿態。在發射之前WGS可至少在地面存儲5年而不會影響在軌平均任務持續時間 (MMD)。入軌後即使沒有有效的指令鏈路衛星也能在沒有地面干涉的情況下至少運行30天，包括執行南-北和東一西位置保持的存儲指令。
WGS由美國波音公司製造每顆造價為3.5億美元。是美軍在軌服役通信衛星中性能最高的一顆它可通過雙向、點對點、多播及廣播的方式向作戰人員快速分發大量數據。它不僅容量大大增加.能以更高數據率向作戰人員提供信息而且運行十分靈活，可提供其他軍事衛星通信系統所不能提供的許多重要作戰特徵。
地面段
主要用於控制在軌的衛星包括監控衛星的健康狀況.提供通信系統的計畫和監測通信等。
WGS衛星控制可以通過X頻段和Ka頻段星地鏈路來完成由不同軍種的有關部門共同承擔其主要控制機構為陸軍寬頻衛星運行中心和空軍衛星運行中心。陸軍負責網路控制.主要依靠分布在世界各地的地面設施。地面控制部分主要利用現有的商用軟體及硬體設備如Raytheon公司的Eclipser"'遙測與指令系統。衛星運行控制則由空軍負責.使用一體化的指揮與控制系統 (CCS-C ）。CCS-C是正在開發的支持所有現在的與未來的軍用通信衛星星座的一體化指揮與控制系統，它將取代目前所使用的空軍衛星控制網路。
由於WGS衛星和地面控制系統比DSCS智慧型化程度更高，所以容易運行和維護大大降低了對人力需求和其他的全壽命期費用。它能自動識別問題並尋找產生問題的根源而無須操作人員告訴它如何調整自己。指令輸入方式也與現在使用的不同。命令都是預先設定好的，不必用手敲入。預先設定命令減少了衛星操控中人為失誤的風險，這意味著完成同樣工作只需更少的操作人員和更短的時間。在使用DSCS的時候.要專門設定兩個人確認每一條命令.但使用WGS的時候其命令會被自動檢查.操作人員可事先確認它們將如何執行。
用戶段
WGS能夠提供機載、艦載、車載和便攜終端與現有的控制系統和終端《DSCS和GBS系統的用戶終端)是兼容的.並且也能向上升級可以和現有的及新的X頻段的GBS終端互通。
預計2010年前，美國軍方將從多家公司訂購1700個WGS衛星的地面寬頻終端這些寬頻終端可在幾個頻帶使用。例如從Then公司為WGS採購了價值2200萬美元的新型Ka頻段地面終端KaSAT.這是一種輕型移動式戰術軍用衛星通信小型終端系統其上行鏈路頻率為30一31 GHz，下行鏈路頻率為20~21GHz從ITT工業公司採購了價值8900萬美元的50個Ka頻段地面終端及技術支持；從哈里斯(Harris)公司採購了200個輕型、大容量、高效能的地面4頻段終端，它可用於WGS， DSCS，未來的“先進寬頻系統“( Advanced Wideband SystemAWS）、商業衛星系統等衛星的通信業務。另外t在未來10年內美國陸軍還將採購軍用多頻段/多模式集成衛星終端(MIST)。它能提供高達幾兆每秒的移動通信容量。
總之WGS系統能滿足美軍更快速、更高效地獲取信息的需求提高了固定、機動和移動用戶的訪問容量。各種平台、陸海空部隊及其指揮官都能夠利用wcs進行快速、實時地信息訪問。
發展歷程
美國WGS計畫是1997年8月美國國防部提出的新一代寬頻通信衛星。目的是在新一代更先進的通信衛星系統投入套用之前，對美國空軍的DSCS和海軍的全球廣播業務《GBS)系統的工作進行補充和加強。
2001年1月美國國防部選定波音公司作為WGS系統的主承包商和總系統集成商之後波音公司與其他衛星通信業巨頭簽訂了子承包契約‘哈里斯(Harris )公司負責提供WGS通信地面終端、Ka頻段天線分系統，以及為衛星一地面終端接口校驗提供系統技術支持ITT工業公司負責衛星通信網路的管理與控制系統、有效載荷的控制部分的集成諾斯洛普·格魯曼公司負責WGS通信網路規劃軟體和系統安全工程：國際科學套用公司 ( SAIC )對WGS系統工程提供全面支持。
2008年末美國國防部長辦公室決定WGS系統星座由六顆衛星擴大到8顆衛星.國防部長辦公室確定未來需要讓星座保留8顆運行衛星。2009年國防部將購買WGS-7， WGS-8和WGS-9，預計在2010財年授出契約。2008年12月17日，空軍實施選項契約購買第六顆寬頻衛星。WGS-1已經在2007年10月由宇宙神一5火箭發射.WGS-2也於2009年4月由宇宙神一5火箭發射。空軍太空司令部(AFSPACE 1計畫在2009年7月使用德爾它一4火箭發射第三顆衛星WGS-3。當前已有6顆W GS衛星升空，第10顆衛星也已經採購。美軍還希望再採購2顆，形成由12顆衛星組成的星座，全面入軌要到2018年左右。
W GS系統是美軍貫徹漸進式、螺旋式、性能逐步提高採辦原則進行發展的典型計畫。該星座前3顆為基本型第一批次(BLOCK I)，已交付美國空軍使用；從第4顆衛星起為第二批次(BLOCK II )，增加了無線電旁路設備，頻寬將成倍增加；從第8顆起，系統還將進一步升級，增加新的數字信道選擇器，繼續提高衛星容量。
技術特點
W GS系統是美軍有史以來功率最大、容量最大的寬頻軍事通信衛星系統。一顆單星相當於現役DSCS-3的10倍。WGS衛星採用了諸多先進技術，能力水平有了顯著提高，一些新技術在軍用通信衛星領域尚為首次使用。
1. WGS是美軍容量最大的寬頻衛星通信系統
WGS衛星採用頻寬較大的超高頻(SHF)波段的X頻段與極高頻(EHF)波段的Ka頻段，通信容量為1.2-3.6吉比/秒，瞬時最高容量可達4.875吉比/秒，使其具備了語音、數據、圖像等多媒體信息高速率傳輸能力。該衛星將DSCS-3與3顆“特高頻後繼衛星”(UFO)載荷“全球廣播服務”(GBS)的功能合二為一，其中X頻段替代DSCS-3功能，為美國政府與軍隊首腦機關提供固定寬頻通信；Ka頻段替代UFO的GBS功能，為美軍提供視頻以及音頻廣播服務。
2.可控波束成型天線與數字信道選擇器提供靈活的聯通性
W GS衛星攜帶可形成點波束的相控陣與拋物面天線。WGS的13副天線中有12副可形成可控點波束，共形成19個可控點波束，具備向不同覆蓋區提供廣播和群播能力。數字信道選擇器是衛星上最關鍵的器件，其作用是將模擬信號轉化為數位訊號，並將衛星通信容量劃分成2.6兆赫的1872個子信道，然後對子信道進行信號交換和路由分配處理，使信號可從一個頻段互動聯通到另一個頻段，即X頻段上行鏈路可以連結Ka頻段下行鏈路，Ka頻段上行鏈路可以連結X頻段下行鏈路，為多頻段地面終端提供了極大的信息聯通靈活性，可連線位於任意區域且處於不同工作頻率的用戶，也可為星座測控提供非常有效靈活的上行鏈路頻譜監控能力。
3.衛星平台使用氨離子推進系統，有利於衛星軌道機動
WGS衛星採用了氖離子推進的波音BSS-702HP衛星平台，是首個採用氖離子推進系統的軍用通信衛星系統。氖離子推進系統的效率比常規的雙組元推進劑系統高10倍，4個25厘米的推進系統就可以在轉移軌道運行期間消除軌道離心率，有利於軌道機動與軌道維護。此外，WGS衛星的展開式散熱器可為有效載荷提供涼爽穩定的熱環境，從而提高部件的可靠性與穩定性。
軍事套用
WGS系統目前已投入作戰使用，初步顯示其為美軍視頻流、遠程會議、實時數據傳輸和高解析度成像等多媒體信息提供高速率通信。全系統運行後，將使美國和澳大利亞軍隊通信頻寬發生質的飛躍，就如同美國空軍寬頻衛星通信指揮官唐納德·羅賓斯指出的“使用寬頻全球衛星通信系統後，就等於從撥接進入了寬頻上網時代”。
1.在常規作戰中提供大容量高速率實時通信
WGS系統為美軍提供雙向X/Ka頻段寬頻通信、單向Ka頻段廣播業務。WGS首顆衛星剛發射半年就用於軍事行動，這是史無前例的。WGS曾為駐阿富汗、伊拉克和西南亞地區的美軍提供作戰通信支持。如為“全球鷹”偵察無人機、“捕食者”偵察一打擊一體化無人機提供安全、實時連結。3顆WGS衛星就能夠支持8架無人機進行通信。WGS系統第一批次的3顆衛星可以137兆比/秒速率同時傳輸數據，第二批次的前3顆衛星可將“全球鷹”無人偵察機的圖像傳輸速度由137兆比/秒提高到274兆比/秒。WGS還支持“戰術級作戰人員信息網”(W工N-T)聯通。WIN-T除了利用DSCS-3，還租用商用衛星Ku頻段進行網路聯通。WGS運行後，使W工N-T不再依賴商用通信衛星。WGS不僅為W工N-T提供保密的網路聯通，而且提供Ka頻段高頻寬“動中通”戰術通信能力，使W工N-T網路真正實現為野戰人員提供移動戰術通信。圖2為WGS系統的基本架構。
2.形成全球反恐作戰網，支持反恐統一軍事行動
“全球反恐作戰網”由東經174.8度的WGS-1、東經60.5度的W GS-2和東經21.5度的“歐洲通信衛星”W6商用通信衛星組成。覆蓋西起德國蘭德斯圖駐德美軍國防網路中心、東至韓國和夏威夷瓦西阿瓦的廣大地區。該網路為美軍無人作戰終端提供了安全數據鏈路。
3.將使澳大利亞等盟國通信能力獲得大幅提升
為解決澳大利亞軍隊在全球軍事行動和應急行動中衛星通信能力嚴重不足的問題，2007年11月澳大利亞與美國達成協定：美國允許澳大利亞在全球範圍使用WGS，而澳大利亞為美國第6顆WGS衛星出資。據報導，WGS已為澳大利亞軍隊提供了重要的通信服務。第9顆衛星升空後，將使加拿大、丹麥、盧森堡、荷蘭與紐西蘭等國的軍事通信能力獲得大幅度提升。
未來發展
WGS系統是美軍新一代寬頻軍事通信衛星，是美軍向軍事轉型邁進的第一步它將大大地提高國防部的軍事行動能力，加強情報收集和後勤保障能力。提高遠程視頻電話和語音服務能力改善地理空間圖像和戰場管理系統，是美軍軍事通信衛星能力實現數量級躍升的重要里程碑。
