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第七章_卫星通信系统解读.ppt 93页
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第七章卫星通信系统静止卫星的运行轨道与观察参数(1)静止卫星的发射?要使卫星进入运行轨道，必须依靠运载火箭。要想使卫星绕地球运转，还必须使卫星的初始速度大于8km/s。但单级火箭的速度只能达到2.5km/s，因此，发射静止卫星必须采用带有捆绑技术的三级火箭。捆绑技术就是把几支小火箭捆在大火箭的第一级上，用以提高发射的飞行速度，卫星装在第三级火箭的前端.?静止卫星观察参数图解【例1-1】“亚太一号”卫星的星下点s′的经度为φ2=138.00E(东经)，北京地球站的参数为?φ1=116.45E,?θ1=39.92°，求北京地球站的仰角、方位角和站星距。?解由已知条件得知：θ1=39.92°，经度差φ=φ2－φ1=138.00－116.45=21.55°?代入公式得仰角?Odyssey系统组成：空间段、地面段和用户单元3个部分Odyssey系统的空间段星座采用12颗高度约为10000km的卫星分布在倾斜55°的3个轨道平面上构成，使用L/S/Ka频段Odyssey系统地面段包括卫星管理中心、服务运作中心、地球站、关口站、地面网络Odyssey系统的用户单元最主要的用户单元是手机，它将采用双模式，可以同时在Odyssey系统及蜂窝网中使用，并可自动切换系统组成：卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成（1）铱（Iridium）系统简介①铱系统卫星星座的配置②铱星系统的通信链路③铱星系统的关口站关口站是控制用户终端接入并提供系统和公共交换电话网（PSTN）间接口的地球站④铱星系统的用户终端用户终端（ISU：IridiumSubscriberUnit）以便携式话音单元为基础，有手持机、车载终端和半固定终端3种不同产品（2）全球星（Globalstar）系统简介设计思想：利用LEO卫星组成一个连续覆盖全球的移动通信卫星系统，向世界各地提供话音、数据或传真、无线电定位业务系统组成：由空间段的卫星、地面段的关口站、星座控制设备和网络中心（NCC）以及用户终端组成5.卫星业务的频率分配(2)卫星通信的多址技术FDMA多址技术单址载波多址载波单路单载波（SCPC）TDMA多址技术CDMA多址技术§7.2卫星通信中的微波系统卫星通信4.卫星通信电波传播的特点①全球波束天线：波束宽度约为17°～18°,增益15－18dB,一般通信用途；②点波束天线：其波束比全球波束窄得多，故增益较高，但其辐射的区域比全球波束小得多。③区域波束天线：如果地面要求覆盖的区域形状不规则，就要用区域波束天线，也称赋形波束天线。　　其覆盖区域可通过修改天线反射器的形状或使用多个馈源从不同方向照射天线反射器，由反射器产生多个波束的组合来实现。各种波束覆盖示意图卫星天线系统示意图2.地球站的组成如图所示的为国际卫星通信频分多址方式A型标准地球站的组成方框图，主要由天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、通信控制分系统、信道终端设备分系统和电源分系统6个分系统组成。1）对地球站的技术要求?一般来说，对地球站应有以下几方面的要求。①发送的信号应是宽频带、稳定、大功率的信号，能接收由卫星转发器转发来的微弱信号。②可以传输多路电话、电报、传真，以及高速数据、电视等多种业务的信号。?③性能稳定、可靠，维护、使用方便。?④建设成本和维护费用不应太高。（2）有效辐射功率及其稳定度为了保证所传送信号的质量，要求地球站的发射机能够发射较大的功率，一般为几百瓦～十几千瓦，而且要求所发射的射频信号功率非常稳定，否则会造成卫星转发器的功放内交调分量增大，波动应小于0.5dB。（1）地球站的性能指标——品质因数（G/T）G/T是地球站接收天线的增益G与地球站接收系统的等效噪声温度T的比值，它表征了地球站对微弱信号的接收能力，称为地球站的品质因数。（4）射频能量的扩散为减小交调干扰，必须对地球站在负载轻（即通话数少）的时候所发射的射频频谱能量密度加以限制。（3）射频频率的稳定度地球站所发射的射频信号的频率必须很精确，如果有较大漂移，不但要影响卫星转发器频带的有效利用，还会在卫星转发器中产生交调噪声。话音信号是在150KHz内，图像在250KHz内。（5）干扰波辐射的限制为防止干扰波对卫星转发器和其他微波通信系统形成干扰，规定地球站因多载波引起的交调干扰及带外总的有效全向幅射功率应小于限定值。2）地球站天线馈线系统的组成下图所示的为地球站的天线馈线系统方框图。它与视距微波通信天馈线系统相比，显然多了一套天线跟踪卫星的系统，即地球站天线的轴要始终对准卫星方向。地球站天线馈线系统的组成3)发射机分系统由于发射卫星条件的限制，卫星转发器天线的口径和增益不能太大。发射机分系统由上变频器、自动功率控制电路、发射波合成装置、激励器和大功率放大器等组成。地球站发射机分系统的主要要求：①发射的功率大。
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来源：搜狐军事
作者：知远 沐俭
原标题：美军未来军事卫星通信系统
图为地球同步转移轨道的发射成本。
图为国防预算周期。
图为交织电文范例。
图为军事卫星通信系统风险矩阵。
图为马其诺防线及德军入侵法国路线图。
图为上行和下行干扰示例。
图为四星星座之间的交联示例。
图为位于夏威夷的瓦希阿瓦通信站。
图为最初计划与当前计划成本对比。
　　美国智库“战略和预算评估中心”（CSBA）近期刊登了资深研究员托德&哈里森的研究文章《美军未来军事卫星通信系统》，对未来美军军事卫星通信系统可能面临的威胁、挑战、结构、作用和选择进行了分析并提出六条建议。文章认为，军事卫星通信系统是所有其它武器系统的基础设施，但美军面临着需求与资金短缺之间的挑战，军方在发展未来卫星通信系统时要充分权衡利弊并做取舍。
　　在冷战期间的大部分时间里，太空就是美军的避难所。当时美国的太空系统主要用来支援战略任务，如导弹预警、情报、核指挥与控制以及美国和苏联之间的战略平衡。但自从冷战结束以后，太空开始变得拥挤和充满竞争。如今有40多个国家拥有或在使用卫星，而几乎所有国家都在使用太空民用技术，如气象预报和导航。1991年的海湾战争标志着美军太空系统使用的重大转变。这场战争还证实了太空能力的价值，如精确制导、授时和卫星通信，使常规武器系统变成了所谓的“由太空支撑的侦察打击综合体” 。
　　自从冷战结束以来，我们一直以为太空域不会受到传统冲突的攻击。这种想法的后果之一就是美国的太空系统、尤其是军事卫星通信(MILSATCOM)系统，在传统战争中很容易受到攻击。军事卫星通信系统容易受到物理攻击（动能和非动能攻击）、电子攻击（干扰）和网络攻击。潜在对手并不像美国那样过分依赖太空，因而也没有相应的弱点，从而使传统威胁成为太空中的一个难题。此外，美军过分依赖基于太空的能力来实施全球兵力投送还意味着，反太空能力或许将在敌手的反介入和区域拒止（A2/AD）作战中占据突出位置。在其它国家看来，美军的太空系统就是武器系统，太空就是或将是充满竞争的战场。
　　下代军事卫星通信结构应优先考虑如何适应竞争日趋激烈的环境，同时也要考虑可承受性。就像容易受到物理、电磁和网络攻击一样，军事卫星通信系统也容易受到成本超支、资金难以保障以及其它可能妨碍卫星上天的程序因素的影响。军事卫星通信的采办有着技术上的复杂性，其研制和生产时间较长并且采购数量相对较少。这些因素相互影响并形成了所谓的“太空采办恶性循环”。高成本导致了小型星座和较长的生产时间；小型星座则要求每颗卫星需要压缩进更多的性能；将更多性能压缩进每颗卫星则要求更高的技术复杂性，从而导致了更高的成本和更长的生产周期 。
　　军事卫星通信所有项目的同步发展也十分重要，因为所有三个部分（太空、终端和控制）对于系统的运行都是必要的。这些部分相互之间完成的时机也很重要，因为卫星的在轨寿命是有限的――地面站的运行需要耗费燃料，卫星零部件在太空严酷的环境中会不断磨损，技术也会随着时间的推移而过时。当整个系统中的某个部分因为资金短缺或研制问题而未能如期完成，那么其它部分就可能会被迫修改时间表。更为复杂的是，这些项目以及军事卫星通信系统所需之相关预算是分布于各军种之中的，从而使得这些相互依赖的项目变得十分棘手。
　　美国国防部对于下代军事卫星通信构架制定了多个方案以应对竞争越来越激烈的太空环境和预算紧缺这两大挑战。其中一个方案是改进被动防御能力，使系统能在受到不同形式的攻击时仍然能够存活和运行。抗核加固、数据加密、交叉存取、跳频扩频(FHSS)和卫星交联等都是被动防御形式。相反，主动防御就是在攻击影响到通信之前对其进行拦截和干扰，并主要对物理威胁做出反应。主动防御的例子包括在卫星上增添反击能力、部署护航卫星或通过地面部队寻找和消除攻击源等。不过，采取反击或护航卫星方式在成功拦截后将产生轨道碎片，从而对其它太空系统构成长期威胁。
　　主动和被动两种防御形式都会增加成本和复杂性。同整个系统的成本的相比，与数据加密和跳频相关的成本相对较小，因为所涉及的多半是软件或有效载荷，对于卫星的设计没什么改变。主动防御，如反击能力，将对军事卫星通信系统的成本有较大增加，因为这需要对较大卫星平台进行整合，或通过较小有效载荷来弥补主动防御所需之更大的体积、重量和功率。尤其是在反击和护航卫星防御方面，攻击方将在成本方面占据优势，因为制造反卫星（ASAT）武器的成本要比部署反击或护送卫星的成本低得多。
　　另一种保护军事卫星通信系统的方法是通过分离、分散和扩散来让攻击方难以定位系统。在分离或分散式结构中，每颗卫星或有效载荷的体积较小，能力也更小，而且（在理论上）也更便宜，尽管由于发射成本高和更多卫星平台的发射而使整个星座的成本有所增加。星座扩散的成本肯定会更高，因为需要部署更多相同的卫星。所有这三种方式可让星座提高损失单颗卫星的承受能力，因为每颗卫星只占整体能力的一小部分。这会使敌人的攻击计划变得更为复杂，迫使他们瞄准和攻击更多卫星才能取得同样的效果，但这种方法对于具备大量反卫星弹药的敌人来说可能不是太大的问题。攻击方将占有成本优势，因为反卫星武器的成本大大低于部署卫星的成本。然而，虽然攻击方占有成本优势，但鉴于攻击多颗卫星会造成长期的、全球性太空碎片，他们并不一定愿意发动大规模的太空攻击。
　　其中一个分散或分离太空系统的办法是采取以有效载荷为中心的采办模式，即根据有效载荷的能力来配置卫星平台。作为向亚太地区再平衡战略的一部分，美国可以与日本、韩国和澳大利亚合作，在他们的卫星上搭载受保护的“先进极高频”（AEHF）载荷，作为交换他们可有限使用全球“先进极高频”星座。对于盟国而言，这将提高他们与美国的互通能力，以较低成本使用全球星座而不是自己去发展相同的能力。对于对手而言，这将极大增加攻击的难度，因为攻击一个搭载载荷（无论是物理、电磁或网络攻击）就意味着攻击所有合作国的网络，从而面临着危机横向升级的风险。
　　第三种解决军事卫星通信系统弱点的办法是让系统在受到攻击后更容易替换。军方可以额外准备一些有效载荷或卫星，在太空资产受到攻击时马上替换，在地面站受到损坏或摧毁时用移动式通信站和卫星控制设施来快速替换。在受到小规模、短时间的攻击后尽快替换卫星或许是一个可行的选择，尽管可能需要几周或几个月的时间来将备用卫星安装到运载火箭上、发射升空并将其送入预定轨道。在敌方对美国卫星频频发动攻击的较为持久的冲突中，要持续不断地替换卫星恐怕成本太高。如果敌方每次攻击的边际成本大大低于美国替换卫星或载荷的边际成本的话，那么美国在这种成本战略中就站在了错误的一边。此外，所储存的卫星或载荷在持久的冲突中也会很快用完。即便有生产线维持生产，制造卫星或载荷也需要数月甚至数年的时间。
　　第四种缓解军事卫星通信系统弱点的办法是找到备用通信手段。租用商用卫星通信系统具有很多优点，如方便灵活，可根据需要来扩大或减少容量，但这些系统基本上没有抵御物理、电子和网络攻击的能力，而且可以被国外实体所拥有或运营。也可通过空中通信层来提供高容量通信，从而在一地区内对卫星通信系统形成补充甚至代替卫星通信系统。如果使载荷具备一些上述被动防护能力，如跳频扩频（FHSS）、星上处理、交叉和加密等技术，那么空中通信层也能对抗电子和网络攻击。但是，用来提供空中通信层的飞机只能在安全的空域内飞行。这种飞机属于高发射源，很容易受到敌防空系统的攻击。
　　地面无线电通信系统（如无线电发射塔）对于通信距离相对较近的用户来说是一种可行的选择。虽然地面通信系统也可使用同样的防护手段来对抗干扰和网络攻击，但这些系统也需要一个相对安全的地面环境来部署和使用。用户必须要能进入某个区域并位于地面站或另一个用户的视线之内。
　　替代军事卫星通信系统的另一个选择是改变系统运行方式，减少它们的通信需求。例如，无人机可通过较强大的机载能力来自动分析传感器数据，只是将极为重要的数据传输到地面进行分析。当通信系统会受到干扰、或平台想避开探测而停止工作、之后在通信系统恢复工作后再传输数据时，保存并转发方式在对抗性环境中也是可行的。总体上，对于在反介入/区域拒止环境中实施远程作战的机动平台而言，能替代军事卫星通信系统的可行性手段并不多。
　　为减少军事卫星通信系统受到敌攻击的弱点而提出的这四种备用方案并非全部或相互排斥。这些方案的价值和优先排序也因军事卫星通信系统用户的不同而各异，这些方案对于某些用户群是有用还是无用，这将取决于他们的作战需求。
　　在资源紧缺的形势下，需要对不同的军事卫星通信系统用户的风险平衡加以调整。需要考虑下一代军事通信卫星系统的三大用户群是全球监视与打击（GSS）部队、特种作战部队（SOF）和战略部队。虽然这些任务领域并未囊括美军的全部作战能力，但它们是最优先的任务，因为美军正寻求从过去十年来的伊拉克和阿富汗维稳作战行动向应对太平洋的反介入/区域拒止威胁转变。
　　提高卫星的被动防御能力对于这三个任务领域来说是保护系统免受电子和网络攻击的很好选择。分散、分离或扩散卫星通信系统对于全球监视与打击和战略任务领域来说是保护系统不受物理攻击的最好办法，尽管这些办法可能成本太高，除非能大大降低每颗卫星的成本。对于这些任务领域来说，使卫星系统更容易替换并非是一种可行选择，因为如果是短暂的冲突，那么发射替换卫星所需准备时间太长，若是一场持久的冲突，那么储备的卫星将会用尽。诸如商用卫星、空中通信层、地面无线电和星上储存和转送等替代手段也不可行，因为全球监视与打击、特种作战和战略部队都必须在对抗性环境中实施全球性时效作战。
　　未来卫星系统的挑战是平衡成本与风险，使所有军事卫星通信系统用户都得到相当程度的保护――即：不留下任何防御死角。根据军事卫星通信系统可能面临的威胁、可能出现的预算削减和可行性选择，我们提出了六条建议来满足作战部队需求：
　　1）本研究力荐将两层军事卫星通信结构（保密和非保密）向三层结构模式转变。在三层结构模式中，最高保密级专门为战略用户服务，而且目前的保密系统的项目记录不会发生什么变化。可以建立一个新的中级保密层来将低保密层扩大到更多战术用户。资金来源可从非保密卫星通信项目中匀出，用较低成本通过搭载受保护载荷来扩大容量。低保密结构可留给所有其它非重要通信业务使用，将其当作一种服务而不是系统来使用。
　　2）第二条建议是在太空方领域向太平洋转移重心，邀请诸如日本、澳大利亚和韩国等主要盟国来加入中层结构。这些合作国家可以分担载荷保密的额外成本，作为回报可分得一定比率的全球星座份额。尽管有着各种政治和军事问题需要解决，但将亚太盟国纳入中层结构可极大提高美国与盟国之间的互通性，提高盟国在竞争更激烈的环境中的独立作战能力。此外，这样还能打乱潜在敌人的攻击计划，因为攻击这些受保护卫星或搭载载荷就相当于攻击所有参与这一网络的合作国，具有横向扩大冲突的风险。
　　3）在发展下代卫星通信系统方面美国应避免陷入战略成本陷阱。例如，如果美国寻求发展反击或卫星护送能力，那么敌人可以仅仅通过发展更多反卫星武器来增加美国的成本，迫使美军在反击能力方面进行更多投入。同样，如果美国卫星在受到攻击时用新的卫星快速替换，那么敌人可以发展更多反卫星武器，从而迫使美军购买更多替换卫星。美国国防部可以通过操纵更有利的竞争方向来避免掉入战略陷阱。国防部可以提高攻击反卫星威胁的能力而不是发展反击能力或替换系统。美国还可以通过将更多盟国纳入军事太空计划和在盟国的卫星上搭载有效载荷的方式来增加敌攻击这些太空系统的后果。
　　4）“转型性卫星通信系统”（TSAT）失败的教训之一就是新项目中固有的风险。美国空军应利用目前的项目，即：“先进极高频”（AEHF）系统，来建立新的能力，而不是发起新的项目来填补因“转型性卫星通信系统”失败而留下的空缺。重新开启要求文件和通过签订新合同来开始发展新能力的诱惑是强烈的。为减少这种诱惑，应裁减现有项目办公室人员以限制那些想要改变要求的人数。裁员也能让承包商降低间接成本，因为他们不需要指派太多人员来与项目办公室人员洽谈了。
　　5）另一个降低成本和风险的方法是适当利用竞争。对于那些不需要新的发展、有多家承包商参与生产国防部所需产品（如运载火箭和卫星平台）的项目，引进竞争机制是降低成本、改进性能和刺激革新最有效的手段。但对于只有一个承包商在为国防部产生的产品，那就让一家承包商来生产，这样尽管不够理想，但也总比出钱来让第二个承包商建立多余的生产线这种人为的竞争机制要省钱。毕竟，不是自然地出自市场力量的竞争是不健康的，政府也得不到成本效益。
　　6）最后一条建议是由一个军种来统一负责军事卫星通信计划、预算和运作。空军是担任此责的最佳人选，因为空军已经管理着大部分军事卫星通信事业。其它军种可将军事卫星通信项目计划、操作单位及其相关预算转移到空军。这种合并可以理顺军事卫星通信系统的管理权和预算分配，减少各军种间的重复建设和间接成本，使空军能更好控制军事卫星通信计划的协调性。
　　如果美军要像《2012年国防战略指针》所阐述的那样，在反介入/区域拒止能力面前仍能实施介入战略，那么国防部就必须要让其太空系统能在竞争更激烈的环境中运行 。如果下代太空系统针对的是错误的威胁，或是采办计划因成本过高和延期而失败，那么失去太空的一天很快就会转变成无太空优势的十年。军事卫星通信系统是核心基础设施，在此基础上其它武器系统才能发挥作用。太空和通信领域的竞争越来越激烈，但很多战术用户还在使用受到很少保护或根本没有保护的系统。然而，在预算紧缩的形势下，出于成本原因不可能通过启动新项目或维持现状来提高军事卫星通信的保护能力。国防部要想弥补所需能力与资金短缺之间的差距，就必须对发展下代军事卫星通信系统再仔细斟酌并作出某些艰难的让步。
　　太空已不再是美军的避难所。在上世纪六十和七十年代，美国和苏联支配着太空的使用权，在两个太空大国之间出现了一种战略均衡 。这种均衡一直持续到了冷战之后，乃至其它国家开始发展自己的太空计划，而且太空的商业利用已开始兴旺起来。然而，自从冷战结束以后，太空领域开始变得越来越拥挤。如今，有40多个国家拥有或使用卫星，几乎所有国家都将太空技术运用于民用领域，如天气预报和精确导航 。美国太空司令部对轨道上的1000多颗卫星和21000个其它人造物体（其中多为太空碎片）保持着跟踪 。这些在轨卫星有60%是用于通信，而且大多数都是商用卫星 。
　　随着太空探索国和私企数量的增加，太空领域的竞争也日益激烈。一些国家看到了太空系统给美军带来的独特优势，并发展自己的太空能力来在太空挑战美国。这方面最为明显的例子是中国于2007年成功试射了反卫星（ASAT）武器，在低地轨道（LEO）摧毁了一枚废弃的气象卫星 。此外，电子攻击、网络攻击和对太空系统使用的地面设施发动的攻击也越来越引起关注，因为这种攻击的技术门槛较低，攻击者较为隐蔽，其技术也更容易扩散。
　　天基能力的作用
　　随着太空领域变得越来越拥挤、竞争越来越激烈，美军利用太空的方式也在发生变化。在冷战的大部分时间里，太空系统主要用来支援战略任务，如导弹预警、情报搜集和核指挥与控制。支援战术任务即使不是一种事后的想法，也是属于次要的选择 。然而，1991年的海湾战争标志着天基能力使用方面的重大转变，这种能力被用于支援常规作战部队。在海湾战争中，天基能力，如精确导航、授时和通信，被融合到了武器系统里。这种融合形成了一种新能力，有人将其称之为“天基侦察打击综合体” 。
　　如今，美军依靠天基系统来为许多核心能力提供支援。太空系统可以搜集成像情报，通过截获电磁信号来在全球范围内持续提供情报、监视和侦察（ISR）支援。全球定位系统（GPS）为广泛的军、民用户提供着精确导航和授时服务。卫星还可用于导弹来袭预警和天气预报。美国空军太空司令部前高级军官罗伯特&布特沃兹（Robert Butterworth）说道，“技术使太空不断延伸到了战争领域，而潜在敌人则在发展可将战争延伸到太空领域的能力” 。军队越来越多地依赖天基能力，太空域也变得越来越拥挤、竞争越来越激烈，但军事太空系统却没有跟上这些变化的步伐 。
　　美国没有充分认识和解决军事太空系统缺陷的部分原因是对太空军事化和武器化的旷日持久的辩论。由于包括通信卫星在内的太空系统已成为美国全球力量投送能力的一部分，太空其实已经是军事化了――也就是说，军方已经认识到了使用太空资产所带来的价值和好处 。此外，这些能力及其以所产生的效果为美国创造出了如此巨大的优势，以致军事太空系统已成为一种有效的武器系统，哪怕是这些系统在表面上并未武器化。那种认为军事太空系统不是武器的观点无异于说M-16不是自动步枪，而只不过是一种发射弹药的支撑能力。这种观点淡化了太空的军事用途以及它所呈现的对潜在敌人颇具吸引力的目标。在其它国家看来，美国的军事太空系统就是武器系统，太空可以成为或将成为各国争夺的战争领域。
　　然而，太空系统又不同于许多其它武器系统，因为太空系统无法简单地与敌方武器系统进行比较并以此来确定哪个国家更具优势。例如，拥有更多更好的坦克或许可在地面战中占据优势。但这一逻辑在太空领域不一定适用。军事太空系统是全球设施的一部分，它能提高核心作战能力，如精确打击和全球兵力投送能力。美国可能比某些对手拥有更多、更先进的卫星，但这并不意味着美国具备足够的太空能力来支援其作战部队。军事太空系统的价值最终将体现在它们如何来帮助一个国家赢得战争。美国并不需要具备比潜在敌人更大的太空能力。美国需要的是通过可靠、灵活的太空能力来使其它武器系统变得比敌人的更强大。正如布特沃兹所说的，“太空力量所要做的将取决于美军怎样来制定战争计划，而不是看其它国家将制造什么和发射什么” 。所以，对卫星的数量和类型进行直接比较并非衡量太空军事竞争能力强大与否的合理标准。重要的是这些卫星支援其它领域的作战力量的能力和这些系统所面临的威胁。
　　虽然越来越拥挤和竞争日趋激烈的太空领域也是所有军事太空系统所面临的挑战，但本文主要通过对军事卫星通信(MILSATCOM)系统的研究来分析不断变化的威胁环境是如何影响下代系统所需之能力的。和其它军事太空系统一样，军事卫星通信系统提供了其它武器系统所需之核心基础设施服务。所有层次的作战力量都要依靠军事卫星通信系统来在海、陆、空领域提供可靠的全球通信支援。此外，军队对军事卫星通信系统的使用也在成倍增长。例如，在1991年海湾战争期间，一支约50人的部署部队对军事卫星通信系统的需求峰值约为100兆比特/秒。八年后，北约在塞尔维亚的“盟军行动”期间，单是美军就用掉了250兆比特/秒的卫星带宽。在2003年的“自由伊拉克行动”开始之时，数量上还不到第一次海湾战争时一半的部署部队对军事卫星通信需求却上升到了2400 兆比特/秒 。
　　目前军事卫星通信结构
　　目前的军事卫星通信结构由军方操控的三种系统组成，即：宽带、窄带和受保护系统。宽带系统具备高数据率数据和视频传输能力（达到和超过274 兆比特/秒） 。美军目前拥有两个主要宽带卫星星座，即较早的X波段“国防卫星通信系统”（DSCS）和较新的“宽带全球卫星通信”（WGS）系统，所使用的是X和Ku两种波段。美军还从商用宽带卫星（如国际通信卫星）上租用了转发器来对两个军事卫星系统进行补充。据估计，美国国防部80%的卫星通信需求由商用卫星系统来满足 。
　　窄带系统通过超高频为移动用户提供音频和低数据率（284 兆比特/秒）通信服务 。目前用于窄带通信的主要军事通信系统是早期的“超高频后续”（UFO）星座。下代窄带星座的首颗卫星，即“移动用户目标系统”（MUOS），已于2012年发射。另外四颗卫星已列入计划，包括一颗在轨备用卫星。美军也从一些商业卫星公司（如铱星公司）租用了商用窄带服务。
　　受保护军事卫星通信系统具备保密安全的通信能力，难以侦测、截获和干扰并在一定程度上能克服核爆炸所带来的大气影响。受保护系统哪怕是在受到灾难性攻击时也能为战略部队提供通信服务，使战术用户具备高度可靠和安全的通信手段。
　　美国目前拥有两个极高频（EHF）受保护通信星座。一个是早期的“军事星”（Milstar）星座，具备1.5兆比特/秒数据率；另一个是近期发射的“先进极高频”（AEHF）星座，其数据率为8.2兆比特/秒 。这两个星座得到了“临时极地系统”（IPS）的补充，这是由两颗在极地轨道上运行的卫星组成的星座，可覆盖北纬65度以上的区域 。为减少对易受攻击的地面站的依赖，“军事星”和““先进极高频”星座通过卫星间链接将数据从一颗卫星直接传送到另一颗卫星而不通过地面站。
　　军事卫星通信结构还包括控制部分和终端部分。控制部分由地面站和辅助设施组成，辅助设施控制着卫星平台（即：保持正常轨道）和有效载荷（即：向各用户协调和分配卫星资源）。终端部分包括通过卫星进行通信联络的终端用户装置（即：无线电通信装置）。终端部分可以是移动的也可以是固定的，可以同其它武器系统整合。终端系统虽然单价价格并不贵，但装备数量大，因而在整个系统成本中占了相当大的比率。例如，“超高频后续”（UFO）系统目前已装备了67000个终端机（及50多种不同型号的终端机） 。
　　太空战略选择
　　目前，军事卫星通信正处于一个岔路口。“转型性卫星通信系统”（TSAT）原计划是要构建未来宽带和受保护通信系统的。自从该计划于2009年终止后就再没有启动新的军事卫星通信计划。目前的计划是继续购买更多“宽带全球卫星通信”（WGS）、“先进极高频”（AEHF）和“移动用户目标系统”（MUOS）卫星来维持现有星座，同时军方将重新审查其未来计划。就在军方考虑其选择的同时，对卫星通信的需求量也在持续增加，并且目前卫星通信结构存在的缺陷仍然得不到解决。由于研制和装备军事卫星通信系统需要很长时间，在未来几年内军方所作的决定――无论是继续购进现有系统还是发展新的卫星通信系统――都将决定着未来几十年作战部队将具备的作战能力。
　　当“转型性卫星通信系统”计划终止以后，当时的国防部长罗伯特&盖茨便敦促军方“从99%的精致服务型平台转向寻求80%的解决方案，也就是能按时、按预算和大批量生产的多种服务方案” 。太空系统所面临的威胁在不断增加，而下代军事卫星通信结构则无法实现“转型性卫星通信系统”计划所寻求的“99%”的精致方案。但是，“80%”的方案不应当被理解为目前系统具备80%的可靠性能力。“80%”的方案应当是在成本、时间表和性能之间进行合理调整后能为作战部队提供最大价值的方案。
　　美军在太空领域需要作出重要的战略选择，即：在竞争日趋激烈的太空环境中是否应优先发展能对抗军事卫星通信系统所面临的威胁的能力？在预算减少的情况下，这就需要在其它方面做出牺牲，如军事卫星通信系统的整体能力。本报告将对国防部选择在竞争激烈的太空环境中发展下代军事卫星通信结构时所面临的挑战和机遇进行分析。第一章分析了军事卫星通信系统所面临的物理、电子和网络威胁。第二章就这些系统在资金短缺环境中所面临的程序威胁进行了讨论。第三章提出了应对这两种挑战的方法（技术、程序和操作）。第四章以三个任务领域为例对这些方法进行了评估，这三个任务领域就是全球监视与打击、特种作战和战略力量。最后根据美军所面临的战略选择及其未来作战方式就未来军事卫星通信结构提出一些建议。
　　第一章 太空系统面临的威胁
　　一、太空中的马其诺防线
　　1930年1月，法国陆军部长安德烈&马其诺在下院发表讲话时说道，“无论采取什么新的战争形式，无论是使用空军、毒气还是现代战争不同的攻击程序，最重要的是防止敌军入侵我们的领土” 。马其诺说服了他的国人，开始了一个雄心勃勃的工程，沿法德边境修建一条防御工事网以防入侵。他所构思的这一条工事――也就是所谓的马其诺防线――在当时算得上是一个宏伟的工程壮举。该工事的主体部分，也是该工程的杰作，被埋在山岳和山脊之下约100英尺的地方，并有地铁相连接以便运送部队和供给物资，而且计划能维持三个月。为防第一次世界大战时曾使用过的化学武器，法国还专门设计了空气过滤系统来防止部队受到毒气的攻击 。
　　马其诺防线是个令人骄傲的技术成就，而且它的确起到了抵御德军穿过阿尔萨斯和洛林地区直接入侵法国的作用。但是，德军还是于1940年轻松地攻入了巴黎。德军知道法国在德法边境沿线修建的防线很难突破，于是便避开马其诺防线，通过比利时和卢森堡迂回攻入了法国。就像鲁道夫&切明斯基（Rudolph Chelminski）所说的，“马其诺防线的缺陷不仅是操作上的失误，而且其倡导者们也没有预料到仅仅在二十年的时间里战争形式会有如此大的变化” 。马其诺防线的案例表明，一支军队可以为一种类型的威胁做好充足的准备，但到头来则很容易受到另一种威胁的攻击。
　　美国目前就是在冒修建太空马其诺防线的风险。在冷战的大部分时间里，太空系统主要为战略冲突而设计。战争延伸到太空被认为是不太可能，或最多只会成为美苏两国开始大规模核战争的前奏。从这一角度来看，太空系统――尤其是军事卫星通信系统――所需之防护类型是能在核打击下存活下来 。此外，也不是所有军事卫星通信系统都要能抗核打击――只有用于核指挥与控制系统的卫星才需要具备这一能力。
　　有一种不言而喻的想法是，在常规战争中核威慑能发挥作用，太空系统不会受到攻击。这种冷战后思维的后果之一就是，美国的太空系统，尤其是军事卫星通信系统，在常规冲突中存在着严重的缺陷。潜在对手则没有这类的缺陷，因为没有哪个国家的军队像美军那样严重依赖太空系统。这种不对称使传统的威慑在太空中成了一个难题。就像当初德国违反国际准则，通过比利时和卢森堡攻击法国一样，未来的敌人也可能利用美国的弱点，违反国际准则在太空领域发动攻击。
　　由于美军要靠天基能力来保证全球兵力投送，敌人就可能将反太空作战用作阻止美军进入战略重要区域的主要手段。反介入和区域拒止(A2/AD)作战就是为限制美军向某个区域投送兵力而设计的。2013年美国国防部向国会递交的中国军力报告指出，中国人民解放军正在发展“能在反介入和区域拒止作战中起关键支撑作用的反太空能力”。该报告断言（没有提出具体来源）：
　　“中国人民解放军的文章强调要&摧毁、破坏和干扰敌侦察和通信卫星&，提出将这类系统以及导航和早期预警卫星纳入攻击目标范围，&使敌人变瞎变聋&。解放军通过对美国及其盟国军队的作战分析后认为，&摧毁或俘获卫星和其它传感器&&可使敌手在战场上丧失主动权并使他们的精确制导武器难以发挥作用” 。
　　在冷战期间，由于卫星发射的高成本以及除核战争外卫星几乎不会面临什么威胁，将军事卫星通信能力集中在少数几颗卫星上是可以的。但这种旧系统一直延续到了现在的星座，而且没有考虑到在反介入和区域拒止环境中的反太空作战的重要性。本章找出了军事卫星通信系统的缺陷并将它们分为三类威胁，即：物理攻击、电子攻击和网络攻击。
　　（一）物理攻击
　　军事卫星通信系统很容易受到几种不同形式的物理攻击。动能攻击就是通过使用反卫星武器来打击卫星或在卫星附近引爆弹头来摧毁卫星。2007年中国试射了一枚直接攻击型反卫星武器并成功击毁了中国自己的一颗低地轨道卫星 。美国也如法炮制，于2008年用一枚“标准-3”（SM-3）型导弹（在更低的高度）拦截并摧毁了一颗原计划在几天内重返大气层的美国失效的军事卫星 。核武器也可用作攻击卫星的动能武器，在太空或高空引爆核武器也可在物理上摧毁卫星或损坏卫星的电子系统。卫星也会受到同轨威胁，可将一颗在轨卫星有意机动到另一颗卫星轨道上去撞毁该卫星。除美国外，印度、俄罗斯、中国和日本都具备了制造和发射用于此目的的小型卫星的必要技术，其它国家也会发展这一技术 。还可使用太空雷来悄无声息地跟踪目标卫星并在接到指令后引爆炸药 。
　　动能武器攻击会给所攻击的卫星系统带来灾难性后果，使这些系统完全和永远丧失功能。此外，动能武器攻击还会产生太空碎片，对未直接卷入冲突的其它国家和公司的卫星造成影响。例如，中国于2007年进行的反卫星试验所产生的碎片在美国太空司令部跟踪到的22000个人造物体中占14%――约3000块太空碎片大到足以进行跟踪 。若用核武器进行太空攻击，那么其巨大的辐射所产生的影响将远远超出所攻击的卫星系统本身 。总体上，使用动能武器的破坏性很大，其后果不可逆转而且有很高的附带损害风险。因此，在太空中使用这类武器很可能会被看作是冲突的升级。
　　非动能物理攻击武器可暂时或部分削弱卫星的功能，也不容易产生太空碎片。诸如激光和大功率微波系统等定向能武器可更快地（在几秒钟内）瞄准太空系统，所产生的影响也并非那么直接和明显。例如，高能激光可用来损坏卫星关键部件，如太阳能电池板和传感器。但需要使用光束质量高、稳定性和瞄准性强的兆瓦级激光――这种高成本技术不是谁都可以掌握的 。然而，2006年9月有报报道说中国使用地面激光照射美国的卫星，企图“致盲”美国卫星，这说明这一技术虽然先进但也不是不可触及的 。
　　卫星并不是军事卫星通信系统中唯一可能受到物理攻击的部分。除了攻击轨道上的卫星外，敌人也可以通过攻击卫星地面站来取得相同的效果。地面站或许更容易受到攻击，因为地面站的目标更为明显，其位置可以是国外而且属于软目标。例如，通信站（见图2）是军事卫星通信用户重要的数据中继站。像“宽带全球卫星”这样的宽带系统，来自前方用户的数据常常通过卫星发送到通信站，从这里再通过另一颗卫星或光纤传送给世界各地的用户。“移动用户目标”窄带系统用户更为依赖地面站，因为所有通信都必须通过地面控制中心，即便是这两种用户都处于同一颗卫星的覆盖之下 。受保护军事卫星通信系统，如“军事星”和“先进极高频”系统，则较少依赖地面站，因为它们可进行卫星间链接。这种链接使它们能够在卫星之间将数据从一个战区传送到另一个战区而无须通过地面中转站。
　　地面站很容易受到多种形式的直接物理攻击。制导火箭、大炮、迫击炮和导弹(G-RAMM)可用来在视距外对地面站发动攻击，而火箭推进榴弹和轻武器则可用于在近距离毁坏天线。也可通过攻击地面站的电网、供水管道和高容量通信线路来破坏地面站。虽然攻击卫星地面站会对通信链接造成重大影响，但这种影响并非永久性的。卫星制造需要几年的时间，而且一旦发射后就不能对其进行维修，而地面站则可根据其受损程度用几天、几周或几个月的时间将其修复。
　　（二）电子攻击
　　电子攻击就是使用电磁能来对通信系统进行干扰，也就是通常所说的电子干扰。电子干扰器必须使用与被攻击系统相同的频率并在其天线覆盖范围内。与物理攻击不同，电子干扰是可逆转的――一旦干扰器停止工作，通信就能恢复。上行干扰器可通过发射足够的噪音来干扰卫星接收信号，使卫星无法区分信号和噪音。上行干扰控制链接可使卫星无法接收从地面站发来的指令。上行干扰还能通过干扰向卫星传输的上行数据来扰乱通过卫星传输的用户数据，破坏发往所有接收者的下行传输数据。上行干扰器的功率必须与它所干扰的信号功率一样强大，而且还必须位于它所攻击的卫星天线的覆盖范围内 。要达到这一条件不是特别困难，因为卫星天线的覆盖范围直径一般都在几百英里到几千英里。
　　上行干扰器可对许多卫星用户产生广泛的影响，而下行干扰器的影响范围则相对较小。下行干扰器通过制造和发射下行信号的卫星相同的频率噪音来干扰地面卫星用户。只要下行干扰器的功率与地面用户接收的信号强度相当就能产生干扰效果，当然还必须位于接收终端天线的覆盖范围内，这就限制了单台干扰器所能干扰地面终端的数量。由于许多地面终端都使用面对天空的定向天线，所以下行干扰器的位置要高于目标终端的位置才能起到更好效果。解决这一局限的方式通常是在空中平台上使用下行干扰器，让干扰器位于地面终端和卫星之间，使干扰器能覆盖更大范围内的更多终端机 。使用小型天线（弱小终端）或全向天线的地面终端的接收范围较广，因而更易受到下行干扰。
　　2006年，时任美国战略司令部副司令罗伯特&凯勒（Robert Kehler）中将在议会下院军事委员会战略部队小组委员会的听证会上说道，美军所租用的商用卫星系统曾受到过干扰 。例如，在对“自由伊拉克行动”期间一年半时间内商用卫星通信链接进行分析后发现，有50次针对军事通信的有记录的干扰事件，其中29次被确定是无意的“自我干扰”，如终端操作使用了错误的频率或终端设置不正确等；21次的原因无法确定，5次被怀疑是敌方的干扰。这5次可疑干扰都发生在上行信号上，方位为西南亚地区，使用的是运用连续波载波信号的发射器。使用连续波载波信号是非常可疑的，因为这不可能是友军用户的意外发射。此外，在这些案例中所使用的连续波载波信号在一波段内不断变换中心频率――这是在干扰中常见的“扫频”信号，因为它能在较宽的频谱中产生间歇性中断 。
　　正如这一案例所表明的，干扰有时也难以发现或辨别是否属于意外干扰，也很难搞清干扰的来源。即便搞清了干扰的来源，要对其进行压制也并非易事。例如，2003年有报道说“美国之音”对伊朗的电视广播受到了发射源来自古巴境内的干扰。古巴位于实施这些广播的劳拉天网公司的卫星天线的覆盖范围内，因而是实施上行干扰的理想位置。这一干扰源被确定是位于哈瓦那附近 。干扰有可能是古巴政府所为，但也可能是古巴政府不知道干扰出自其境内。但无论是古巴政府知情与否，他们都没有与美国合作来消除干扰源的意愿。
　　（三）网络攻击
　　军事卫星通信系统也容易受到网络攻击，并以此来截获数据、损坏数据或恶意控制系统。与在电磁频谱中干扰数据传输的电子攻击不同，网络攻击针对的是数据本身和使用这些数据的系统。任何系统的数据界面都有可能是入侵点，包括卫星和终端的天线以及地面站与地面网之间的连接线。网络攻击可针对卫星、地面控制站和终端。对某个部分成功实施的攻击可被用来对另一部分发起新的攻击。网络攻击对军事卫星通信系统造成的影响包括局部中断（即导致一台终端机掉线）、大面积故障甚至永远失去卫星。网络攻击虽然能查到攻击源但也很困难，因为攻击方可能使用多种隐蔽手段，如利用黑客主机来发动攻击。
　　网络攻击的目的很多，包括通信系统探测和监视；数据截获和采集；数据篡改和欺骗以及控制、操纵和指挥主要系统。例如，敌方可以进入某个系统来监测数据流并掌握敏感的操作信息，如用户位置以及哪些用户与哪些用户进行联系等。也可通过网络攻击来秘密拦截通信系统，采集信息以支援作战行动。更为高深的网络攻击可通过篡改通信系统所传输的数据来欺骗终端用户，或使所有用户对系统的完整性产生怀疑。具有破坏性的网络攻击包括控制系统。例如，如果敌方控制了卫星，他们就能关闭所有通信系统，将卫星移动到别的轨道，或通过切断其燃料供应和毁坏其电子系统来摧毁卫星。而且，自己方控制员还很难发现卫星失去控制的真正原因，因为偶然也会发生意外故障。
　　和物理攻击和电子攻击一样，太空中的网络攻击已经发生过。2009年，从伊拉克和阿富汗的反叛分子的笔记本电脑里发现了他们从美国“捕食者”无人机上截获的视频信号。由于该视频信号在传输时没有任何保护或加密措施，反叛分子才得以通过商用软件来截获该数据 。2011年，“美中经济与安全审查委员会”向国会递交的一份报告指出，在2007年和2008年间有四次针对美国政府卫星的网络攻击案例，其目的是想控制卫星系统。其中最成功的一次是对美国国家航空航天局（NASA）的地球观测卫星（Terra EOS）发动的攻击。该委员会就这次攻击指出，“责任方完成了所有指挥卫星所需之步骤但没有下达命令” 。
　　二、威胁对比
　　虽然在研制下代军事卫星通信系统时要考虑到上述漏洞，但它们也有轻重缓急之分。这些漏洞的优先顺序应根据它们的潜在影响和发生机率来确定（见图4）。对军事行动影响较大的漏洞被敌利用的可能性也更高（见右上方表格），因而应放在最高优先位置来处理。
　　衡量威胁造成的影响程度的主要标准是破坏规模和持续时间。例如，动能反卫星武器可造成大范围和长时间的破坏，因为它会摧毁卫星，这需要几年的时间来重新替换，攻击所产生的轨道碎片在未来几十年里都会对其它太空系统造成影响。上行干扰的影响相对较小，因为它虽然能影响到所有卫星用户，但是短暂的而且不会对卫星系统造成永久破坏。下行干扰也是短暂的，而且与上行干扰相比干扰范围更有限，因为它只会对干扰器视线范围内的用户造成干扰。
　　了解某个漏洞可能被利用的主要标准是发动攻击所需之资源（难度）和属性。技术越复杂或成本越高的攻击能实施的敌人就越少，只需要一般技术的攻击使用的机率就越高。另一个可能性是敌方更喜欢发动隐蔽性强、不容易被发现和被对方报复的攻击形式。例如，上行和下行干扰就是更普遍的攻击形式，因为这种攻击可使用商用现货技术，而且，正如前面所述，间歇性干扰是很难被侦测到其干扰源的。使用动能反卫星武器的可能性相对较小，因为这需要更为先进的技术，而且美国导弹预警卫星能发现导弹发射地，从而招致报复。
　　图4中所表明的主要局限是，威胁的影响和可能性都是主观估计，还需进行定期性分析。然而，对这些弱点做出轻重缓急排列对于搞清孰轻孰重是很有必要的。
　　第二章 资金制约
　　在防务计划中有一句格言是“敌人也有一票”，意思是敌方的决策会对你的计划产生影响。这句格言可以延伸到国会和采办体系，因为，和易受物理攻击、电子攻击和网络攻击一样，军事卫星通信系统也会受到成本超支、资金不稳和其它妨碍卫星上天的因素的影响。在军方开始计划下代军事卫星通信系统时，费用承受能力是个主要问题。本章将对国防预算环境、军事卫星通信系统的主要成本和这些系统必须面对的程序威胁进行讨论。
　　一、预算环境
　　在美国整个历史中，国防预算总是根据经济和安全环境的变化而无规则地上升和下降。目前，国防预算似乎进入了一个下降周期并将在未来十年保持这种趋势。从1998财年到2012财年，国防总预算上升了108%，除掉伊拉克和阿富汗战争的开支后是59%。除了赤字削减协议外，2011年出台的“预算控制法”（BCA）还设定了直到2021财年的预算限额。这些限额在2011年11月被自动减少，当时所谓的“超级委员会”未能按“预算控制法”要求找到进一步减少赤字的办法。根据修改后的预算限额，2012财年国防部的基本预算将比2010财年减少13%――或是减少33%如果包括战争开支的话 。
　　这一缩减程度与以往的缩减基本相同。当朝鲜战争结束后，国防开支从最高峰（1952财年至1955财年）减少了51%。在越南战争时期国防预算在1968财年达到了最高峰，到1975财年下降了25%。同样，上世纪八十年代国防预算从1985财年的最高峰下降到了1998财年的最低点。值得注意的是，以往每次较大的预算削减都伴随着裁军。例如，朝鲜战争后总兵力从360万减少到了250万，越南战争结束后总兵力从350万减少到了200万，在上世纪八十年代的增兵之后从220万减少到了140万。
　　但这次预算削减将很可能与以往不同，因为这次增兵与以往不同。在过去的十年里国防开支的增加并未伴随有大的军力扩充――总兵力一直保持在145万与151万人之间。现在的总兵力与刚开始扩军时基本一样，这使得国防部很难像以往那样在光是减少军队规模不减预算中坐收节余了。
　　与上次扩军时变得规模又大又贵不同，现在军队只剩下更贵了。例如，从2001财年到2012财年，作为通胀补贴，每个军人的津贴增加了56%或每年4.1% 。于是，国防部预算用于与军人相关的费用从2001财年的30%上升到了2012年的34%。即使是军人成本回归到历史上年增长率2.6%的标准，那么按照现行法律规定到2021财年这笔开支也将占国防部预算的46% 。和平时期每个军人的作战和生活费也从2001财年增加了34%，或每年2.7% 。如果和平时期的作战和生活费回归到历史上的2.5%年增长率标准，那么到2021年这笔开支也将占国防部预算的40% 。
　　在这一背景下，预算中只有14%可用于采办、研究、发展、试验和评估、军事建筑和家庭住房。目前，国防部将预算中的36%用于这些开支。在这种预算环境中，军事卫星通信项目不仅要与其它更小的采办预算项目竞争，而且还要与采办项目之外的其它优先项目竞争，如部队结构、战备和军事补偿等。
　　虽然应对竞争更激烈的威胁环境应该是下代军事卫星通信系统的优先目标，但成本承受能力也很重要。其挑战是既要提高应对威胁的能力，又不要推高成本，使军事卫星通信系统在成本上能承受得起。其中重要的第一步是弄清军事卫星通信系统、太空、控制和终端部分的主要成本推手是什么。
　　二、主要成本推手
　　（一）太空部分
　　太空部分的主要成本构成是卫星，包括卫星平台及载荷以及将卫星送入轨道的运载火箭。卫星成本根据系统类型的不同而差别很大。表1列出了目前“先进极高频”、“宽带全球卫星”和“移动用户目标系统”卫星的平均单位成本，包括所有经常成本和非经常成本。虽然卫星的体积差别不大，但它们的成本可以相差五倍。受保护卫星（如“先进极高频“卫星）的成本要高得多，因为这种卫星平台及载荷更为复杂并具有很多独特的军事要求。例如，虽然”先进极高频“卫星平台是基于洛克希德&马丁公司的A2100商业卫星家族平台，但它必须要在抗核打击方面有所加强以满足战略用户需求。与此形成对照，“宽带全球卫星”平台使用的是波音公司的702HP商业卫星平台并稍作改造，这样可充分利用商业技术，减少非经常研制成本。这三种卫星的载荷都是专门为军事目的而研制的，包括其频段、波形和其它以军事为目的的需求。
　　卫星星座 卫星质量 卫星平台 每颗卫星平均总成本（2013财年百万美元）
　　先进极高频（AEHF） 6,168 公斤 洛克希德 A2100M $2.45
　　移动用户目标系统（MUOS） 6,740 公斤 洛克希德 A2100M $1.22
　　宽带全球卫星（WGS） 5,990 公斤 波音 702HP $0.51
　　表1.目前军事卫星通信系统成本对照
　　在过去的十年里，成本超支一直是军事卫星通信卫星的一大问题。目前在产的所有三种卫星系统都超出了成本预算，见图6。“先进极高频”卫星的成本超支尤其严重――已超过其最初基线83%――原因是对原来的卫星研制计划作了大量改动。该项目原计划产生5颗卫星，但在“转型性卫星通信系统”项目启动后减少为3颗。随着“转型性卫星通信系统”项目的延期，“先进极高频”项目又恢复为原计划的5颗。但是，这种决策改变所花去的时间使厂商的生产造成了停顿，使第四颗卫星的成本高出了第三颗卫星的成本一倍以上，从而导致了成本超支 。“宽带全球卫星”项目也由于产生停顿而成本上升，Block II（第4至第6颗卫星）成本比Block I（第1至第3颗卫星）高出约50%。此外，Block IIf（第7和第8颗卫星）的成本又比Block II卫星高出50% 。
　　就目前的这一代军事卫星通信系统而言，卫星的主要成本推手似乎是项目的不稳定（导致生产停顿）和对卫星平台及载荷的独特的军事需求。原则上，国外合作伙伴可通过扩大项目股份比重来提高项目的稳定性。国外合作除了能分担成本外还能提高美国与伙伴国军队之间的互通性。加拿大、荷兰和英国都是“先进极高频”项目的合作伙伴，这些国家共为该项目投入了2.705亿美元 。澳大利亚于2007年加入了“宽带全球卫星”计划，为第6颗卫星及相关地面设备提供了9.27亿美元，从而得到了价值相当于一颗卫星的带宽使用权 。澳大利亚的加入很重要，因为它防止了第5和第第6颗卫星之间的生产停顿。
　　军事通信卫星系统的主要卫星承包商为卫星平台生产厂商，卫星载荷（或部分载荷）常常是又转包给了其它公司。对于宽带和窄带系统而言，卫星可使用商业卫星平台进行改装。但其载荷通常需要满足独特的军事需求，需要定制。这就使合格的公司限制在了一、两家。另一个降低卫星成本的方法是分开购买卫星平台和载荷。这样可创造更多竞争机会，让卫星平台厂家只对卫星平台进行竞争，这样可以为一些没有能力生产军用部分的小公司带来更多竞争机会。另一个选择是，既然这方面的竞争受到了限制，就让载荷承包商成为主要承包商，让卫星平台的生产在转包商之间进行竞争。
　　（二）卫星发射
　　发射成本虽然没有卫星成本大，但也是军事卫星通信系统的一个重要部分。目前的军事卫星通信卫星的重量大致相同（见表1），而且也都被送入了类似的地球同步轨道。因此，这种卫星的发射成本也都大致相同，在2013财年每次发射的成本约为1.2亿到1.3亿美元之间。“先进极高频”卫星的发射成本高出约5%、“移动用户目标卫星”为10%、“宽带全球卫星”为25%。
　　军事卫星通信卫星体积较大而且高度整合的原因之一就是每单位质量发射成本会随着卫星质量的增加而下降（见图7）。例如，发射一颗重6000公斤的卫星成本要比发射两颗3000公斤的卫星成本低。但新的太空发射提供商也在尽量降低发射小型卫星的成本。“太空探索技术公司”（ SpaceX）宣称其“猎鹰9”（Falcon 9） 和“重型猎鹰9” （Falcon 9H）运载火箭的发射成本要低于“改进型一次性运载火箭” (EELV)的发射成本。“猎鹰9”的发射成本甚至只有“宇宙神5”（Atlas V ）401型运载火箭发射成本的一半。如果美国空军能落实这些成本节约措施，那么小型卫星或许可以成为未来更具吸引力的选择。
　　（三）控制与终端部分
　　军事卫星通信系统的控制部分包括控制卫星平台和载荷的地面系统。“指挥控制综合系统”(CCS-C)用于对空军的军事卫星通信系统的卫星平台进行S波段控制，包括“宽带全球卫星”、“先进极高频”卫星、“军事星”和“国防卫星通信系统” 。空军的“先进极高频”系统的任务控制部分（MCS）控制着卫星平台和载荷的正常运行 。“宽带全球卫星”载荷通过宽带卫星操作中心（WSOC）进行控制，主要由美国陆军操作和管理。美国海军研制和管理的“移动用户目标系统”星座使用单独的控制系统，包括控制卫星平台的“卫星控制部分”和控制载荷的“网络管理部分”。
　　终端部分的研发和引进也是由各军种分开进行的。陆、海、空三军都有各自的“先进极高频”和“宽带全球卫星”终端采办程序。“移动用户目标系统”终端的研制是和“联合战术无线电系统”（JTRS）统一进行的，但分别由各军种出资。然而，由于频频出现成本超支和进度表延期，各军种都在寻求替代方案。
　　控制和终端部分的总成本很难确定，因为卫星系统的资金有多个来源，有的资金来源与其它项目成本重叠。控制部分资金有部分来自卫星研发项目，而且常常不会分开报告。终端部分成本更难计算，因为其成本分摊到了三军的多个终端项目里。此外，终端天线和整合成本有时全部或部分来自这些终端所使用的平台。根据一项评估，终端部分成本也会高于太空和控制部分的总和 。
　　成本是阻碍受保护军事卫星通信终端扩散到更多战术用户的重要因素。“海军多波段终端”（NMT）和空军的“超视距终端家族”（FAB-T）是“先进极高频”受保护终端的两个主要采办项目。这两个项目的成本都大大超支并延期。“海军多波段终端”和“超视距终端家族”每个终端的平均总成本约分别为700万美元和1890万美元 。陆军选择了对在“先进极高频”系统上使用的现有“保密移动式反干扰可靠战术终端”(SMART-T)系统进行升级，而不是全套引进新终端。这种终端系统的成本约为每套250万美元 。
　　要将受保护军事卫星通信能力扩展到空中、海上和陆地的更多用户，国防部就必须压低受保护终端成本。让终端的价格高于其相应的平台是不现实的。但军方降低终端成本的努力常常是徒劳的。例如，2003年6月，负责网络和信息整合的助理国防部长(ASD/NII)公布的一项备忘录要求所有高于2兆赫（包括所有军事卫星通信终端）的无线电系统都必须与“软件通信系统结构”（SCA）保持一致 。这一新的规定适用于正在研发的项目，如“海军多波段终端”和空军的“超视距终端家族”。在以后的几年里，这一规定推高了这些项目的成本并造成延期，因为这些项目不得不修改设计以适应“软件通信系统结构”标准，而这一标准甚至还未全部完成，尤其是针对军事卫星通信系统的高数据率标准。
　　但是，为降低成本，军方没有必要发展新的终端、制定新的标准或使用新的波形。了解到军方需求和市场机会，企业开始着手自己研发另一种低成本受保护终端以便用于“先进极高频”和“军事星”。例如，电信系统公司、诺斯罗普&格鲁曼公司和洛克希德&马丁公司联合研制和推出了两款低成本受保护终端：一款用于受保护移动通信(P-COTM)，另一款用于“保密和非保密IP路由”（SIPR/NIPR）接入点(P-SNAP)。这些终端的价格低达每台35万美元――大大低于现有受保护终端价格 。这些低价终端虽不具备“海军多波段终端”和空军的“超视距终端家族”和“保密移动式反干扰可靠战术终端”的全部功能，但它们具备了基本的保护功能，可让国防部将受保护通信系统的使用扩大到更多战术用户――也就是国防部长盖茨所倡导的“80%方案”。
　　三、程序威胁
　　（一）恶性循环
　　军事卫星通信系统的采办技术复杂、研制和生产时间长而且采购数量相对较少。这些因素又相互影响从而形成了所谓“太空系统采办的恶性循环”，即：高成本导致了小星座和生产时间过长；小星座要求每颗卫星能具备更多性能；使每颗卫星具备更多性能则增加了卫星的复杂性，从而推高了成本并延长了生产时间 。这种太空系统采办的恶性循环使得军事卫星通信系统同易受物理、电子和网络攻击一样容易受到成本超支和生产延迟的影响。
　　恶性循环的一个典型例子就是原本打算用来接替“宽带全球卫星”和“先进极高频”的“转型性卫星通信系统”（TSAT）。“转型性卫星通信系统”本可以将宽带和受保护能力聚于少数几颗卫星上。在其最初的配置中，美国政府计划在该系统中使用X波段、Ka波段和极高频（EHF），并使用激光来实现大容量通信传输。当该项目于2004年正式启动时，美国空军非常乐观地将首颗卫星发射时间定在2011年，共发射5颗卫星，总成本155亿美元。
　　然而，由于一些必要的技术还未达到预期的成熟程度，这一时间表不得不进行修改，成本进一步上升，其性能被递延到未来卫星 。美国国会也相应地减少了该项目的资金，认为该计划过于冒进，所需技术还不够成熟。计划延期、成本增加、资金不稳定和性能下降等层叠效应最终导致了该项目于2009年的终结。而此时该项目的前期研发投入已超过30亿美元；许多性能已从设计中递延；项目总成本已增加到了300亿美元以上；首发时间也被定为最早2019年。美国空军的“太空与导弹系统中心”（SMC）随后承认，“转型性卫星通信系统”“出现了采办体系的恶性循环” 。
　　（二）项目同步
　　军事卫星通信系统的另一个程序漏洞是在太空、控制和终端部分保持同步。同步就是使相互依赖的项目在进度和交付时间方面保持一致以获得有效能力 。2001年，美国国家安全太空管理和组织评估委员会在其向国会递交的最终报告中指出：
　　“当卫星项目和终端设备的预算分离时，这种分散管理模式可导致项目的脱节和重复。它将导致卫星及其相关终端采办之间的不同步。目前的国家安全太空计划的预算制定方式缺乏发展联合项目所必需的透明度和责任制度” 。
　　项目间的同步对于军事卫星通信系统很重要，因为所有三部分（太空、终端和控制）对于系统运行都是必不可少的。每一部分的部署时间对于另一部分来说也很重要，因为卫星的在轨寿命是有限的――燃料消耗、零部件磨损和技术过时等。当整个系统中的一个部分由于资金短缺或研制问题而滞后，其它部分就会被迫推后。使问题进一步复杂化的是，军事卫星通信系统的三部分项目及相关预算是分布在陆、海、空三军中的。在终端部分，陆、海、空三军都在研制各自的卫星通信终端系统。如果陆军或海军的终端项目滞后，那么就会导致空军推迟发射卫星，或是让在轨卫星得不到充分利用从而造成资源浪费。同样，卫星项目的延迟也可导致终端项目的推后。最终，这将导致资金的不稳定和相关计划的推迟，从而进一步加剧太空采办计划的“恶性循环”。
　　军事卫星通信系统也将依赖于整个太空企业的其它部门，如运载火箭。如果运载火箭方面出现滞后，无论是因为资金还是技术问题，也将影响到军事卫星通信系统的采办计划。由于军事卫星通信系统所依靠的是少数几颗卫星，因此，如果一颗卫星发射失败，那将会造成严重的后果。一个实例就是RL10火箭发动机上级在飞行中出现异常，这也是用于发射军事卫星通信系统的“改进型一次性运载火箭”（EELV）所使用的唯一一种上级发动机。日，RL10火箭发动机出现了泄漏现象。虽然卫星最终还是被送入了预定轨道，但针对这一异常现象展开的调查推迟了所有其它该型火箭的发射计划。美国空军太空司令部司令威廉&谢尔顿上将指出，“我们必须搞清楚发生了什么，为什么会发生，因为我们没有第二个选择。发射失败的代价将会很大” 。
　　第三章 未来结构选择
　　本章将讨论前面提出的两个挑战的应对办法，即：竞争日益激烈的太空环境和资金日益紧张的预算环境。1972年曾经为美国国家侦察办公室撰写过备忘录的物理学家阿姆罗姆&卡茨（Amrom Katz）提出了几项保护太空系统的办法 ，包括：1）使卫星很难攻击；2）使卫星很难被侦测到；3）使卫星更容易替换；4）做好摧毁敌卫星的准备。
　　卡茨提出的第2点――使卫星很难被侦测到――对于军事卫星通信系统来说是行不通的，因为卫星在电磁频谱中是明显的发射源，因而是很容易被发现的。卡茨还指出，第4点并非非做不可，因为摧毁他国的卫星并不能使美国瘫痪的卫星恢复正常。此外，这种威慑形式对于没有重要卫星资产的敌国来说是起不到什么作用的。
　　本章提出的未来卫星结构基于卡茨提出的第1和第3点。头两种方法涉及制造很难攻击的卫星――也就是卡茨提出的第1点――提高卫星系统的防御能力，分离、分散或扩散卫星星座分布，使敌人难以定位这些卫星。第三种方法是使卫星更容易替换，在卫星受到攻击时能很快恢复所需能力。第四种办法――卡茨未提到的――是采用具备相同通信能力的备用设备来替换军事卫星通信系统。和卡茨提出的方式一样，本章提出的措施也并非全部或相互排斥。
　　一、提高防御能力
　　提高军事卫星通信系统的防御能力，使敌难以对其实施攻击和干扰或降低卫星的通信能力。太空部分在很多方面都容易受到攻击，控制部分和终端部分也会受到攻击，因此都要考虑在内。最终，对整个系统的保护力度将取决于其最薄弱的环节，而在某些情况下，军事卫星通信系统最薄弱的环节或许就在地面上。
　　目前的军事卫星通信系统分为受保护的和不受保护的两部分，受保护的军事卫星通信系统主要是满足战略任务需求。但对系统进行明确划分则有些太武断，因为保护并非全有或全无。保护的程度和类型将取决于卫星通信系统所要应对的威胁。例如，诸如“军事星”（ Milstar）和“先进极高频”等受保护系统就具备了某些难以干扰的特性。但即便具备所有这些特性，“军事星”和“先进极高频”也不能做到完全不受干扰。干扰仍然能降低这些系统的性能，甚至导致某些用户完全无法通信。同样，诸如“移动用户目标系统”和“宽带全球卫星”等非保护系统也可运用切口天线和扩展频谱波形等手段来改进其抗干扰能力。
　　要提高军事卫星通信系统的防御能力，就要解决以下四个基本问题：
　　1) 系统要应对什么威胁；
　　2) 相对于这些威胁，系统的薄弱环节是什么；
　　3) 要采取什么等级的保护措施
　　4) 什么保护措施是可承受的？
　　第一个问题需要对不同类型的威胁和影响进行评估，正如第一章里图4所归纳的那样。其优先任务是要保护军事卫星通信系统不受可能性最大、影响最严重的威胁的攻击――也就是图4中风险矩阵右上角部分。第二个问题要求对军事卫星通信结构进行全面评估，从终端和地面站到卫星平台和载荷，以确定系统中最容易受到这些威胁攻击的部分。第三和第四个问题涉及资源与风险之间的权衡。我们所能容忍的风险必须与能“买下”这一风险的资源进行权衡。
　　这四个问题的答案最终都是主观的，但在对提高军事卫星通信系统防御能力的各种方法进行评估时，这些问题很重要。以下是提高防御能力的各种方法（并非全部）及威胁应对措施。我们将其分为被动防御（使系统能承受攻击并能正常运行）和主动防御（拦截和扰乱攻击）两部分。
　　（一）被动防御
　　跳频扩频（FHSS）：这一保护方法涉及使用收发双方都知道的伪随机序列来快速改变传输频率。它能让窄带干扰器难以匹配传输频率，从而无法进行上行和下行干扰。通过在较大的带宽上扩展信号可降低传输所需功率，这样也可使敌方难以侦测到信号。在不知道跳频模式的情况下，信号就很难被拦截――随机跳频很难同背景噪音区分开来。
　　切口/零位天线：可通过改进军事卫星通信系统的天线来起到抗干扰效果，尤其是在太空部分。切口天线可阻止接收频带上的所有信号，而零位天线则可阻止接收某一地理位置的所有信号。例如，零位天线可用来阻止所有来自怀疑有上行干扰器的区域的信号。但在阻止干扰器周围信号的同时也会阻止该区域内自己方用户的使用。
　　星上信号处理：军事卫星通信系统还能通过在卫星上对信号进行解调和解码、然后再将其传送给其他用户的方式来提高抗干扰能力。这样，卫星就能发现和修正上行数据中的错误，不让错误延续到下行链路。
　　交织：所谓交织就是以非邻接的方式将传输中的数据比特分开和混合的过程。无线电干扰常常是阵发性的，因此错码常常出现在传输过程中相邻的数据比特中。如果数据包里的比特错码超出错码修正方法的能力范围，该数据就被损坏了。交织可在数据传输前打乱数据秩序，在接收到数据后再重新组合，从而降低了损坏风险。这就大大减少了阵发性干扰在某个数据包里制造多个错码的机会。在结合使用星上处理和跳频扩频手段后，交织就能极大提高抗干扰和其它形式的干扰能力。但是，交织增加了反应时间――也就是数据发送和接收时间――因为使用交织模式传送的所有数据在接收后都必须按正常顺序重新组合后才能使用。
　　卫星交联：卫星可通过相互交联来在卫星之间直接传输信息，从而减少对地面站的依赖。如不通过交联，卫星就必须将所有接收到的数据传送到其覆盖范围内的地面站。对于在卫星信号覆盖范围之外的通信来说，这就意味着必须将数据再传回到另一颗卫星，然后再下传到另一个地面站，这既耽误时间，又占用了更多宝贵的卫星资源。假如其中一个地面站由于受到攻击、恶劣天气或其它因素的影响而无法使用，那么卫星将无法把数据传送给接收用户。
　　通过交联，一颗卫星就能将数据直接传送到其覆盖范围之外的另一颗卫星和用户。由于卫星间使用的天线没有面对地面，因而这大大减少了潜在网络攻击的进入点和被侦测、拦截和干扰的机会。交联还意味着整个卫星星座可由一个控制站来进行控制和监管，这样就没有必要在每个卫星覆盖区设立主控制站和备用控制站了。
　　加强防电磁脉冲能力：电磁脉冲（EMP），无论是源自核爆炸还是大功率微波武器，都会对卫星、终端和控制系统的电路和部件造成损坏。可通过加固系统的防护性来提高其生存能力，但保护系统零部件所需之额外的研发和试验将增加卫星的复杂性和成本。虽然加固措施不能让卫星免受近距离核爆炸所造成的损坏，但这将迫使攻击方对每颗卫星都使用一枚核武器 。
　　提高常规地面攻击防护能力：可通过多种手段来加强地面站的防护能力，以应对常规物理攻击，如在地面站设施周围建立更大的防护区，将地面站修建在不易受到攻击的地区，加固掩体，准备充足的备用电力、水源和其它必需品等。
　　数据加密：预防网络攻击最基本的方法之一就是对军事卫星通信系统上的所有数据都进行加密。可根据不同的任务性质来设密，同时也应为所有通信业务设立一个最基本的密级。
　　（二）主动防御
　　与让系统在攻击中存活下来并能继续运行的被动防御不同，主动防御是在攻击对通信系统造成影响之前对其进行拦截、干扰和阻止。
　　自卫反击：保护卫星不受反卫星武器攻击的方法之一就是使卫星具备反击能力。当敌方发射反卫星武器时，卫星可以使用小型动能拦截器或非动能武器（如高能激光）来打击来袭弹头。这种方法的主要挑战在于，这种反击能力将对造价已经很高的卫星增添重量、功率和技术复杂性。由于卫星的质量和功率都是有限的，所以动能和定向能反击系统打击来袭威胁的弹药数量也将是有限的。和地面导弹防御系统一样，卫星反击防御系统会让美国陷入高成本的不利境地，因为敌方制造反卫星武器的成本将低于美国用以防御反卫星武器的成本。此外，即使反击系统能成功拦截威胁，被摧毁的弹头也会产生太空碎片，从而对目标卫星或其它卫星构成长期威胁。
　　护卫卫星：另一个保护太空系统的方法是在轨道上部署具备反击能力的护卫卫星。原则上，可以在轨位之间部署一个小型护卫卫星星座来保护更多的卫星，其成本可以低于使每颗卫星都具备反击能力的成本。这基本上就是一个太空区域防御系统。但是，护卫卫星也面临着许多与反击卫星相同的问题，即：它们的弹药数量有限、在成本方面会让攻击方占据优势、成功的拦截会在太空中产生危险的碎片区。
　　卫星机动：在冷战时期探索过的方法之一是让卫星具备通过机动来避开反卫星武器的能力。这一方法的挑战在于卫星必须要能很快加速――起码要与它所躲避的反卫星武器一样快――这就需要卫星的大部分质量用于携带燃料而不是有效载荷。美国国会技术评估办公室于1985年进行的一项研究认为，这在物理学方面对攻击方有利，“因为攻击武器的载荷可以很小，攻击武器可具备加速和变速能力，而要让载有大量任务载荷的卫星具备这些能力其成本将会很大” 。
　　打击攻击源：或许，保护太空系统不受物理攻击最有效的办法就是使用地面武器来消除攻击源了。例如，可使用常规武器（如巡航导弹或全球定位系统制导炸弹）来攻击地面上的反卫星武器设施或高能激光设备。诸如同轨卫星等天基反卫星武器也可使用动能或非动能反卫星武器从地面对其进行攻击，或使用其它同轨卫星来对其发起攻击。但是，移动式反卫星系统和隐身同轨卫星的位置在其发动攻击前或许不易被发现。
　　所有这些保护军事卫星通信系统的方法，无论是主动的还是被动的，都将增加成本和复杂性。但与系统的整体成本相比，与数据加密、跳频扩频和交织相关的成本相对较小，因为它们可以植入软件里或载荷里而不用对卫星设计作大的改变。相比之下，诸如卫星反击能力或卫星机动能力等主动防御措施则可能会大大增加军事卫星通信系统的成本，需要更大的卫星平台或通过减少有效载荷来为主动防御系统匀出空间、重量和功率。
　　应该指出的是，如果使用动能反卫星武器和反卫星对抗系统，如前面提到的反击能力和护卫卫星，就会在全球范围内对军事、民用和商用太空系统构成威胁。每一次成功的反卫星攻击或反攻击都会产生太空碎片，其它卫星与这些碎片相撞的机率将会增加。每一次碰撞――无论是碎片撞击卫星还是碎片撞击其它碎片――都会产生几千块新的碎片，从而又增加了碰撞的可能性，这就是所谓的“凯斯勒症现象”（Kessler Syndrome） 。到某个时候，太空碎片密度将达到“临界物质”并在数月或数年的时间里引起不可控制的连锁反应，完全毁掉所有国家的价值数十亿美元的重要太空设施 。这将在地球周围形成一个碎片云，使未来的卫星发射充满了风险――从而完全毁掉所民用、商用和军事用户的太空域。
　　二、分离、分散和扩散
　　另一个提高军事卫星通信系统保护措施的办法是使卫星系统难以捕捉，具体方法包括：1）性能分离，不让同一个卫星星座承担多项任务；2）性能分散，将有效载荷分散到多颗卫星上；3）星座扩散，发射多颗相同的卫星。在这种分离或分散的结构中，每颗卫星或载荷都比较小并减少了性能，因而（在理论上）也较便宜；但星座的整个成本并不见得低，因为多颗卫星发射将增加发射成本。扩散星座的成本可能更高，因为需要采购多颗相同的卫星，尽管制造多颗相同的卫星的单价可能会下降。
　　这三种方法都能较好地承受失去一颗卫星的打击，因为每颗卫星只承担着整体性能的一小部分。这能使敌人的攻击计划变得复杂，使其必须攻击更多卫星才能达到相同的效果 。正如美国空军太空与导弹系统中心（SMC）所说的，“通过降低损失一颗卫星所造成的作战影响，扩大星座规模和分布能力，我们也能改变攻击的效果，使敌人难以取得预期效果” 。但是，这些措施并非没有风险。虽然分离、分散和扩散增加了敌人攻击的难度，但对于拥有大量反卫星弹药的敌人来说，这或许并不能构成巨大挑战。如果敌人能够攻击一颗卫星，那么他们就能攻击多颗卫星。至于卫星反击或护卫卫星，攻击方在竞争中将占据成本优势，因为反卫星武器的成本可能比卫星的成本低。尽管防御方在这种情形中不占优势，但攻击方不一定想让冲突升级为大规模太空攻击战，因为摧毁多颗卫星会产生大量太空碎片，对全球产生长期影响。
　　分散或分离太空资产的方法之一是采取以有效载荷为中心的采办模式。载荷中心模式首先考虑的是载何的具体能力，然后才寻找卫星平台来搭载载何，而不是从一开始就设计和制造一种已规定好性能的卫星。在这一模式中，载荷从一开始就设计为能够搭载多种卫星平台。卫星采购和卫星载荷采购也是分开的，从而为将国防部的载荷搭载在非军方卫星上创造了更多机会 。例如，如果一颗商用卫星有额外的载荷容量可用，那么军方就可以出钱来将军事卫星通信载荷搭载到这颗卫星上。采用载荷中心模式可能面临系统整合方面的挑战，因为不同的卫星平台其界面和性能也各不相同。此外还有操作方面的挑战，如不得不与其它载荷共享卫星资源，或使用不同卫星平台的不同控制软件等。
　　另一种分散方式是将军事卫星通信载荷搭载在其它国家的卫星平台上，以此来打乱故人的攻击计划。例如，作为亚太地区再平衡战略的一部分，美国可以与该地区的盟友（如日本、韩国和澳大利亚）合作，将受保护的“先进极高频”载荷搭载在他们的卫星平台上。作为交换，这些国家可以有限地使用“先进极高频”星座。虽然这种安排需要克服各种政治和操作挑战，但潜在的操作和经济利益是值得一试的。从盟国的角度来看，这种办法可加强他们与美军的互通性，并能以更低的成本使用全球卫星。在敌人看来，这将极大增加了谋算的复杂性，因为对搭载载荷发动攻击（无论是物理、电子还是网络攻击）就会同时攻击到美国和卫星搭载国的太空资产，从而产生了横向升级危机的风险。
　　星座扩散的另一种选择是使用在轨备用卫星――向太空发射和维持功能健全但处于半休眠状态的卫星，直到需要用到它们时。这一方法可有效扩大星座规模，使其能承受一、两颗卫星的损失。和工作卫星一样，储备在太空中的卫星也会因恶劣的太空环境而受到损耗，也会消耗掉一些一次性物品，如燃料。此外，动能武器摧毁工作卫星后留下的碎片也会影响到储备在附近轨道上的备用卫星，而且备用卫星本身也可能成为攻击目标。更好的做法是将卫星储备在地面，在需要进行替换时再发射。关于这点将在下面进行讨论。
　　在控制和终端部分也可以采取分离、分散和扩散模式。例如，空军卫星控制网为所有军事卫星提供指挥与控制，在世界各地拥有8个遥控跟踪站 。国防部在世界各地还拥有6个核心通信站，对于通过军事卫星通信系统传输数据和军事卫星通信系统与地面网络的连接十分重要。军方可以将这些功能分散到地理上更分散的更多地面站里，而不是将如此多的功能集中在少数几个地面站里。
　　三、使系统便于替换
　　解决军事卫星通信系统漏洞的第三种选择是使系统在受到攻击后便于替换。目前的太空部分结构很难进行调整，因为卫星体积大、结构复杂、昂贵、生产速度慢、采购周期长。容易调整的结构应该是卫星体积小、成本不高并能在稳定的生产速度下大批量采购。
　　使系统便于替换在许多方面与分散和分离结构方式相重叠。例如，载荷中心模式也会使系统更容易更换。军方应准备好备用载荷，以便在受到攻击后用以替换太空资产。另一个选择是储备备用卫星，随时准备发射替换。这两种做法的主要局限性是成本和发射时间。备用卫星（或备用载荷）的成本应很低以便于储备一定的数量，而且还必须要能在短时间内就能发射。即使拥有现成的卫星储备，要将其安装在发射架上、发射升空并移动到预定轨道上也需要数周到数月的时间。这种发射、替换方式还有另一个弱点――美国的发射场数量有限，目前主要有弗罗里达州的卡纳维拉尔角发射场和加州的范登堡空军基地。
　　移动通信站和卫星控制站可用来快速接替被损毁的地面站。可通过运输机将移动地面系统运往世界各地，或预置在战区内。使用快速部署移动地面系统可使潜在敌人面临更多不确定性，因为敌方无法提前知道这些移动系统部署的时间和地点。
　　卫星替换办法在应对小规模、短时间的攻击时或许是可行的，但在持久的冲突中，或当敌人能对美国卫星频频发动攻击时，卫星替换方式的成本就会很高。如果敌人每次发动攻击的边际成本都大大低于美军替换卫星或载荷的边际成本，那么美国在成本战略中就将处于劣势。此外，在一场持久的冲突中，所储存的卫星或载荷将很快耗尽。即便还有可用的生产线，制造新的卫星或载荷也需要数月甚至数年的时间――在战争期间这大大超出了作战部队的承受时间。另一个有效的办法是在发射替换卫星之前先从地面对敌人的反卫星设施发动攻击。当然，前提是要能准确定位敌反卫星设施（发射场、雷达等）的位置并确保能摧毁它们。但在美国的太空能力在首轮攻击时被大大降低的情况下，能否做到这一点是无法保证的。
　　四、利用备用通信手段
　　缓解军事卫星通信系统弱点的第四种选择是使用备用通信手段。其中最常用的备用设施就是商用卫星通信系统。军方可向商业供应商租用商用卫星通信系统，而不是设计、制造和发射自己的专用卫星。使用商用卫星通信系统有几大优点，包括没有研制成本并可根据需要来扩大或减少容量。商用系统已在伊拉克和阿富汗战争期间被证明是相当有用的，期间作战部队的高带宽服务需求，如无人机的实时视频信号，已大大增加。有人估计，美国国防部目前的卫星通信需求有80%是由商用卫星通信系统来满足的 。
　　但是，商用卫星通信系统并不适用于对抗性通信环境。它们基本上不能防御物理、电磁和网络攻击。使用商用卫星的一大问题就是安全，因为这些卫星可能由外国实体拥有和运营，可能与外国地面站相连，可能同时为外国政府或国外实体所使用。例如，分管太空政策的国防部助理部长帮办道格&洛韦罗（Doug Loverro）近期在国会听证会上说，国防部从一家中国公司租用商用卫星通信服务来满足作战部队的紧急需求 。这一租用或许是情有可原的，因为这家中国公司是在该战区唯一家可提供宽带服务的供应商。但有时在需要的时候不一定能租上商用卫星宽带――无论是什么公司或哪个国家控制的卫星。由此看来，当通信极为重要和在对抗性通信环境中，商用卫星通信并不是一种可靠的备用选项。
　　在某一区域内，空中通信层可用来补充或取代军事卫星通信系统，在一定的高度为一定数量的飞机提供大容量通信服务。如果装有前面提到的具备被动防御性能的载荷，如跳频扩频、机上处理、交织和加密等，空中通信层还能抗干扰和网络攻击。但是，要在全球范围内使用空中通信层，在成本上承受不起，在后勤上也行不通，因为所需要的飞机数量太大。此外，用来提供空中通信层的飞机也只能在安全空域里飞行。这种飞机肯定是高信号发射源，很容易被防空系统锁定。因此，在对抗性空域里空中通信层也不是可靠的备用手段。
　　地面无线电频率通信（如：无线电发射塔）对于近距离通信的用户来说是一种可行的选择。虽然地面通信系统也同样可以通过通信保护措施来抗干扰和网络攻击，但这些系统也需要在相对安全的地面环境来进行部署和操作。用户必须要能位于某一区域并在地面站或另一用户的视距范围内。因此，对于需要进行超视距通信或地面环境不安全的情况下，地面无线电通信也不可行。
　　第四种选择是通过改变系统运行方式来减少其对通信的需求。例如，无人机可以通过更多的机上能力来自动分析传感器数据，只将最有用的数据传回给地面站的分析员。另一种办法是将数据储存起来，而不是实时地进行处理或传送。例如，空军用于“捕食者”和“死神”无人机上的“女怪凝视”（Gorgon Stare）宽域成像吊舱所储存的数据就比它通过地面和卫星通信系统传送的数据多得多。无人机是将低分辨率视频数据进行实时传送，而其余数据则储存起来直到无人机返回地面后再进行下载和分析。“保存并转发”方式在对抗性通信环境中也很实用。当通信受到干扰或平台想避开探测时，就将数据储存起来，当通信恢复正常时再发送。但是，保存并转发方式对于时效作战行动不太实用。
　　五、归纳
　　1972年。，阿姆罗姆&卡茨（Amrom Katz）在他的备忘录中写道，美国的太空资产“受假设的保护――认为没人会阻挠美国的行动”。他还写道：“即使没有将这种假设建立在可疑前提的基础上，很明显，我们所寻求的发展路线――一种可预见的美国模式――其本身也在极大影响或改变着其他人的行为。简言之，我们在用更诱人的目标来引诱他” 。
　　本章提出了使军事卫星通信系统少受攻击的四种选择，使这些目标减少对敌人的诱惑。但在资金紧张的情况下，并非所有选择都能同时实施。此外，军事卫星通信系统用户的侧重点也各不相同，某些选择可能对一些用户群更有用，有的则相反，这将取决于他们的作战需求。
　　诸如“军事星”和“先进极高频”等受保护的军事卫星通信系统使用了许多前面提到的被动防御措施，因而对某些用户（主要是战略部队）来说已最大程度地起到了保护作用。但这种高等级保护措施也付出了很高的代价。例如，一颗“先进极高频”卫星的造价是“宽带全球卫星”的四倍 。未来军事卫星通信系统的主要问题是，鉴于美国在太空领域可能面对的各种威胁，某种程度的保护措施是否也应扩展到军事卫星通信系统用户？此外，所有受保护军事卫星通信系统用户都需要最高等级的保护措施吗？在资源紧缺的环境中，不同类型的军事卫星通信系统用户的风险平衡或许需要进行调整。在某些情况下，或许更应该为更多用户提供较低等级的保护措施，而不是为少数用户提供高等级保护措施。
　　现在的受保护军事卫星通信结构将战术用户和战略用户合到了同一个系统中。但在太空领域战术用户和战略用户所面临的威胁各不相同。例如，战术用户更可能受到下行干扰，因为有时他们是在距敌人很近的范围内作战，而战略用户更担心核武器对美国构成的威胁。下一章将根据任务需要来对加强受保护军事卫星通信系统所提出的措施进行评估，对在竞争更激烈的环境中如何满足作战部队的军事卫星通需求进行分析。
　　第四章 支援作战部队
　　未来在所有领域中美军所面临的威胁环境的对抗程度将越来越激烈。随着装备日益先进的敌人寻求使用不对称手段来对抗美军在常规军事行动中的优势，在陆、海、空领域应对美军所需之技术可能会扩散到某些欠发达国家和非政府组织。2012年《国防战略指针》将应对这些威胁列入了优先任务，并特别强调了保护天基系统的重要性：
　　“为有效威慑潜在敌人，阻止他们达到他们的目标，美国必须保持向我们的介入和自由行动受到挑战的领域投送兵力的能力。因此，美军将根据需要进行投资，以确保在反介入和区域拒止(A2/AD)环境中有效作战的能力。这包括贯彻《联合作战介入概念》，保持我们的水下作战能力，发展新型隐身轰炸机，加强导弹防御能力和不断提高关键天基能力的活力和效率” 。
　　目前的军事卫星通信系统已经为某些用户提供了很好的保护措施。“先进极高频”和“军事星”的战略用户和某些战术用户享有高等级的保护措施以防电磁和网络攻击。但是，国防部的大部分卫星通信用户――包括使用“宽带全球卫星”、“国防卫星通信系统”、“移动用户目标系统”、 “超高频后续”系统和商用系统的用户――则很少或没有得到保护。根据目前的结构计划，美国军事卫星通信容量中只有7%是受保护系统 。
　　就像当初法国没有在其整个边境地区设立“马其诺防线”一样，美国也不想将所有军事卫星通信系统像“先进极高频”系统一样设防。未来结构所面临的挑战是平衡成本与风险，让所有军事卫星通信系统用户都具备一定程度的防护能力――即不留下无防护的缺口。本章将对军事卫星通信系统保护措施进行评估，分析作战部队的作战需求。主要涉及三个任务领域：全球监视和打击、特种作战和战略部队。虽然许多重要的用户未包括在这些领域，但这三个领域突出了设计下代军事卫星通信系统所面临的某些挑战和让步。
　　一、全球监视和打击
　　全球监视和打击（GSS）任务领域包括用以在全球范围内精确和持续投送兵力的常规（非核）能力。它包括空中平台，如远程轰炸机、战术战斗机、有人驾驶监视}