日本首顆軍用通信衛星升空

王存恩 （北京空間科技信息研究所）

日本首顆軍用通信衛星升空

Japan's First Military Communications Satellite Launched

王存恩 （北京空間科技信息研究所）

由日本電氣公司（NEC）為主承包商，采用三菱電機股份有限公司（Mitsubishi Electric Corporation）DS2000平臺研制的X頻段防衛通信衛星－2（DSN－2，也稱煌－2），于北京時間2017年1月24日17：44從種子島宇宙中心用三菱重工業公司（Mitsubishi Heavy Industry Limited）的H－2A運載火箭發射入軌。

依據日本航天開發戰略本部的規定：凡國家投資研制的航天器必須用本國火箭發射，3顆“防衛通信衛星”必須要用H－2A火箭發射。但是，由于大股東完美天空JAST公司（SKY Perfect JSAT）一再堅持，DSN公司（日本政府和防衛省支持成立的負責“防衛通信衛星”建設、維護、管理和運營的一家民營企業）董事會得到航天開發戰略本部特批，決定首發星改用“阿里安”（Ariane）火箭發射。衛星按計劃完成組裝、系統聯試后，于2016年2月運往南美法屬圭亞那發射場，途中因貨倉內壓差過大致使衛星天線側面出現一個40～50cm的凹陷，衛星被迫運回總裝廠更換天線，并重新進行系統聯試等，無法按原計劃的2016年7月13日發射；接著又有報道稱，衛星本體可能也受了損傷，不得不將發射時間推遲到2018年初，因此，本次首發的是防衛通信衛星－2。防衛通信衛星－3研制進展順利，按原計劃于2021年3月再發射。

1 衛星概況

自1989年起，防衛廳/防衛省就一直租用國內民營企業—完美天空JAST公司（最初為日本宇宙通信衛星公司）“超鳥”（Superbird）衛星的Ku/X頻段轉發器執行防衛廳/防衛省和自衛隊以及自衛隊與自衛隊間的通信、指揮和調度等使命。2013年1月，防衛省在內閣支持下做出了由新成立的民營公司DSN公司為其研制2顆“防衛通信衛星”的決定；2015年底又追加1顆；同時決定于2020年6月發射并完成3星組網運行，最終取代2000年2月18日、2000年10月7日和2008年8月15日發射的超鳥－B2、D和C2。屆時，防衛省就可用屬于自己的通信衛星鏈路執行防衛省和自衛隊、與派往國外的維和部隊，以及自衛隊與自衛隊間的通信、發出指揮和調度等使命。不過依據現在的形勢看，3星組網運行要推遲到2021年6月。

“防衛通信衛星”由結構、跟蹤、遙測和指令、以姿態控制為核心的一體化管控、電源和太陽電池翼、推進、熱控、儀表等7個分系統組成；衛星的有效載荷所采用的是MCC公司研制的新型X頻段轉發器。衛星發射3個月后穩定在可覆蓋日本本土和向日本派往國外的維和部隊提供通信服務的35800km的對地靜止軌道上空，每顆星的設計壽命均為15年零3個月。

2 研制目的

受1969年頒布的首部航天基本法中“航天開發‘僅限于和平利用’”等條款限制，不允許國家研發用于軍事目的的航天器，包括X頻段“防衛通信衛星”。1985年2月6日，日本眾議院預算委員會頒布的第五號文件認定：“防衛廳自衛隊使用一般化的通信衛星及其同等功能的衛星通信鏈路不違反‘和平利用’原則”，1989年，防衛省開始租用“超鳥”衛星的通信鏈路。其實，日本政府一直在采用能采用的一切手段全力支持航天在防衛領域的應用，包括利用政府國庫債務資金支付“超鳥”衛星的Ku、X頻段轉發器費用。不過，為避免給人留下口實，直到2008年頒布新航天基本法之前，卻一直不允許防衛省出現在內閣申報航天開發預算的名單中。防衛省一直是支持修改航天基本法的骨干省廳，2008年頒布新航天基本法，2009年，防衛省就出現在申報國家航天開發預算的名單中，還是10個省廳中申報預算增加百分比最高的一個省廳（較2008年實際增加了20.17%，達608.19億日元），被認為是修改航天基本法后受益最大的省廳。

日本之所以不惜花費大氣力修改執行長達40年的航天基本法，同時，還修改了剛剛執行了11年的《通過民間參與等促進公共設施建設之法律》（通稱PFI法），就是要確保航天不僅能夠用于防衛，還要確保民營企業資金順利進入軍事航天，使“防衛通信衛星”等重大項目得以順利實施。確保“防衛通信衛星”盡快投入使用，是實現“民掩軍”，避免航天開發預算大幅度超過國會規定的重大舉措之一。

如果說修改航天基本法是為航天在防衛領域應用掃清障礙，那么，修改PFI法則是既要使從事航天開發、應用和管理的民營企業順利誕生，又要使像DSN公司等的民營企業擁有軍事航天股份，允許其合理合法地參與諸如“防衛通信衛星”等重大軍事航天項目的開發、應用和管理。

2013年1月15日和2013年12月17日，防衛省就與DSN公司簽訂“完善X頻段衛星通信中繼功能，推進其運營事業發展項目”及其追加合同，開啟利用民間資金、運營能力和技術能力完成X頻段衛星通信網絡系統及其公用設施等的建設、維護管理和運營管理等業務的先河。

日本政府不惜以修改法律、法規等辦法為實現X頻段衛星通信計劃鳴鑼開道，也從另一個側面說明防衛省太需要這一星座了。眾所周知，日本是一個南北狹長達3300km的島國，雖然國土面積只有377837km2，但除本土的4個島嶼外，還有遠離本土的6852個小島，且大多數都有自衛隊駐防，要把這樣一個地理位置分散，駐有的各種部隊通過衛星通信網絡有效地連接起來，且確保對分布在本土以及遠離本土的6000多個島嶼上的駐軍實現動態信息共享，做到將掌握的各種“非常事態”信息以最短時間、最快的速度傳送到參謀本部，并依據分析結果制定出切實可行的對策及實地下達給各基層部隊，其保密性要求之高，實現難度之大可想而知，更何況這些駐軍之間既有聳立云天的樓群，又有密布的叢林，還有起伏的群山和陡峭的山峰遮擋，要順暢完成通信聯絡，必須有既不易受惡劣氣候等因素影響，又具備能對各種信息準確、穩定的傳輸能力的X頻段衛星通信網絡系統。防衛省20多年租用搭載X頻段轉發器的“超鳥”衛星實踐也證明：選擇與DSN民營股份公司類似的開發商開發屬于防衛省專用的通信衛星系統才是唯一正確的選擇。

3 選擇搭載X頻段轉發器的主要原因

防衛省與自衛隊，自衛隊與自衛隊之間衛星通信用轉發器概況

當前，防衛省與自衛隊，自衛隊與自衛隊之間進行衛星通信主要使用“超鳥”衛星上所搭載的X頻段轉發器，同時以Ku、L和Ka等3個頻段為輔，今后還將繼續采用這種模式。

1）X頻段，防衛省和自衛隊以及自衛隊與自衛隊間進行衛星通信用的主要頻段，可確保準確無誤地傳遞與部隊活動有關的各種重要信息，包括作戰部隊的指揮和管控，提供作戰情報支持等；

2）Ku頻段，支持完善X頻段功能，包括確保對在衛星所覆蓋的區域內向用戶提供足夠的情報信息。

3）L頻段，支持完善X、Ku頻段功能，特別是為所覆蓋區域內的用戶提供所需足夠的情報信息。

4）Ka頻段，支持完善固定通信功能等。確保無論任何時段，軌道上都有3顆衛星組網運行，防衛省還決定凡在軌衛星達到設計壽命之前，都與DSN公司協商續簽研制和發射其后繼星合同，以保證通信鏈路暢通，連續、順利地執行X頻段衛星通信業務。

選擇搭載X頻段轉發器的主要原因

X頻段“防衛通信衛星”選擇搭載X頻段轉發器主要有3個原因。

（1）衛星通信的各個頻段中唯有X頻段的抗電波傳輸障礙能力最強

X頻段轉發器的頻率為7～8GHz，這一頻段也被稱之為“電波之窗”，是包括X、Ku、L、Ka和S等用于衛星通信的各個頻段中抵御因降雨所導致電波傳輸障礙能力最強的頻段。目前在軌運行的“超鳥”衛星所使用的就是7GHz、8GHz頻段，在電波傳輸過程中它不僅損失最小，而且因大氣吸收等所致的衰減也最小，這些是其他頻段所不具備的；另外，這一頻段還是最適于用來進行移動通信用的頻段，許多國家的政府都選用這一頻段作為通信頻段。

（2）X頻段不僅衰減小，出現混頻和產生干擾的概率也非常小

X頻段的地球站/空間鏈路的短波的指向能力不僅要比與甚高頻/特高頻（VHF/UHF）頻段強，而且指向精度也相當高；傳輸過程中不僅衰減小，而且出現混頻和產生干擾的概率也比其他頻段小得多，不容易造成大的妨礙，即便造成妨礙也較其他頻段易于采取對策，外加有易于在安全和保密等方面采取有效對策的優勢，所以倍受用戶青睞。不過，向國際電信聯盟（ITU）申請并得到批準使用的手續不僅相當繁雜，而且耗時長，且必須遵守國際電信聯盟的軌道分配規則；此外，還需解決難以用方向探測器等確定其位置等問題。

（3）執行移動通信過程不僅有很強的抗干擾能力，很好的隱秘性，且具備寬帶功能

此前，許多國家和部隊的衛星通信都選用特高頻頻段和超高頻（SHF）頻段，即X頻段；利用X頻執行移動通信任務，不僅可以只用移動地球站就可跟蹤和捕獲衛星，而且還有進行高品質通信的優勢，與通常的固定（點與點間）通信相比，X頻段通信衛星的通信技術水平含量高，星載有效載荷—轉發器等星載硬件的功能非常強，不僅易于實現微小型化，輕型化，還可確保高可靠性，可以做到只要是衛星能俯看到的區段均能實現瞬時通信等特點；用于移動衛星通信的轉發器的另一個特點是頻帶非常寬，數據信息（情報）傳輸量非常大，不僅有很強的抗干擾能力，而且隱秘性非常好且易于實現寬帶化，能滿足防衛省和自衛隊對固定、移動衛星通信的要求。

“防衛通信衛星”星座建成后，不僅能提供目前租用的3顆“超鳥”衛星X頻段轉發器所提供的全部功能，還能以更快的速度傳遞信息，加大轉發器的通信容量，增加動畫和高清晰度通信傳輸等功能，實現用包括圖像、音頻和數據信息，以及混合多媒體等與分布在遠離本土、有自衛隊駐扎的島嶼在內的日本國內各地的自衛隊，還有派遣到國外的維和部隊保持實時、緊密、常態化的聯系，在確保絕對安全的前提下準確地向各支部隊傳遞信息，提供作戰情報支持等。

4 建成全套公用設施和完善X頻段衛星通信網絡系統的重大意義

建成全套公用設施，實現3星組網后，可執行一元化的防衛衛星通信體制，這樣就能更加靈活、有效地利用超越陸、海、空框架的防衛通信網絡，確保各自衛隊能在所希望的時間、與所希望聯絡的部隊、用所希望采用的通信手段進行通信。完善X頻段衛星通信網絡系統具有4個重大意義：

可根據需求實行一元化管控與統一分配，且確保通信鏈路的需求與暢通

目前，租用在軌運行的超鳥－B2、D和C2衛星的轉發器分別歸屬陸、海、空各兵種，盡管也允許其他部隊（兵種）用，但必須在首先滿足其所屬部隊需求的前提下，依據實際情況，由防衛省或與其所屬部隊溝通，在確保可有效控制通信鏈路的情況下，才允許開啟與其他各兵種、各支自衛隊間的通信網絡。2021年實現3星組網運行后，不僅可完善X頻段衛星通信事業，還可實現由防衛?。▍⒅\本部）對衛星通信鏈路進行一元化管控，由DSN公司負責衛星通信網絡系統及其公用設施等的建設、維護管理和運營等，確保衛星通信鏈路暢通。在這一前提下，根據實際需求統一向防衛省及其所屬的陸、海、空軍自衛隊和維和部隊、彈道導彈防御系統部隊等分配通信鏈路。

減少制約和限制，增大通信容量，加快通信速度，增強通信能力

僅用超鳥－B2、D和C2衛星所搭載的轉發器，不僅通信容量有限，通信速度也受一定限制，只能確保音頻和傳真，實現3星組網運行后，不僅能完善X頻段衛星通信事業，增大通信容量，還可加快通信速度，屆時，就不僅僅是進行音頻和傳真了，還可進行包括圖像映像，乃至多媒體通信；僅用超鳥－B2、D和C2衛星搭載的轉發器只能滿足與國內各部隊間的圖像中繼等基本需求，與駐扎在國外的部隊進行圖像中繼的能力有限，甚至連與派遣到國外的維和部隊進行圖像中繼都無法得到保證。實現3星組網后，使可動的點波束通信功能大幅度增強，可確保與包括維和部隊在內的國內外用戶進行圖像中繼；用超鳥－B2、D和C2衛星轉發器時，只能根據通信單位要求和實際狀況有限地調配中繼服務，這3顆衛星組網后，可以防衛省的指令為主開展全方位應用。

對陸、海、空（自衛隊）提供強力支持，確保出色完成各項任務

“防衛通信衛星”星座建成后，“不僅可覆蓋日本本土，還可覆蓋與包括遠離日本本土的小笠原群島等周邊的所有島嶼，乃至部署在最西線（亞丁灣的）和最東線（夏威夷）附近的自衛隊駐地”（中國固有領土釣魚島，以及南海諸島也在其覆蓋范圍內），可確保與這些部隊保持實時的通信聯系。通過“防衛通信衛星”網絡就可與分布在日本全國各地的陸、海、空自衛隊和遠離日本本土派有駐軍的各個島嶼，以及派遣到國外維和部隊及其戰車、戰艦、飛機，以及便攜式終端等移動物體上的人員保持通信聯系，為其提供各種通信服務，并統一、靈活、廣泛、精準地傳遞參謀本部所發布的指令和傳遞的各種情報信息。

可適應各種不同的安全保障環境變化

防衛省的官員認為：安全保障環境時刻都在變化，“防衛通信衛星”星座投入使用后，不僅能夠迅速地掌握時刻變化的環境信息，還能實時地提供包括網絡中心戰（NCW）進展、衛星通信等信息，不僅能夠造就一流的衛星收集、制造、通信應用專家，還可造就以培養出的這些專家為主的防衛衛星通信服務團隊，向包括防衛省、陸、海、空自衛隊和派往國外的維和部隊等提供優質服務。

5 DSN公司與“防衛通信衛星”

2012年12月19日注冊成立的DSN公司，是一家利用民間資金、運營能力和技術能力，建設、維護、管理和運營航天領域的特殊任務的民營企業。DSN公司的3大股東分別為完美天空公司、日本電氣公司和日本電報電話通信公司（NTT Com），其股份比例分別為65%、17.5%和17.5%。

作為出資、擁有股份的合同委托公司，3大股東分別承擔不同任務。完美天空公司主要負責資金籌措和管控，以及公共管理控制設備的維修、管理，事業的統一經營管理。日本電氣公司主要負責完善事業項目中的衛星設計、開發、總裝與協調、聯試，以及地面設施建設管控（不包括辦公區的建筑），并提供技術支持。日本電報電話通信公司主要負責這一事業項目的地面設施維修和管理（不包括辦公區的建筑）。

防衛省在DNS公司成立僅27天（2013年1月15日）就與其簽訂了執行“完善并運營X頻段衛星通信中繼功能等事業計劃”的第一階段合同：還明確了要用“阿里安”火箭和H－2A火箭分別于2016年7月和2017年1月將兩顆設計壽命為15年零3個月的防衛通信衛星-1和2送入預定的對地靜止軌道，合同總額度為1221億日元；2015年底，兩家又追簽了一份總額超過600多億日元的合同：要求DSN公司用三菱電機公司的DS2000平臺再研制一顆設計壽命為15年零3個月的“防衛通信衛星”，并于2020年用三菱重工業公司的H－2A火箭送入預定軌道，實現3星組網，為防衛省和自衛隊提供防衛通信服務。全部合同款項均利用國庫債務資金按財政年度支付。

DSN公司之所以把防衛通信衛星－1以簽訂再轉包合同方式交給阿里安空間公司用“阿里安”火箭發射，是因為防衛通信衛星－1上搭載了完美天空公司最新研制、需通過實驗和驗證盡快投放到市場的新型Ka和Ku頻段商用器材。完美天空公司認為“阿里安”火箭的發射環境和運行軌道對實驗和驗證這些商用器材更為有利，甚至還承諾搭載這些商用器材和用“阿里安”火箭發射所增加的費用全部由完美天空公司承擔，堅持一定要用“阿里安”火箭發射，DSN公司董事會、防衛省也就同意了這個大股東的要求，并得到航天開發戰略本部的批準。