天基通信如今对军事行动而言，已如同燃料和后勤一样不可或缺。作战人员期望在指挥控制、情报和实时态势感知方面获得有保障的连接，同时还要面对日益增长的网络、电子和物理威胁。

这一现实正迫使美国国防部重新思考卫星以及将任务连接至太空的地面系统。在这个新时代，“韧性”意味着设计能够在对峙环境中存活、适应快速变化的商业服务供应，并能持续提供可靠通信的地面系统。这需要超越传统的抛物面天线，转向新型的相控阵技术。

旧有系统的诸多局限

传统地面站使用锁定地球同步轨道卫星的大型抛物面天线。数十年来，这些系统“足够好用”。卫星在天空中看似固定，天线对准一个点，只要电机和机械结构保持工作，链路就能维持。

但这种传统模式有严重局限。每个天线严格对应一个波束。如果需要更多同时链路，就需要更多天线，这在成本、复杂性和占地面积方面都不可持续。

大型天线需要重型底座、混凝土基座、起重机安装以及大量的运营和维护费用。更换部件可能需要数周或数月才能到位。此外，一群天线是使用卫星影像即可清晰识别的高价值节点的明显标志。

最后，与地球同步轨道卫星不同，低地球轨道和中地球轨道卫星在天空中快速移动，需要持续跟踪和重新对准。

更优解决方案

随着技术进步，相控阵天线提供了一种根本不同的方法，它使用多个辐射单元来被动控制波束方向。实际上，一个相对平坦、包含多子阵的面板可以形成和重配置多个波束，跟踪天空中多颗卫星，并通过软件在不同卫星星座和频段之间切换。

防务界已广泛研究并讨论用相控阵替代抛物面天线。直到最近，该技术才变得切实可行。早期的阵列尺寸太大、功耗过高、成本远超替代方案，使其仅限于利基应用。

如今情况正在改变。相控阵技术和硬件的新颖进展减小了尺寸、功耗和成本，同时提升了性能。因此，相控阵正重新成为地面基础设施中传统抛物面天线的可行替代方案。

卫星通信设计重点

对于防务决策者而言，这一转变符合韧性卫星通信架构的三个关键设计重点：架构多样性、互操作性和安全性。

• 安全性：在对峙领域中生存。地面系统是目标，对手拥有从网络入侵到电子和物理攻击等多种选择。韧性卫星通信必须应对多个维度——必须更难以被发现、瞄准或截获；必须更难以被干扰；必须符合网络安全和物理隔离的需求。
• 架构多样性：拥有更多通往太空的路径。韧性卫星通信依赖于拥有多种安全传输数据的方式。这意味着必须利用多种轨道，必须使用多样化频段，并且必须结合政府与商业能力及混合模式。
• 互操作性：将各系统整合成韧性整体。跨星座、跨供应商、跨地面基础设施的互操作性至关重要。对于抛物面天线，增加容量或网络的通常答案是“再加一个天线”。每个新网络都涉及新硬件、新的集成工作和另一个故障点。这推高了成本和复杂性。电子控制阵列支持不同的方法。一个终端可以支持多个同步波束，同时与不同卫星和网络通信。软件定义的接口使得相同硬件能与不同的调制解调器机架、任务网络和管理系统互操作。地面操作员可以动态分配波束给不同任务，而非将硬件专用于单一用途。

从预算角度看，相控阵仅在技术上令人印象深刻是不够的。其总拥有成本也必须具有竞争力。但由于单个阵列可以替代多个大型天线及其昂贵的维护，其商业案例变得更具吸引力。

当今的作战环境——以天线老化、星座扩张和太空领域对抗性加剧为特征——正将传统地面系统推向极限。为多样性、互操作性和安全性而构建的现代相控阵终端，提供了国防部门所需的韧性卫星通信解决方案。