浅谈中外舰载卫星通信终端站--115冰淇淋蛋筒

新年伊始某新型舰再次通过色友之手展示在军迷面前时，除了新增的反舰导弹、电子战天线等武备之外，原来就已安装的舰载卫星通信终端站以更加清晰的形象展现出来，由于天线安装基座的有趣形状，卫通天线及基座被赋予了“冰淇淋蛋筒”的戏称，那么究竟是什么样的技术原因导致了这种形状的出现，又具有什么样的战术价值？不妨就着这些问题，探究一下海军卫星通信系统的奥秘。

　　海军使用卫星通信始于70年代中期，现已成为海军重要的战略和战术通信手段。海军卫星通信系统由大量在海上移动的、小容量、间断使用的舰艇卫星终端站和通信卫星，以及岸上大容量、宽频带、连续工作的固定站组成的系统。各舰艇卫星终端站通过通信卫星可相互通信，也可通过卫星与岸站通信。和一般的地面卫星通信相比，海军卫星通信具有以下显著特点：

　　- 舰艇机动性强、摇摆大、工作环境恶劣，因此要求终端站设备可靠性好，操作维护方便，天线结构简单，能克服摇摆影响不断地跟踪卫星；

　　- 单个舰艇卫星终端站通信容量小，频带窄，容易受到各种干扰；

　　- 舰艇终端站的工作频率和输出功率受到条件限制，稳定性较差；

　　- 舰艇终端站接收机的增益/噪声温度比（G/T）值低，因此为保证其工作可靠，需要增加卫星和岸站的设备的复杂性；

　　- 海军对通信的实时性要求很高，要求系统建立时间短，而偶然中断后的维持时间则应长。

　　世界各国海军使用的卫星通信系统大多工作在特高频UHF（225-400MHz）和超高频SHF（7-8GHz）频段，也有使用极高频EHF频段。一般特高频卫星转发器的带宽有25kHz和500kHz两种，用调频—频分多址方式工作，每个转发器（25kHz）30路话和12路电传；超高频卫星只携带较少量的转发器，但带宽可达500MHz，容量为1300路话或100Mb/s数据，采用频分多址或码分多址方式。

　　卫星通信的工作频段选取的是否合适，直接影响到系统的总体性能、成本和舰艇作战能力的发挥。在选定海军卫星通信的工作频段时，主要考虑下列因素：

　　- 尽可能使天线受到的外界噪声和干扰电平小些；用于舰艇终端站的天线结构简单，能方便地跟踪卫星；

　　- 电波传播损耗及其他损耗要小；

　　- 设备轻便，功耗小，以便普及使用；

　　- 有尽可能宽的频带，以满足一定的通信容量要求；

　　- 便于利用成熟的技术或与现有通信设备兼容。

　　在舰艇上要保证终端站天线始终准确地指向卫星，必须采用一套伺服系统来克服摇摆的影响；而舰艇的环境条件限定了伺服系统的复杂性，并要求天线的几何尺寸小、结构简单，由于天线方向性一般随着频率的增高而变窄，因此要求选用较低的工作频率，虽然这会降低天线增益，但可以得到宽波束的天线方向图，天线的跟踪伺服系统也可以设计得简单些，且得到较小的电波传播损耗。

　　在工作频率分别为SHF（8GHz）和UHF（250MHz）时，来自同步卫星高度的自由空间路径传播损耗分别是201dB和171dB。因此，对相同的卫星全向有效辐射功率和舰载站接收系统噪声温度来说，对舰载站天线增益的要求，SHF频段比UHF频段大30dB，才能得到相同的输出信噪比。为此，SHF频段的天线不但结构复杂、几何尺寸要增大，而且需要精确的天线伺服系统；而相应的UHF频段的天线，则要简单和小得多，甚至可以不用伺服系统而只采用手动控制即可工作。

　　另外，UHF频段的卫星通信收发信机可以兼容使用原有的视距通信设备，可节省经费，加速卫星通信系统的开发应用，虽然通信容量较小，但能满足舰船通信的需要。 虽然SHF频段的卫星通信系统的性能在多方面不如UHF频段，但下列突出优点也使得SHF频段在科技进步的推动下逐渐广泛应用。SHF频段卫星通信系统可用带宽明显增加，支持高速率数据；信号传播稳定，衰减影响降低；天线增益高，波瓣窄，可降低截获率，增加抗干扰能力；可应用扩频通信。

　　有关舰载卫星通信系统的最耳熟能详的案例莫过于1982年英阿马岛战争中英国42型“谢菲尔德”号驱逐舰被阿根廷“飞鱼”空舰导弹击中并最终导致沉没的战例。在许多种说法中，有一种就是把英舰未能及时发现阿机归咎于因卫星通信终端站的使用而关闭了警戒雷达。结合这种说法，以英国海军卫星通信系统为例来简要介绍一下舰载超高频卫星通信系统。

　　“谢菲尔德”号驱逐舰装备的是英国马可尼空间防务公司生产的SCOT1型卫星通信终端站。SCOT即Satellite Communications Terminal的缩写，属于英国军用卫星通信系统“天网”的终端设备，该系统是利用同步轨道建立的适应于英国同中东、远东地区的卫星通信系统；但SCOT也可以使用北约卫星或美国国防卫星通信系统（DSCS）的卫星，因此装有SCOT的舰艇在三大洋都可以和英国本土通信。

　　SCOT1适用于驱逐舰和护卫舰一级的水面舰艇，只提供电报通信。SCOT1由2套天线、设备舱和位于主通信室内的控制台构成。天线为卡塞格伦型，直径为1.05米，天线罩由玻璃钢制成，直径1.5米，高1.8米。两套天线分别安装在左右舷，具有独立稳定装置，在舰艇摇摆不大于±25度时均可进行正常通信。

　　SCOT1采用的带稳定装置的卡塞格伦型天线，表明该系统采用了SHF频段。稳定装置用于保证天线的指向精度，卡塞格伦型天线增益较高，较大的天线尺寸也有利于波束的方向性。天线罩则用于保护天线不受大风的损害（同为超高频系统的美国AN/WSC-6的天线要求在风速达185km/h时仍能捕捉和跟踪卫星），并可防止结冰。

　　天线分2套两舷安装的目的是保证舰艇航行时，无论舰艇如何机动，总可以至少使1套天线对准卫星，不致因上层建筑的遮蔽而中断通信。同时SCOT1的设备舱位于前桅底部舱室内，离天线很近，可以尽量减少低噪声放大器的馈线噪声。

　　在“谢菲尔德”号上，SCOT1天线安装于舰桥顶部左右前桅根略靠首的位置，1022型对空警戒雷达天线则位于舰桥顶部靠舰桥前端壁位置，从雷达天线宽度看，SCOT1的天线在指向正前方时，俯仰在30-45度左右时，其发射的主波束将有可能干扰警戒雷达。这也是SHF频段卫通天线影响舰船总布置的主要因素之一，其天线主波束射频能量密度很高，能产生严重的电磁干扰和对人员造成辐射伤害，对周围100米范围内的武备均有不利影响。因此，“谢菲尔德”号事件中，如果当时其SCOT1天线确实处于工作状态并且主波束正好指向1022型雷达天线的话，1022不开机是应该的。但另一方面，也正由于方向性较强，加上天线的两舷布置，“谢菲尔德”号完全可以通过略微的航向变化以使SCOT1的波束避开1022型雷达天线，而且从“谢菲尔德”号执行的雷达哨舰的任务看，没有必须保持固定航向的战术要求，也没有特别的敌情令之无法做出机动，因此所谓SCOT1的使用导致警戒雷达无法开机的说法依据不够充分，而且也有说法是在阿军超军旗攻击机急跃升以获得目标数据时，英舰雷达曾捕获到瞬时信号，由此证明警戒雷达处于开机状态，并且工作正常，只是由于值机人员未能判定信号的含义而忽略了。但鉴于马岛战争的众多战例是90年代之前较大规模现代海空战的最佳教案，在之后的技战术研究中引发的对电磁兼容性的重视是前所未有的，也使兼容性成为中国创立的“两力六性”的舰船设计衡准之一。

　　回到我们的“冰淇淋蛋筒”。从112/113开始中国驱逐舰上出现了卫星通信终端站，之后的新建驱逐舰上无一例外地安装有卫通，但位置各不相同。112/113上位于桁格桅根部两侧，167上位于后桅根两舷，168/169则在靠近机库前端壁的后桅根两舷，170/171由于多功能相控阵雷达的装备而减少了雷达种类，同时更换和减少了反舰导弹，因此在舯部出现较大舰面空间，成为卫通天线安装的理想场所。某新型舰的母型为167，但原后桅两舷被CIWS所占据，总布置平衡后挪至目前位置，为保证本舰机动时的通信不中断，天线必须保证一定的间距，才能避免舰桥及后桅遮蔽带来的盲区，而甲板室的宽度有限（既要保证舷侧通道，又不能使甲板室宽度超过主甲板宽度的92%，否则将破坏主甲板作为强力甲板的强度连续性），使得卫通天线的位置几乎达到侧壁处，加上为隐身目的而形成的内倾侧壁与圆形基座相切，最终形成了“冰淇淋蛋筒”。

　　但长久以来，由于天线罩的缘故，中国驱逐舰上的卫通天线总是“养在深闺”，还好有色友的努力终于让我们一睹“庐山真面目”。从照片上看，该卫通天线也是卡塞格伦型，表明中国海军卫星通信系统采用SHF频段，具有较大的带宽和较高的数据率，射频能量密集的窄波束对改善电磁兼容性亦有一定帮助，通过本身的指向调整及本舰机动基本上可以避免对舰面其他电子设备的影响，这也可能是在对驱逐舰的总体要求中电磁兼容性这一项不专门提及卫通和雷达天线电磁干扰的原因之一。

　　另外，美国海军大量装备的AN/WSC-3型特高频卫星通信终端站和SCOT等超高频终端站无论是结构还是外观都大不一样。AN/WSC-3系统的AS-3018/WSC-1天线由4个交叉偶极子组成，产生右旋圆极化波。同样为避免上层建筑遮蔽而使用2套以上天线，并且能够自动切换。天线安装在能全方位和俯仰2-110度的基座上，但基座强度和安装精度要求都远较SCOT等为低，而且由于天线尺寸较小，一般不安装天线罩。此外，AN/WSC-3还能兼容视距通信。从近年中国海军的新型驱逐舰的舰面设备来看，根据尺寸、安装方式等不排除也有类似装备，但可能主要用于视距通信而兼容特高频卫星通信。

　　某新型舰围绕某特殊装备的装舰而设计，因此在总布置方面捉襟见肘，其母型舰原本简洁洗练的舯部舰面布置被许多突兀的舱室所破坏，“冰淇淋蛋筒”及其设备舱即是其中之一；撇开舰船美学不论，“冰淇淋蛋筒”的，设计者为此付出的心血也值得赞赏。

　　无论如何，但愿该型舰在总布置设计中的梦魇不再，但愿“北海双雄”真正扛起一把舰队疏而不漏的天罗伞。