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美国空军的 AFWERX 计划正在资助开发一个吊舱，以实现飞机和在轨卫星之间的超视距激光通信。这样的概念并不新鲜，但光学技术的最新发展可能使在大规模部队中部署这样的系统更加可行。鉴于传统的基于射频的网络面临的威胁，开发更具弹性和强化的通信形式，例如激光链路，无疑将在未来的冲突中证明非常有价值，因为电子战可能会削弱军队的重要网络。 AFWERX 本周将第一阶段小型企业技术转让合同授予位于圣地亚哥的公司Space Micro，该公司为卫星设计光电传感器、软件子系统和通信技术。Space Micro 将该项目称为 DEFORMO，并表示他们的目标是开发一种“可以部署在各种美国空军飞机上的空对空激光通信吊舱”。
据报道，一名从事该项目的工程师表示，该合同的目标是设计一个“可以坐在像 F-35 这样的战斗机机翼下”并每秒传输高达 10 Gb 数据的吊舱. 该吊舱旨在“在机载资产和地球同步通信卫星之间提供光通信链”，可适用于有人驾驶或无人驾驶飞机。 Space Micro 首席执行官 David Strobel表示，飞机和卫星之间的这种类型的光通信涉及“一些你可能做的最困难的指向和导航，特别是如果我们被告知他们需要在他们飞行时保持这种上行链路机动。” 去年，该公司获得了空军的另一份合同，以开发一种可以将射频 (RF) 信号转换为光通信的系统，反之亦然。 显然，保持机载和轨道资产之间的视线连接是一项复杂的工作，特别是在需要清晰视野的吊舱格式中。对于像 F-35 这样的隐身喷气式飞机来说，增加吊舱也会带来雷达横截面方面的问题。但是，吊舱系统可以轻松快速地集成到现有飞机上，而无需更改其设计。 如果这项由 AFWERX 资助的合同能够生产出可以安装在现有飞机上的工作激光通信吊舱，它就可以打开大门，将类似系统直接集成到有人驾驶和无人驾驶飞机以及其他可以用作传感器中继的平台中。这样的概念可能与高空平台配对，为许多其他在视距内运行的飞机提供难以置信的弹性超视距通信中继能力，例如隐形飞机或弹药群，即使在对等期间存在密集电子战能力的国家冲突。 它对于隐身资产也特别有用，即使是那些在部署了系统的集中式平台的视线范围内的资产，也可能需要在严格的排放控制下运行才能不被发现。当与类似于SpaceX 的 Starlink的网状卫星网络配对时，即使某些卫星因敌人的攻击而丢失或禁用，它也可以提供弹性通信系统。 战区在我们对空军秘密高空、长航时 (HALE) 隐形无人机（通常称为 RQ-180）的深入专题中特别强调了这项技术，以及它可能打算履行的角色和任务。
如前所述，与射频 (RF) 通信不同，这样的光学数据链路几乎不可能被干扰或拦截，除非有敌对资产实际进入吊舱和卫星之间。激光链路也不受电磁干扰或脉冲的影响，使其比基于射频的通信系统更具弹性。出于这些原因，Space Micro 的 Strobel 表示，这样的吊舱可以“让我们的隐形飞机能够在敏感操作期间安全地进行通信，而不会泄露它们的位置。” 尽管光链路比射频通信更坚固，但光链路也有其自身的挑战。一方面，任何空对空光通信吊舱都必须携带足够强大的激光才能到达轨道上的卫星，这在过去在尺寸、功率和重量 (SWAP) 方面都存在障碍。然而，现代激光技术已经成熟和小型化，以至于这些因素不再像最近几十年那样受到限制。平台飞得越高，对大气的干扰也就越小。 除了 SWAP 考虑之外，飞机的运动会产生影响光学连接完整性的“抖动” ，空气动力产生的湍流也会产生影响。与太空中的物体和地球大气层中的物体之间的任何光学连接一样，也存在大气闪烁或干扰的问题。这就是自适应光学概念的用武之地。自适应光学最初在冷战期间作为一种帮助跟踪苏联卫星的机密技术而开发，它使用先进的可变形镜和可以测量和解释大气干扰的软件。 Space Micro 正在为空军开发的 DEFORMO 系统包括一项由约翰霍普金斯大学为 NASA 开发的专利“双自适应反射镜技术”。隶属于该校的研究人员此前与空军研究实验室合作发表了关于在机载激光通信中使用自适应光学的研究。Space Micro表示，在传输高速光通信方面，这项技术“有效地消除了地球大气物理的不确定性”。 使用激光作为太空中安全光通信链路的总体想法并不是一个新想法。至少据我们所知，第一个卫星对卫星激光链路是在 2001 年在两颗欧洲卫星之间建立的，美国国防部 (DOD) 已计划至少从 2020 年开始测试这一概念。五角大楼的太空开发该机构计划到2024 年发射一个由 150 颗卫星组成的星座，以通过激光交联建立一个更快、更坚固的军事通信网络。DARPA去年公布了一项类似的计划，称为天基自适应通信节点或 Space-BACN。 SpaceX 的 Starlink 等商业卫星星座已经开始使用激光链路在太空中相互通信， 美国空军正在与它们合作以满足未来的作战网络需求。 国防部甚至研究使用激光在卫星和潜艇之间发送通信。洛克希德马丁公司也在1990 年代初研究了这个概念。
无论如何，在为飞机配备超视距激光通信链路方面已经取得了一些进展。通用原子公司在 2020 年的一次测试中展示了他们的机载激光通信系统 (ALCoS) ，该测试被描述为“为我们的飞机提供无法被对手干扰或检测到的高带宽通信系统迈出的关键一步”。ALCoS 旨在与中空、长航时无人机（如MQ-9 Reaper ）兼容，并提供 300 倍于射频卫星链路的数据承载能力。空中客车公司还宣布了开发类似系统的计划。 虽然飞机和卫星之间的激光连接曾经听起来很遥远，但光学研究一直在稳步将这一想法推向技术准备。这些都是非机密领域的发展。该技术很可能在分类领域也取得了进展。鉴于美国卫星现在每天面临的威胁，在关键资产之间寻找新形式的强化通信无疑将成为近期的优先事项。 |
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