小衛(wèi)星軍用優(yōu)勢(shì)獲美軍青睞

文/ 蘭順正

▲ “星鏈”計(jì)劃

北京時(shí)間2020年1月7日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角用獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭把第三批60顆星鏈衛(wèi)星發(fā)射升空。

雖然“星鏈”的作用一直被稱(chēng)為是用于建立太空互聯(lián)網(wǎng)，但是其軍事用途難以被忽視，美國(guó)空軍是“星鏈”計(jì)劃的大客戶(hù)之一。據(jù)稱(chēng)，美國(guó)空軍已經(jīng)向太空探索技術(shù)公司贊助了2870萬(wàn)美元，以把該計(jì)劃拓展到軍事領(lǐng)域。

無(wú)獨(dú)有偶，去年11月2日，美國(guó)宇航局的天鵝座貨運(yùn)飛船發(fā)射升空，執(zhí)行為國(guó)際空間站補(bǔ)給任務(wù)。此次發(fā)射，軍方和情報(bào)部門(mén)的多顆小衛(wèi)星與天鵝座貨運(yùn)飛船一同升空。

近年來(lái)，美國(guó)軍方和情報(bào)部門(mén)小衛(wèi)星項(xiàng)目逐漸增多，發(fā)射次數(shù)也更加頻繁，其正在成為美軍謀求太空優(yōu)勢(shì)的“新寵”。

▲ 整齊排列的60顆星鏈衛(wèi)星

小衛(wèi)星快速發(fā)展美軍方重視有加

按照規(guī)劃，“星鏈”計(jì)劃將發(fā)射41927顆衛(wèi)星，組建一個(gè)天基互聯(lián)網(wǎng)，可以在全球范圍內(nèi)提供低成本的互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。早期的“星鏈”低軌技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，就包括了衛(wèi)星和美國(guó)空軍戰(zhàn)斗機(jī)的天線(xiàn)陣列進(jìn)行直接互聯(lián)的內(nèi)容。

按照目前的國(guó)際慣例，通常以500千克為分界線(xiàn)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行大致劃分：將重量大于500千克的衛(wèi)星稱(chēng)為大衛(wèi)星，重量小于500千克的衛(wèi)星稱(chēng)為小衛(wèi)星。近年來(lái)，全球小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展強(qiáng)勁，發(fā)射數(shù)量逐年大幅增長(zhǎng)，逐步成為世界航天活動(dòng)的主要構(gòu)成部分之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年至2017年間，全球平均每年發(fā)射160顆小衛(wèi)星；在2018年，各國(guó)發(fā)射的小衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到322顆，約占所有衛(wèi)星數(shù)量的69%。隨著“星鏈”“一網(wǎng)”等大型小衛(wèi)星星座開(kāi)始建設(shè)，2019年至2028年間估計(jì)將新增小衛(wèi)星8500顆。

近年來(lái)，美國(guó)軍方和情報(bào)部門(mén)對(duì)小衛(wèi)星的發(fā)展和運(yùn)用非常重視。一直以來(lái)，美軍的軍事優(yōu)勢(shì)離不開(kāi)太空力量的支撐，特朗普上臺(tái)以來(lái)對(duì)奪取太空優(yōu)勢(shì)更加重視，積極推進(jìn)建立面向太空作戰(zhàn)的“天軍”。隨著全球航天技術(shù)快速進(jìn)步，人類(lèi)進(jìn)入空間和利用空間的能力大幅提升，反衛(wèi)星技術(shù)、在軌服務(wù)技術(shù)等對(duì)航天資產(chǎn)構(gòu)成的威脅也在逐步上升，美國(guó)的太空平臺(tái)已經(jīng)不再高枕無(wú)憂(yōu)。美國(guó)深知，自己過(guò)去過(guò)于倚重大型衛(wèi)星，單顆衛(wèi)星不具備彈性，易受攻擊。與之相比，大量的小衛(wèi)星將比少數(shù)大衛(wèi)星更難被敵人擊落，同時(shí)替換成本更低廉，因此為應(yīng)對(duì)新的形勢(shì)，美國(guó)軍方和情報(bào)界提出利用小衛(wèi)星星座構(gòu)建彈性網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)航天系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)失效和對(duì)手攻擊的承受能力。

2016年10月21日，美國(guó)白宮科學(xué)與技術(shù)政策辦公室公布了“利用小衛(wèi)星革命”倡議，通過(guò)與美國(guó)宇航局、國(guó)防部、商務(wù)部及其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，以促進(jìn)并支持政府和私營(yíng)部門(mén)利用小衛(wèi)星執(zhí)行遙感、通信、科學(xué)與空間探索任務(wù)。

▲ “星鏈”計(jì)劃任務(wù)徽標(biāo)

▲ 釋放星鏈衛(wèi)星

2019年10月25日，新美國(guó)安全中心發(fā)布了《新興太空環(huán)境下的小衛(wèi)星：對(duì)美國(guó)國(guó)家安全航天計(jì)劃與項(xiàng)目的影響》報(bào)告。在報(bào)告中美方認(rèn)為，就發(fā)射成本與總生命周期成本的占比而言，廉價(jià)的小型衛(wèi)星比昂貴的大型衛(wèi)星高得多，因此使用小衛(wèi)星的總體成本效益會(huì)因發(fā)射成本降低而提高更多。同時(shí)由小衛(wèi)星構(gòu)成的大型星座使得太空資產(chǎn)變得分散，加大了潛在對(duì)手攻擊天基資產(chǎn)的難度。此外，小衛(wèi)星還能構(gòu)成足量的戰(zhàn)時(shí)儲(chǔ)備。

偵察預(yù)警、通信導(dǎo)航小衛(wèi)星優(yōu)勢(shì)凸顯

目前，美軍已經(jīng)開(kāi)展了多個(gè)小衛(wèi)星項(xiàng)目，包括“作戰(zhàn)響應(yīng)空間衛(wèi)星計(jì)劃”、“提高軍事作戰(zhàn)效能的空間系統(tǒng)”等。

“作戰(zhàn)響應(yīng)空間衛(wèi)星計(jì)劃”包含4顆快速響應(yīng)空間（ORS）衛(wèi)星。2011年6月，ORS-1和ORS-2衛(wèi)星發(fā)射升空，屬于成像小衛(wèi)星，主要為阿富汗和其他戰(zhàn)場(chǎng)提供高分辨率偵察圖像，目前仍在軌服務(wù)。此外，ORS-3和ORS-4衛(wèi)星也在2013年發(fā)射，目前主要用于技術(shù)驗(yàn)證。

“提高軍事作戰(zhàn)效能的空間系統(tǒng)”由美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究計(jì)劃局在2012年提出，主要通過(guò)手持設(shè)備為海外以及超視距戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)人員提供態(tài)勢(shì)感知圖像，力求作戰(zhàn)人員在90分鐘內(nèi)收到精確位置的衛(wèi)星圖像?！疤岣哕娛伦鲬?zhàn)效能的空間系統(tǒng)”計(jì)劃采用空基發(fā)射的方式，90天之內(nèi)完成24顆衛(wèi)星的星座部署，單顆衛(wèi)星重量約50千克，軌道高度200～350公里。

2019年8月7日有報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)陸軍將在未來(lái)幾年嘗試三種不同的小衛(wèi)星傳感器有效載荷項(xiàng)目，目標(biāo)是從近地軌道向前線(xiàn)地面戰(zhàn)術(shù)單位直接提供支持，包括偵察、通信、導(dǎo)航等。這些可能由商業(yè)衛(wèi)星搭載的小衛(wèi)星有效載荷，是美陸軍不斷發(fā)展的多域戰(zhàn)概念的重要組成部分。三個(gè)新的衛(wèi)星項(xiàng)目分別名為“Gunsmoke”“Lonestar”“Polaris”，它們將在近地軌道商業(yè)平臺(tái)上演示驗(yàn)證精確定位、導(dǎo)航和授時(shí)等能力。

2019年11月2日與天鵝座貨運(yùn)飛船一起被發(fā)射至國(guó)際空間站的小衛(wèi)星，包括美國(guó)空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心的兩顆試驗(yàn)用立方體衛(wèi)星Rogue-Alpha和Rogue-Beta，此外還有美國(guó)國(guó)家偵察局的兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星AeroCube14A、14B。

Rogue-Alpha和Rogue-Beta衛(wèi)星每顆重約3.7千克，尺寸34厘米×11厘米×11厘米，衛(wèi)星的有效載荷由一個(gè)定制設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)商用的相機(jī)組成，另外還有一個(gè)可以將大的圖像文件下行的高速激光通信系統(tǒng)。據(jù)美國(guó)空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心發(fā)展項(xiàng)目執(zhí)行官員表示，Rogue-Alpha和Rogue-Beta任務(wù)將幫助美國(guó)空軍了解現(xiàn)有商用技術(shù)在多大程度上能夠滿(mǎn)足軍方的需求，這將為未來(lái)幾年在近地軌道上部署大數(shù)量的衛(wèi)星星座的可行性提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

AeroCube14A、14B立方體衛(wèi)星每顆重約3.5千克，尺寸為10厘米×10厘米×30厘米，衛(wèi)星試驗(yàn)包括納米技術(shù)的有效載荷，它將在太空環(huán)境中測(cè)試新興材料。衛(wèi)星配備了先進(jìn)的太陽(yáng)能電池，將進(jìn)行性能和退化測(cè)試，以幫助未來(lái)的電池設(shè)計(jì)。這些衛(wèi)星還包含標(biāo)準(zhǔn)化的模塊實(shí)驗(yàn)接口，允許實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)人員和總線(xiàn)設(shè)計(jì)人員在集成和啟動(dòng)之前更加獨(dú)立地操作，從而提供更大的靈活性和更快的開(kāi)發(fā)周期，可能會(huì)改變未來(lái)小衛(wèi)星執(zhí)行任務(wù)的方式。

▲ 準(zhǔn)備與國(guó)際空間站對(duì)接的天鵝座飛船

近年來(lái)，美國(guó)軍方和情報(bào)部門(mén)非常重視小衛(wèi)星的發(fā)展，并且有不少私營(yíng)航天企業(yè)參與項(xiàng)目。“星鏈”計(jì)劃便是太空探索技術(shù)公司于2015年正式啟動(dòng)的下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目標(biāo)是能夠以可靠且低廉的成本為全球終端用戶(hù)提供低延遲、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)寬帶服務(wù)，尤其是那些未被互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的人群。該計(jì)劃雖為民間企業(yè)發(fā)起，但其巨大的軍用潛力同樣受到美軍的青睞。據(jù)太空探索技術(shù)公司高級(jí)副總裁蒂姆·休斯表示，該企業(yè)2018年初就開(kāi)始為美空軍的“全球閃電”項(xiàng)目作測(cè)試，借助“星鏈”系統(tǒng)最初兩顆測(cè)試衛(wèi)星，向一架飛行中的C-12型軍用運(yùn)輸機(jī)所搭載終端發(fā)射電波，當(dāng)時(shí)信號(hào)傳輸速率達(dá)每秒610兆字節(jié)，是當(dāng)前美軍戰(zhàn)區(qū)每秒5兆最低傳輸速率要求的102倍，足以在一分鐘內(nèi)下載一部電影。據(jù)稱(chēng)這一項(xiàng)目將繼續(xù)進(jìn)行，更多型號(hào)的軍用飛機(jī)將投入測(cè)試。

▲ 準(zhǔn)備進(jìn)行環(huán)境測(cè)試的ORS-1衛(wèi)星

▲ “提高軍事作戰(zhàn)效能的空間系統(tǒng)”衛(wèi)星主要用于偵察監(jiān)視

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，小衛(wèi)星具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)正在顯現(xiàn)，尤其是在低軌道偵察、導(dǎo)彈預(yù)警、通信導(dǎo)航等方面優(yōu)勢(shì)更加凸顯，在美國(guó)建設(shè)“天軍”工作推進(jìn)的背景下，小衛(wèi)星將成為美軍保持太空優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵之一。根據(jù)美國(guó)相關(guān)智庫(kù)的建議，今后美軍可能將致力開(kāi)發(fā)和部署由小衛(wèi)星組成的一個(gè)或多個(gè)星座，包括在分散的小型商業(yè)衛(wèi)星上寄宿有效載荷或搭載經(jīng)過(guò)改進(jìn)的有效載荷，以便更熟悉對(duì)這類(lèi)星座的操作。同時(shí)美軍會(huì)適當(dāng)擴(kuò)大小衛(wèi)星儲(chǔ)備，以便隨時(shí)“補(bǔ)網(wǎng)”。另外，為了保證在需要時(shí)能把足夠多的小衛(wèi)星快速送入軌道，開(kāi)發(fā)更高效、更具成本效益的航天運(yùn)載器（尤其是小型運(yùn)載火箭）也將是美軍研究的重點(diǎn)。