王景泉

(北京空間科技信息研究所, 北京 100086)

美國調(diào)整軍事航天器的發(fā)展策略

王景泉

(北京空間科技信息研究所, 北京 100086)

美國對軍事航天器的依賴性不斷增強，也面臨著航天器越來越長的研制周期和越來越高的研制成本，因此，改變軍事航天器的發(fā)展策略成為當務(wù)之急。美國為提升戰(zhàn)場實戰(zhàn)能力正在進行發(fā)展思路的戰(zhàn)略性調(diào)整，主要包括：拓展搭載軍事有效載荷的途徑；推進將大型衛(wèi)星有效載荷拆分成小衛(wèi)星的模式；開發(fā)分布式軍事太空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；對運載資源挖潛；優(yōu)化商業(yè)模式實現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展。對已有衛(wèi)星的后續(xù)系統(tǒng)，進行規(guī)模改造與能力提升途徑的調(diào)整，主要包括：對于軍事通信衛(wèi)星，擴大寬帶或“超高頻”(SHF)系統(tǒng)，突出窄帶或“特高頻”(UHF)系統(tǒng)及“先進極高頻”(AEHF)系統(tǒng)；分步升級GPS的地面部分，將GPS-3提升為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施；確保導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)重點。在開發(fā)新系統(tǒng)時，美國注重提高效能和降低成本，發(fā)展有效的支持能力和低成本小衛(wèi)星系統(tǒng)，提高低成本機動發(fā)射和快速進入太空的能力，并以軌道資源利用為目的開拓新途徑。

軍事航天器；發(fā)展策略；調(diào)整動因；有效載荷搭載；分類調(diào)整

1 引言

軍事太空系統(tǒng)已經(jīng)成為支持所有軍事、維護和平和外交活動的綜合系統(tǒng)。近年來，發(fā)展軍事航天器的國家越來越多，競爭加劇。隨著對軍事太空系統(tǒng)的依賴性進一步增強，美國為了保持其優(yōu)勢和領(lǐng)先地位，必須發(fā)展能力強和效率高的軍事太空系統(tǒng)[1]。由于預(yù)算限制，降低成本又成為美國發(fā)展軍事太空系統(tǒng)必須遵循的原則。面對新出現(xiàn)的威脅和緊縮的預(yù)算，美國空軍航天司令部表示，必須進行全面改變，否則就無法保持現(xiàn)有能力，甚至?xí)霈F(xiàn)不可持續(xù)的未來[2]。美國國防部正在實施分散化(Disaggregation)策略，并發(fā)布了在能力、可持續(xù)性和彈性(Resilience)之間確定平衡點的白皮書，保證關(guān)鍵的軍事和情報獲取等太空設(shè)施能不間斷地進入太空。美國將改變未來軍事太空的體系結(jié)構(gòu)，全面調(diào)整軍事太空發(fā)展策略[3]；并將根據(jù)美國政府“減扣”(Sequestration)的預(yù)算(預(yù)算的壓縮)調(diào)整具體發(fā)展途徑。

2013年1月，美國國防政策法案立法，奧巴馬有效地停止了與德國、意大利的聯(lián)合導(dǎo)彈防御計劃，轉(zhuǎn)而加大支持國防部計劃取消的研制、試驗和裝備快速響應(yīng)太空項目的力度。關(guān)于國家安全太空計劃，2013年在申請額度之外再增加5000萬美元，明確保護美國空軍計劃中止的“作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空”(ORS)和“太空試驗計劃”(STP)。國防授權(quán)法案(NDAA)要求保留ORS辦公室，2013年撥款4500萬美元開展活動，并以大約同樣的資金支持STP，用于國防部各機構(gòu)開發(fā)的技術(shù)進行太空試驗。

本文概括了美國軍事航天器調(diào)整發(fā)展策略的動因，主要分析了發(fā)展思路的戰(zhàn)略性調(diào)整和規(guī)模改造與能力提升途徑的調(diào)整，可為我國航天發(fā)展策略的制定提供參考。

2 發(fā)展策略調(diào)整的動因

2.1美國對軍事航天器系統(tǒng)依賴性不斷增強導(dǎo)致的問題

近年來，國家安全的太空能力已經(jīng)成為美國軍事行動、情報運行和外交政策依靠的關(guān)鍵，國家經(jīng)濟、工業(yè)活力和公共安全等也在很大程度上依賴于商業(yè)衛(wèi)星，以及軍事和其他太空系統(tǒng)。太空系統(tǒng)、相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)對2010年美國國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的直接貢獻達到1500億美元；太空技術(shù)對公共服務(wù)和私人業(yè)務(wù)的間接貢獻可能產(chǎn)生的經(jīng)濟價值，更是直接經(jīng)濟價值的數(shù)倍。這使得美國依賴于太空系統(tǒng)的國家經(jīng)濟能力、國家安全和國際聲望，達到了50年前無法比擬的程度。

然而，作為全球太空系統(tǒng)發(fā)展最領(lǐng)先和對太空系統(tǒng)依賴最強的國家，美國在近10～15年來的軍事太空系統(tǒng)發(fā)展中卻面臨越來越嚴重的問題。美國國防部的許多軍事太空計劃，都因大幅度經(jīng)費超支和長時間計劃推遲，不得不進行調(diào)整，甚至取消。用戶要求不斷提高和變化，技術(shù)狀態(tài)難以凍結(jié)，衛(wèi)星越做越復(fù)雜，可靠性降低，也容易出現(xiàn)紕漏，使得系統(tǒng)越來越脆弱。軍事航天器項目研制周期一拖再拖，發(fā)射日期甚至后推3～4年，使得發(fā)射的系統(tǒng)在壽命后期所利用的技術(shù)比商業(yè)系統(tǒng)落后1～2代，嚴重制約了軍事太空系統(tǒng)的技術(shù)進步。而且，隨著成本越來越高，航天器制造部門越來越困難，隨之也出現(xiàn)了信譽降低等問題。目前，單顆衛(wèi)星的成本甚至已經(jīng)超過10億美元。在10項最大的太空計劃中，平均單顆衛(wèi)星成本超支100%，間接成本和運載火箭成本也在迅速攀升。過去10年間就出現(xiàn)了15項以上的計劃因突破最高限度(即Nunn-McCurdy，1982年的NDAA規(guī)定，如果項目總成本的增加超過原來預(yù)算的25%，則列入違反法規(guī)項目，直接取消)而被取消。

上述問題嚴重影響了美國近期太空能力的增強，遠期將繼續(xù)威脅持續(xù)發(fā)展的活力和未來前景。這種狀態(tài)甚至在未來10年內(nèi)也難以改變[4]，會嚴重降低航天工業(yè)的可信度。美國未來預(yù)算壓力會變得更加嚴重，成本超支將使航天工業(yè)潛在著越來越大的危機，迫使美國探索新的發(fā)展途徑。

2.2軍事航天器系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展面臨新難題

(1)創(chuàng)新與快速能力形成的矛盾。多年來，由于創(chuàng)新思維的膨脹，美國太空領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新概念新系統(tǒng)和超前的計劃，因此總是多種矛盾交織，決策困難，屢屢發(fā)生推倒重來“另起爐灶”的情況。對于一直以來以太空系統(tǒng)為主宰的任務(wù)，美國不斷提出用具有更高可信度的非太空系統(tǒng)替代太空系統(tǒng)，增加了未來太空技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。因此，增強發(fā)展軍事太空系統(tǒng)的動力成為迫切的問題。

(2)尚未明確關(guān)于增強關(guān)鍵軍事太空能力的范圍。應(yīng)對目前的態(tài)勢，最基礎(chǔ)的一步是增強關(guān)鍵的軍事太空能力。所謂關(guān)鍵，主要涵蓋直接支持作戰(zhàn)，有益于國家經(jīng)濟、國家安全、國際關(guān)系、科學(xué)發(fā)現(xiàn)和提高生活質(zhì)量等。其中，重點技術(shù)領(lǐng)域是發(fā)展衛(wèi)星通信，先進的導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)，全球定位、導(dǎo)航和授時，戰(zhàn)場成像偵察，精確的和時間敏感的氣象數(shù)據(jù)提供能力，以及增強的太空態(tài)勢感知能力等。面對嚴峻的財政環(huán)境，美國空軍必須在規(guī)定的時間投入適當?shù)某杀?，獲得滿足應(yīng)用的能力。不過，降低成本和改進采購策略并不簡單，必須首先確定提升太空系統(tǒng)軍事能力的范圍。

(3)目前發(fā)展策略的有效性遭遇瓶頸。面對新情況，如果按過去的思路，很有可能是提高支持基礎(chǔ)，采用漸進性而不是革命性的設(shè)計，采取從更好的未來性能到加強項目管理的策略，采用克服脆弱性措施等。上述措施雖然有一定的合理性，但不夠有效，因此要在目前的策略之外尋找出路。例如：將創(chuàng)新的目標集中在提高可承擔性、風險管理和解決脆弱性，開發(fā)新技術(shù)應(yīng)能更快拓展實用能力；要設(shè)計新途徑以支持用戶任務(wù)，真正根據(jù)需求提供太空業(yè)務(wù)；解決諸如發(fā)射成本過高(有時甚至是所發(fā)射系統(tǒng)本身成本的2～3倍)等問題。必須明確，在國家安全任務(wù)的某些領(lǐng)域，太空是唯一的選擇。但是，也只有將天空、太空和地面系統(tǒng)進行更好的集成，才能更快地形成實戰(zhàn)能力，也才能根據(jù)終端用戶提出的“較快、較便宜”的需求，牽引出綜合方案，使各個部分具有低投入和低風險的優(yōu)點，通過能力的分層緩解固有風險。

3 發(fā)展思路的戰(zhàn)略性策略調(diào)整

3.1拓展搭載軍事有效載荷的途徑[5]

在美國發(fā)展思路的戰(zhàn)略性調(diào)整中，搭載軍事有效載荷成為重要策略。

3.1.1 快速形成能力和降低成本的搭載途徑

由于出現(xiàn)巨大的預(yù)算赤字且還在繼續(xù)增長，美國聯(lián)邦政府不得不削減軍事太空預(yù)算，采取節(jié)省資金的發(fā)展途徑。其重要對策是拓寬思路，在美國軍事太空基礎(chǔ)系統(tǒng)上實現(xiàn)更多有效載荷的搭載，特別是加強在商業(yè)衛(wèi)星上的搭載。

目前，全球每年都會發(fā)射20多顆商業(yè)通信衛(wèi)星，這些衛(wèi)星在質(zhì)量、體積和功率等方面都有不同程度的余量，而大部分商業(yè)通信衛(wèi)星的這些優(yōu)勢并沒有得到充分利用?？哲姾教炫c導(dǎo)彈系統(tǒng)中心(SMC)正在探索利用商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)搭載。美國空軍實施了“商業(yè)搭載紅外有效載荷”(CHIRP)計劃，驗證未來導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星使用的新型寬視場、持久性過頂?shù)募t外敏感器，獲得了很好的效果。

3.1.2 搭載有效載荷需要突破的挑戰(zhàn)

(1)需要調(diào)整設(shè)計和運行模式。目前的一個主要問題是，商業(yè)研制者和運營者如何既能滿足獨特的軍事要求，又能縮短研制周期。軍事作戰(zhàn)往往分布于全球，而商業(yè)系統(tǒng)則趨于集中在中心用戶基地；另外，搭載的軍事有效載荷往往使用商業(yè)市場不使用的頻段，某些軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)還有嚴格的安全性和可利用性要求，要保證對飛行器的控制。

(2)應(yīng)就搭載有效載荷達成共識。在CHIRP計劃成功以后，美國空軍又安排了CHIRP+計劃，目的是再次采用搭載有效載荷的方式進一步試驗紅外敏感器。這一計劃在國會受阻，眾議院撥款委員會刪除了為搭載有效載荷的投資，而為地面部分的技術(shù)發(fā)展增加資金；不過在參議院和眾議院的軍隊業(yè)務(wù)委員會獲得了支持。撥款上的分歧說明，搭載有效載荷還未達成共識，因此須要建立堅實的完善機構(gòu)。SMC深入研究了可搭載的商業(yè)資源和待選擇的業(yè)務(wù)類型，其結(jié)論是，對于在商業(yè)衛(wèi)星上搭載軍事有效載荷，近期還難以提供最佳的環(huán)境，至少還要7～10年的時間才能成熟。

(3)簽訂可操作的飛行器搭載合同。美國國防部曾提出在下一代低地球軌道(LEO)通信衛(wèi)星星座上搭載有效載荷，但在2011年與銥公司的談判失敗。目前，美國軍隊體制還不具備建立合同關(guān)系的職責和權(quán)利。為此，SMC調(diào)整計劃，提出了不確定的交付和不確定數(shù)量(IDIQ)的合同模式。這是真正邁出了規(guī)范化、易實現(xiàn)和可重復(fù)搭載有效載荷的第一步。合同問題還涉及到搭載有效載荷的通信、出口控制、非美國運載火箭的使用、電腦控制安全和信息保證等一系列問題。例如，搭載CHIRP的SES-2衛(wèi)星利用阿里安-5火箭發(fā)射時，其發(fā)射許可證的程序太復(fù)雜，過程非常艱難，而且費用增加。

3.2推進發(fā)展大型衛(wèi)星有效載荷拆分成小衛(wèi)星模式[6]

預(yù)計美國空軍將在2015年做出對某些關(guān)鍵太空任務(wù)進行整體拆分等重新設(shè)計的最后決策。重新設(shè)計的總體思路是將目前大型衛(wèi)星平臺上的任務(wù)有效載荷拆分后裝載到多顆小衛(wèi)星上。這一分解有效載荷的概念，初期主要是考慮兩個具體的關(guān)鍵太空任務(wù)領(lǐng)域，即核戰(zhàn)指揮控制的保密通信和氣象預(yù)報。如果最后決策采用分解式途徑發(fā)展分布式太空系統(tǒng)，將對空軍最大的保密太空計劃產(chǎn)生重大影響。

3.2.1 通信衛(wèi)星

防護型的“先進極高頻”(AEHF)衛(wèi)星由不同的有效載荷分別處理戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信鏈路，美國空軍考慮將這兩種有效載荷拆分后分別裝載在兩種小衛(wèi)星上，這很可能引起AEHF計劃的重大調(diào)整。這種分解思路可使空軍的防護型衛(wèi)星通信在應(yīng)對敵人的攻擊時具有更強的彈性(靈活性)，當然也可能增加空軍保密通信能力的成本。

從采購和預(yù)算角度，拆分較容易實現(xiàn)，比對戰(zhàn)場需要的其他方面進行設(shè)計的改變，具有可行性和更大的優(yōu)勢。現(xiàn)在推動面向拆分轉(zhuǎn)型的計劃，采用小型、低成本的衛(wèi)星，在用戶通知后較短的時間內(nèi)即可研制和發(fā)射，從而支持快速響應(yīng)任務(wù)。由于不是衛(wèi)星的所有戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)有效載荷都要求抗核輻射加固，如戰(zhàn)術(shù)有效載荷并不一定需要這種加固，因此按戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)拆分AEHF系統(tǒng)將具有重要意義。

3.2.2 氣象衛(wèi)星

由于在一個平臺上集成多個敏感器存在脆弱性等嚴峻的挑戰(zhàn)，因此分解軍事氣象衛(wèi)星任務(wù)也具有很大的意義。軍用、民用分開后，美國空軍的軍事氣象衛(wèi)星計劃因為衛(wèi)星的敏感器組合太復(fù)雜而被取消。如果將敏感器拆分后裝載到多個飛行器上，可能成為防止太復(fù)雜又降低成本的一種途徑。對性質(zhì)上不適合融合的有效載荷進行技術(shù)上的分離，可防止由于其他要求而導(dǎo)致有效載荷負擔過重，能以最低成本實現(xiàn)更佳的任務(wù)設(shè)計。這種分解式概念，有利于開發(fā)高、低成本系統(tǒng)的混合星座。如果將研制頂層、成本高、數(shù)量少的系統(tǒng)，與研制這種低成本的系統(tǒng)相結(jié)合，就可承受較高的風險，以更高的效費比構(gòu)建具有更高級系統(tǒng)性能的星座，實現(xiàn)較快的技術(shù)升級，提升系統(tǒng)能力。

美國已經(jīng)決定恢復(fù)研制下一代軍事氣象衛(wèi)星系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)為中心和以小衛(wèi)星為主構(gòu)建下一代氣象衛(wèi)星系統(tǒng)方案，重點考慮以網(wǎng)絡(luò)為中心的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的小型、敏捷和高成本效率的平臺可有效支持未來的各種有效載荷。

3.3開發(fā)分布式軍事太空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用小型、不太復(fù)雜和更多數(shù)量平臺的分散能力，將引導(dǎo)更平穩(wěn)、更連續(xù)的生產(chǎn)計劃，這種分解式和分布式結(jié)構(gòu)將具有更強的生存能力和靈活性，也更有益于國際合作伙伴的參與。因此，美國軍方將分布式太空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為重要的發(fā)展思路。

3.4挖潛運載資源

從2014年開始，在美國政府發(fā)射大型衛(wèi)星所使用的“改進型一次性運載火箭”(EELV)上，利用所設(shè)計的適配器發(fā)射二級有效載荷，初步計劃每年發(fā)射6次。軌道科學(xué)公司已接受美國空軍研究實驗室3200萬美元的合同，在5年內(nèi)研制用于增強“二級有效載荷適配器”(ESPA)環(huán)的試驗平臺“鷹”(Eagle)。該試驗平臺可在地球靜止軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道和低地球軌道裝載6個二級有效載荷，在地球靜止軌道至少可有1年的壽命，裝載的最大有效載荷質(zhì)量為1086 kg。

3.5優(yōu)化商業(yè)模式實現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展

國防信息系統(tǒng)局(DISA)決定采用“未來商業(yè)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)采購”(FCSA)的新模式，對衛(wèi)星能力采購程序?qū)嵤┈F(xiàn)代化。DISA認為，F(xiàn)CSA可允許研制者快速更新技術(shù)，使供應(yīng)商實現(xiàn)更優(yōu)化的競爭。在原來的商業(yè)衛(wèi)星帶寬采購體制下，DISA只授權(quán)3家公司采購衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)；而在FCSA模式下，這種公司拓展到21家。對于衛(wèi)星交付的預(yù)約業(yè)務(wù)，F(xiàn)CSA模式下的公司有23家，而原體制下只有5家。解決原有問題后，對多種商業(yè)模式優(yōu)化，有效促進業(yè)務(wù)拓展。

4 規(guī)模改造與能力提升途徑的調(diào)整

4.1軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)分類調(diào)整發(fā)展途徑[7]

美國軍事通信衛(wèi)星體系主要包括寬帶或“超高頻”(SHF)系統(tǒng)、防護或AEHF系統(tǒng)、窄帶或“特高頻”(UHF)系統(tǒng)3類。調(diào)整后，3類軍事通信衛(wèi)星不再按同一模式發(fā)展。將“寬帶全球衛(wèi)星通信”(WGS)系統(tǒng)調(diào)整為擴大規(guī)模類，以擴大總的系統(tǒng)容量為重點；防護系統(tǒng)突出關(guān)鍵時刻的危機防護，特別是提升軌道系統(tǒng)耐受攻擊的能力，確保國家高層的指揮；窄帶系統(tǒng)以保證戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用為重點。

4.1.1 戰(zhàn)略通信衛(wèi)星進一步增強

對寬帶或SHF系統(tǒng)擴大規(guī)模。受預(yù)算壓縮影響最大的太空系統(tǒng)是老化的“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”(DSCS)，美國空軍的投入減少到75%，并已經(jīng)開始由具有更大能力的WGS替換，注重規(guī)模性擴大。WGS系統(tǒng)每顆衛(wèi)星的容量為2～3.5 Gbit/s，而擴大規(guī)模的基本技術(shù)要求是3.6 Gbit/s。根據(jù)擴大規(guī)模的新思路，在增加在軌衛(wèi)星數(shù)量的基礎(chǔ)上，每顆衛(wèi)星的容量從3.6 Gbit/s增加到4～5 Gbit/s，以提高帶寬作為擴大規(guī)模的重要途徑。為擴大規(guī)模，美國空軍又從波音公司訂購了6顆以上的衛(wèi)星，在2013—2018年陸續(xù)發(fā)射。商業(yè)提供者預(yù)計，即使10顆WGS衛(wèi)星在軌，如果國際伙伴加入，美國空軍仍要開發(fā)、研制更多衛(wèi)星，否則支持作戰(zhàn)的容量仍會不足。國際移動衛(wèi)星公司正在研制3顆“全球快訊”(Xpress)Ka頻段衛(wèi)星，該衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)提供商將其定位為補充WGS系統(tǒng)，可使軍事作戰(zhàn)平臺不必改變WGS系統(tǒng)硬件就能獲得由Xpress提供的無縫鏈接業(yè)務(wù)。美國國防部證實，從Xpress衛(wèi)星開始，國際移動衛(wèi)星的軌道位置能實現(xiàn)和WGS系統(tǒng)最大程度的協(xié)同。Xpress同時采用民用和軍用Ka頻段，幾乎是可互用的無線電頻譜。國際通信衛(wèi)星公司也正在研制大容量Ku和C頻段通信衛(wèi)星,將提供3倍于WGS衛(wèi)星的帶寬，其中相當一部分帶寬用于美國寬帶軍事通信業(yè)務(wù)。

4.1.2 拆分AEHF系統(tǒng)

由洛馬公司研制的價值數(shù)十億美元的防護型通信衛(wèi)星AEHF，用于核戰(zhàn)爭期間使用核武器時的作戰(zhàn)指揮控制通信，也能用于戰(zhàn)術(shù)部隊風險探測通信，美國總統(tǒng)可以通過AEHF系統(tǒng)與其他國家領(lǐng)導(dǎo)人、戰(zhàn)略部隊通信。根據(jù)突出防護能力的新思路，將采取措施增強其在危機情況下的可生存性，即：將戰(zhàn)略性鏈路部分與戰(zhàn)術(shù)性鏈路部分進行拆分，拆分后戰(zhàn)術(shù)性鏈路部分采用商業(yè)性發(fā)展途徑，去掉防護措施；將戰(zhàn)略性鏈路有效載荷搭載在極軌軍事衛(wèi)星上，采用防護技術(shù)，2015年會對此做出最后決策。2014年，美國投資6.525億美元采購2顆AEHF衛(wèi)星，并對用新型部件替換原有衛(wèi)星部件和插入創(chuàng)新技術(shù)進行研究。

4.1.3 改進戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星的戰(zhàn)場適應(yīng)性

美國國防部的窄帶或UHF系統(tǒng)主要解決戰(zhàn)場應(yīng)用有效性問題?！耙苿佑脩裟繕讼到y(tǒng)”(MUOS)計劃可實現(xiàn)單兵手持機等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用，重點解決衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)相協(xié)調(diào)等問題。近年來，無線電通信環(huán)境越來越復(fù)雜，戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星系統(tǒng)在應(yīng)用中的干擾問題越來越嚴重。有意的或者敵對干擾雖然上升得較快，但在整個干擾環(huán)境中仍然低于1%，絕大部分仍然是不易檢查的無意干擾，使得業(yè)務(wù)質(zhì)量很難提高。調(diào)查研究表明，主要干擾是由人員操作錯誤引起的，加之美國在國外的駐軍需要不斷調(diào)防，士兵業(yè)務(wù)訓(xùn)練不到位，應(yīng)用設(shè)施安裝能力低，人為故障較多，應(yīng)對不易檢查的無意干擾十分困難。為此，美國將采取多項措施，如正在推廣采用載波數(shù)字識別標志系統(tǒng)，幫助識別用戶的傳輸，能有效識別無意干擾。2014年，投資5900萬美元用于海軍MUOS的進一步研究、研制和購買衛(wèi)星部件，保證該星座和地面站能在更復(fù)雜的地面環(huán)境中提供安全的蜂窩電話式通信。MUOS包括4顆衛(wèi)星，已發(fā)射2顆，利用創(chuàng)新的無線電頻率波形使設(shè)計目標得以全部實現(xiàn)。

4.2GPS發(fā)展策略的調(diào)整

多年來，GPS在全球占有主導(dǎo)地位，其發(fā)展策略調(diào)整主要體現(xiàn)在天地協(xié)調(diào)同步發(fā)展。目前，該系統(tǒng)不但成為被干擾的重點目標，而且中國、歐洲、俄羅斯的3個全球系統(tǒng)也對其構(gòu)成了競爭態(tài)勢，美國只有不斷調(diào)整發(fā)展策略，才能應(yīng)對新挑戰(zhàn)。

4.2.1 分步升級GPS的地面部分

逐步升級GPS的地面部分，是提升全系統(tǒng)能力的重要環(huán)節(jié)。原來的運行控制系統(tǒng)是在30年前研制的，由于缺乏目前所有任務(wù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)均要求的安全性設(shè)計，故障隨時可能發(fā)生。為保證系統(tǒng)能力，美國曾實施對已有系統(tǒng)精度改進創(chuàng)新的L-ALL計劃，在2009年用戶測距誤差(URE)達到0.9 m，整合了全星座的跟蹤監(jiān)控能力，但地面部分仍不能有效支持GPS-2F之后衛(wèi)星上的許多新功能。

截至目前，美國已經(jīng)發(fā)射GPS衛(wèi)星65顆，其中在軌工作并提供導(dǎo)航業(yè)務(wù)的衛(wèi)星31顆；但由于地面運行控制部分(OCS)只能支持24顆衛(wèi)星的星座，因此形成了“一條腿長”(星座)、“一條腿短”(地面)的局面。另外，1999年提出的GPS現(xiàn)代化計劃因為地面部分不配套，只能試驗，至今不能實現(xiàn)全面業(yè)務(wù)運行。第1顆GPS-2F衛(wèi)星雖然在2010年就已經(jīng)發(fā)射，但所廣播的M碼信號至今不能正式使用。一是因為相應(yīng)的新型地面系統(tǒng)尚未建成；二是因為這種信號的功率電平裕度不足，而保證相應(yīng)功能的連續(xù)性和完好性必須解決有關(guān)裕度問題，因此要繼續(xù)完善運行這種信號的包括地面系統(tǒng)在內(nèi)的最佳技術(shù)途徑。增加的軍用M碼信號，其主要特點是通過與民用碼信號完全分離提高抗干擾能力，實際上，8顆GPS-2RM衛(wèi)星早就裝載了M碼信號，但要等到第10顆GPS-2F-2衛(wèi)星入軌后，具有這種性能的衛(wèi)星達到18顆才能廣播M碼信號，目前的GPS地面控制站無法處理這種信號，需要改進地面部分的相應(yīng)支持。此外，能捕獲和利用M碼信號的GPS接收機也處于研制階段，因此改進能力的M碼信號只能長期空置，造成極大浪費，這種天地不協(xié)調(diào)和不配套問題要到2016年才能根本解決。

為了協(xié)調(diào)天地一體化，GPS現(xiàn)代化計劃也調(diào)整成分批部署，星座和地面系統(tǒng)協(xié)調(diào)配套實施。原來的OCS向新一代運行控制部分(OCX)過渡，采用了“結(jié)構(gòu)性發(fā)展計劃”(AEP)。其目的是推進GPS全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，通過將大型主控計算機管理體系整體改造成分布式IT網(wǎng)絡(luò)管理體系，將信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式大系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)融入衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)科學(xué)和自主化管理，使其能應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)模式的干擾。建設(shè)備份主控站，使GPS地面部分具有穩(wěn)定性、可靠性、可用性和安全性；備份主控站增加的抗干擾、抗欺騙措施，結(jié)合M碼信號和點波束等星座有效載荷技術(shù)，使抗干擾邁上新臺階。

OCX實現(xiàn)新業(yè)務(wù)分四個階段“小步快跑”。第一階段(OCX-1)引入L2C導(dǎo)航信號的全部能力，信號功率達到5～10 dB的區(qū)域增強，2015年投入使用；第二階段(OCX-2)引入L1C、L5C的全部能力，能進行M碼信號的檢測與控制，支持GPS-3A運行，增加星上可重新編程系統(tǒng)，初步具備導(dǎo)航戰(zhàn)能力(GNOC)，2017年投入運行；第三階段(OCX-3)支持GPS-3B運行，具有星間鏈路和高速率上下行鏈路能力；第四階段(OCX-4)支持GPS-3C能力，包括多點波束、敏捷的有效載荷功率控制等能力。

4.2.2 GPS-3提升成為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施

從GPS-3衛(wèi)星開始，GPS被提升為美國關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，但要求必須解決好為防止干擾而改進信號精度和提高信號功率，運行后可適應(yīng)從蜂窩通信、靈巧炸彈制導(dǎo)再到空中交通管制等諸多應(yīng)用。

為實現(xiàn)作為美國關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的研制能力，洛馬公司還在開發(fā)虛擬現(xiàn)實工廠模式，驗證新的衛(wèi)星制造技術(shù)，利用安裝在頭頂上的顯示器演練在虛擬環(huán)境中的組裝和試驗過程。為了改進信號精度和增強抗干擾能力，支持GPS的電腦控制安全，美國也在進行大量的關(guān)鍵技術(shù)升級，確保在未來戰(zhàn)場的作戰(zhàn)部隊能夠安全操作。這些改進也將成為有深遠意義的新型商業(yè)和經(jīng)濟應(yīng)用的催化劑，打開更廣闊的市場，為使用GPS開辟新的技術(shù)領(lǐng)域。

GPS新系統(tǒng)將提升搜索與救援能力，使得遇險者和發(fā)生緊急事件時能獲得更快的響應(yīng)，能為新型軍事裝備系統(tǒng)提供更準確的定位，有效支持精確制導(dǎo)現(xiàn)代化武器，保證更準確地擊中目標。新系統(tǒng)的廣播利用，還將提升授時能力，包括計算機及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，含4G、5G的蜂窩系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，都可獲得更精確的時間傳輸實現(xiàn)定時和同步，原子鐘將達到納秒和皮秒級精度。美國開始設(shè)計的第4代GPS，將具有更高的信號功率、更高的精度、更好的可利用性，并增加全球性覆蓋，有能力與其他國家的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，支持新的信號格式。

綜上所述，“小步快跑”，不斷改造，既不影響當前應(yīng)用，又能逐步升級，已成為未來GPS發(fā)展的重要思路。

4.3導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)確保重點

為應(yīng)對預(yù)算縮減，NDAA提出中止與德國、意大利合作了10多年的全向?qū)椃烙到y(tǒng)，即中段擴展防控系統(tǒng)(MEADS)，但要求國防部長盡快評估至少在3個地方放置攔截器的方案，以防御導(dǎo)彈威脅。

美國雖然縮減預(yù)算，但是不能降低導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)的預(yù)警能力。從2011年開始，已經(jīng)發(fā)射了2顆專用“天基紅外系統(tǒng)”(SBIRS)衛(wèi)星，該系統(tǒng)由4顆GEO衛(wèi)星和搭載在大橢圓軌道保密衛(wèi)星的紅外敏感器組成。目前，為應(yīng)對“減扣”計劃，必須降低采購導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星的成本。2012年，美國曾決定投資39億美元購買GEO-5和GEO-6衛(wèi)星，后經(jīng)過修改，合同額降為8190萬美元，只完成工程設(shè)計和衛(wèi)星部件訂購，然后在2014年投資9.36億美元采購這2顆衛(wèi)星。此外，為提高能力，美國空軍還要再增加2顆導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。

NDAA要求進一步評估導(dǎo)彈跟蹤衛(wèi)星星座的成本和待選方案，并要求導(dǎo)彈防御機構(gòu)對2014年白宮預(yù)算申請取消的導(dǎo)彈跟蹤衛(wèi)星星座“精確跟蹤太空系統(tǒng)”(PTSS)進行分析，將其調(diào)整成合適的接替系統(tǒng)。國防部預(yù)計，取消導(dǎo)彈跟蹤衛(wèi)星星座可以節(jié)省近20億美元，取消天基太空監(jiān)視系統(tǒng)可以節(jié)省5億美元。不過，最終這些計劃可能只進行方案調(diào)整，而不會全部取消，在對搭載試驗結(jié)果深入研究后，確定新的方案。

5 新系統(tǒng)開發(fā)注重降低成本和提高效能

5.1發(fā)展低成本小衛(wèi)星系統(tǒng)

國防先進研究計劃局(DARPA)正在開發(fā)能提高軍事作戰(zhàn)效能的太空系統(tǒng)SeeMe，目的是向美國海外作戰(zhàn)高機動性部隊提供在遙遠處和視線之外按需訪問的天基戰(zhàn)術(shù)信息。SeeMe系統(tǒng)將向作戰(zhàn)部隊提供作戰(zhàn)周圍情況的及時圖像，作戰(zhàn)人員只使用手持裝置即可獲得。它所實現(xiàn)的近實時衛(wèi)星圖像能力，可用于戰(zhàn)場制定作戰(zhàn)計劃。SeeMe系統(tǒng)星座包括24顆質(zhì)量為45 kg的小衛(wèi)星，每顆只需要50萬美元，設(shè)計壽命2～3個月，可置于200～350 km的低軌道。其設(shè)計目標是：星座在90天內(nèi)完成支持全球軍事作戰(zhàn)的準備，即收到任務(wù)申請后的90天內(nèi)交付整個星座；在收到作戰(zhàn)人員數(shù)據(jù)需求申請后，90 min內(nèi)向前線作戰(zhàn)人員分發(fā)一次數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)快速部署，還可從空中發(fā)射，“機載發(fā)射輔助進入太空”(ALASA)可將小衛(wèi)星以低成本快速發(fā)射到任意要求的軌道。SeeMe系統(tǒng)將結(jié)合新的衛(wèi)星技術(shù)，顯著降低成本，同時改進戰(zhàn)場能力。星座對南北緯10°之間區(qū)域持續(xù)覆蓋，重訪周期小于90 min。根據(jù)作戰(zhàn)需要，可對衛(wèi)星的分布進行靈活部署，每顆衛(wèi)星可支持10個地面用戶，在300 km軌道高度時，星下點分辨率為0.75～1.2 m。通過采用新型研制模式、非傳統(tǒng)技術(shù)和空中發(fā)射輔助等措施，改變目前美國軍事太空體系的現(xiàn)狀，建立起面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的快速響應(yīng)太空系統(tǒng)的支援系統(tǒng)。若驗證成功，不僅可以提升戰(zhàn)術(shù)部隊戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，還會為未來新型軍事太空裝備發(fā)展開辟出新的模式。

美國陸軍太空導(dǎo)彈防御司令部正在開發(fā)光電納米級成像衛(wèi)星，地面戰(zhàn)術(shù)部隊可在戰(zhàn)場直接下達數(shù)據(jù)成像任務(wù)指令。該司令部計劃發(fā)射“鷹眼”(Kestrel Eye)衛(wèi)星，構(gòu)建包括30顆衛(wèi)星的微衛(wèi)星星座，單顆衛(wèi)星質(zhì)量18 kg,分辨率1.5 m。衛(wèi)星數(shù)據(jù)將通過數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)直接傳輸給在戰(zhàn)場提出需求的作戰(zhàn)者，也可以不經(jīng)過美國本土的接收和處理中心直接傳輸至戰(zhàn)場作戰(zhàn)部隊，戰(zhàn)區(qū)的本國其他作戰(zhàn)者也能接收。

5.2提高低成本機動發(fā)射和快速進入太空的能力

經(jīng)費緊縮使得美國軍事太空必須在飛行器發(fā)射方面也采取措施，用飛機輔助拖帶至高空再實施發(fā)射，這樣不但可以降低成本，而且可以提高機動性，使衛(wèi)星快速進入太空。同“飛馬座”運載火箭一樣，美國又實施了ALASA計劃。目前，小衛(wèi)星的發(fā)射成本為6.6萬美元/千克，而且要和其他衛(wèi)星共用運載器。ALASA計劃的目的是將發(fā)射成本降低至1/3，研制發(fā)射45 kg左右、發(fā)射成本低于100萬美元的小型發(fā)射系統(tǒng)。

5.3以軌道資源利用為目的開拓新途徑[8]

為解決軌道資源有效利用問題，美國提出了“鳳凰”(Phoenix)計劃，即在軌道上從失去功能的衛(wèi)星上拆解高價值部件，構(gòu)建新的太空系統(tǒng)。從太空垃圾中挑選諸如衛(wèi)星天線等有價值的部件進行再利用，構(gòu)建新衛(wèi)星，可大大降低成本。如果這一計劃驗證成功，太空垃圾就能變成太空資源，同時也能驗證空間對抗能力。因此，進行軌道拆解部件和重復(fù)再用技術(shù)的驗證，不但滿足國防部未來的需求，也將開拓航天發(fā)展的新途徑。

Phoenix系統(tǒng)主要包括細胞衛(wèi)星(Satlets)、服務(wù)飛行器/獨立軌道守護器(Servicer/Tender)兩部分。細胞衛(wèi)星引入了細胞和形態(tài)重構(gòu)的概念，攜帶除拆解獲取部件以外的其他系統(tǒng)，以便和拆解部件重構(gòu)成功能衛(wèi)星。多顆細胞衛(wèi)星裝在“有效載荷軌道交付系統(tǒng)”(PODS)中，搭載在商業(yè)衛(wèi)星上進入地球靜止軌道。服務(wù)飛行器/獨立軌道守護器是軌道操作系統(tǒng)，也發(fā)射到地球靜止軌道，它帶有“柔體機器臂”(FREND)，可配用靈巧手、切割工具等多種末端動作器。PODS和服務(wù)飛行器將變成衛(wèi)星服務(wù)站工具帶的主要部分，服務(wù)飛行器利用其抓取機械臂和專門研制的太空操作工具執(zhí)行軌道操作。

6 結(jié)束語

從上文的總結(jié)分析可以看出，美國采取應(yīng)對策略的根本思路是將提高效能作為保持領(lǐng)先地位的新途徑，主要包括：重視挖掘系統(tǒng)潛力，利用已有多種資源；注重實用性，逐步快速提高能力，保持骨干系統(tǒng)的穩(wěn)定運行等。在調(diào)整發(fā)展策略時，提高主要軍事太空計劃的能力，全面梳理創(chuàng)新計劃，創(chuàng)新思路從“新概念創(chuàng)新”向“創(chuàng)新實用型新系統(tǒng)”轉(zhuǎn)移。例如：取消“未來、快速、靈活、分離模塊和利用信息交換支持的自由飛行衛(wèi)星系統(tǒng)”(F6系統(tǒng))；“作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空”(ORS)和“衛(wèi)星試驗計劃”(STP)從DAPAR轉(zhuǎn)交到空軍，規(guī)?？s?。粍?chuàng)新計劃重點集中在能顯著降低成本的SeeMe成像微衛(wèi)星星座計劃、ALASA計劃，以及靜止軌道衛(wèi)星部件拆解和再構(gòu)造衛(wèi)星的Phoenix技術(shù)驗證計劃等。

References)

[1]Wes Bush. Space: new way forward[N]. Space News, 2011-05-16(19)

[2]James Gill. The truth about efficiencies [N]. Space News, 2011-06-13(19)

[3]王景泉.美國提升軍用航天彈性的白皮書解讀[J].國際太空，2014(3)：54-62

Wang Jingquan. Analysis on White Paper for improving U.S. military space resiliency[J].Space International，2014(3)：54-62 (in Chinese)

[4]Erin Conaton. Smarter air force space acquisition[N/OL].[2013-07-18].http://www.spacenews.com/article/smarter-air-force-space-acquisition

[5]Peterb Selding. U.S. government-leased satellite capa-city going unused[N]. Space News，2012-12-03(5)

[6]David Thompson. Architecture and acquisition alternatives [C]//Proceedings of the 9th Reinventing Space Conference. Washington D. C.：AIAA，2012

[7]Paul Dykewicz. Air Force needs to expand use of hosted payloads [N/OL].[2013-07-18].http://www.spacenews.com/article/opinion/32312air-force-needs-to-expand-use-of-hosted-payloads

[8]Dan Leone. DARPA selects contractors for Phoenix satellite servicing program[N/OL].[2013-07-18].http://www.spacenews.com/article/darpa-selects-contractors-for-phoenix-satellite-servicing-program

(編輯：夏光)

Adjustment of Development Strategy of American Military Spacecraft

WANG Jingquan

(Beijing Institute of Space Scientific and Technological Information, Beijing 100086, China)

The United States of America depends heavily upon the military spacecraft，and is confronted with a longer development period and higher cost. It is a more pressing problem for the USA to change the development strategy of the military spacecraft. The USA adjusts its development strategy ideas, including expanding the ways to carry the military payloads,developing the mode of decomposing large satellite payload into small satellites, developing distributed architecture of military space systems, exploiting the potential launching resources, and realizing the business development by optimizing the commercial modes. The USA adjusts the approaches in changing the scale and improving the capabilities of the follow-up systems of existing satellites, including enlarging the wideband and SHF systems，emphasizing the narrowband，UHF and AEHF systems, stepping up GPS ground segments，advancing GPS-3 as national key infrastructure,and insuring the emphases of missile early-warning satellites systems. When developing the new spacecraft systems，America focuses on increasing efficiency and reducing cost，developing the effective support ability and low-cost small satellite systems，improving the capability of low-cost and mobile launch and rapid access，and developing new approaches for orbit resources utilization.

military spacecraft; development strategy; adjusting cause; carrying payload; classification adjustment

2013-08-08；

：2014-03-26

王景泉，男，研究員，從事空間科技信息研究工作。Email：qb-wjq@sohu.com。

V47

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2014.03.018