文/黃志澄

▲ 美國《國防太空戰(zhàn)略概要》

近年來，美國在軍事航天領域一直為未來的大國競爭積極備戰(zhàn)，不僅成立了太空軍，還發(fā)布了新的《國防太空戰(zhàn)略概要》和“下一代太空體系架構”；在商業(yè)航天領域，太空探索技術公司可重復使用的航天運載系統(tǒng)和星鏈低軌星座計劃進展神速，而“星鏈”計劃是否有軍方背景，也成為網(wǎng)絡上的熱點。本文將對這個問題展開分析和討論。

美國國防太空戰(zhàn)略的變化

2019 年12 月20 日，美國正式通過國防授權法案建立了太空軍，成為繼陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、海岸警衛(wèi)隊、空軍之后的第六支獨立武裝力量。

2020 年6 月17 日，美國國防部向公眾公開《國防太空戰(zhàn)略概要》。這份文件分析了美軍實現(xiàn)預期狀態(tài)面臨的威脅、挑戰(zhàn)與機遇。文件稱，對手研發(fā)、測試、部署太空對抗能力并發(fā)展相關軍事條令，將沖突擴展至太空，對美國構成了最大的戰(zhàn)略威脅。美國盟友與伙伴在太空中愈發(fā)活躍，商業(yè)太空活動激增，使太空運行環(huán)境更加復雜化，對美軍構成了諸多挑戰(zhàn)，但同時也創(chuàng)造了前所未有的合作機遇。在美國成立太空軍的形勢下，該戰(zhàn)略將緊緊圍繞提升美國太空綜合軍事優(yōu)勢，對加快形成太空作戰(zhàn)能力提供戰(zhàn)略指導。其目標是：保持太空優(yōu)勢；為國家、聯(lián)合、聯(lián)盟三個層面上的作戰(zhàn)行動提供太空支持；確保太空穩(wěn)定。

▲ 美國太空軍司令約翰·雷蒙德（中）介紹美國太空軍的新制服

這份文件明確了美軍實現(xiàn)預期環(huán)境的四方面戰(zhàn)略舉措：一是在太空中建立全面的軍事優(yōu)勢；二是將軍事航天力量整合到國家、聯(lián)合和聯(lián)盟行動中；三是塑造戰(zhàn)略環(huán)境；四是與盟友、伙伴、工業(yè)界及其他美國政府部門和機構合作。

從發(fā)展低軌星座的角度，我們從這份文件中可以看到幾個關注點：

一是美軍對太空的戰(zhàn)略定位發(fā)生了重大變化。過去美國將太空定位為戰(zhàn)略支援領域，但成立太空軍后，其定位有了改變。這份文件指出：“美國國防部正著手進行美國國家安全領域太空戰(zhàn)略上最重大的變革。太空將是獨特的作戰(zhàn)領域，需要統(tǒng)籌考慮，對新戰(zhàn)略環(huán)境的政策、戰(zhàn)略、運營、投資、能力和專業(yè)知識進行改革。該戰(zhàn)略確定了國防部將如何推進太空力量，使美國能夠在大國競爭中形成威懾，擊敗對手。太空對美國國家的安全、繁榮和科學成就至關重要。天基能力是美國和世界各國不可或缺的，也是美國軍事力量的重要組成部分。確保這些能力的可用性，對于建立和保持所有領域的軍事優(yōu)勢，促進美國及全球安全和經(jīng)濟繁榮至關重要?！?/p>

二是要建立太空彈性架構，構建綜合性的太空軍事優(yōu)勢。文件強調，通過改革組織機構來改變國防部太空體系，包括組建太空軍；部署有保障的、彈性的架構；提高情報、指揮與控制，以及對抗惡意利用太空的能力；發(fā)展與威脅匹配的太空力量的文化、專業(yè)知識、條令和作戰(zhàn)概念。實際上，有關通過建立彈性結構來轉變美軍太空體系的主張，早在2013 年美國空軍航天司令部發(fā)布的《彈性與分散太空體系》白皮書中就指出，對現(xiàn)有的太空體系進行改造和重新設計，采用分散式太空體系架構等方式，以增強太空系統(tǒng)彈性。但在之后的7 年中，由于這種變革觸動到美國軍方某些部門的利益，從而讓美軍在這方面的努力基本上落空。作為衛(wèi)星分散化概念的先行者，美國國防高級研究計劃局（DAPRA）精心規(guī)劃的未來、快速、靈活、分塊、自由飛行（F6，F(xiàn)uture, Fast,Flexible, Fractionated, Free-Flying）的衛(wèi)星系統(tǒng)，也因技術、經(jīng)費和得不到軍方有關部門的支持等原因而中途夭折。在現(xiàn)今美國太空軍事力量重塑之際，《國防太空戰(zhàn)略概要》繼續(xù)強調將形成彈性結構作為建立綜合太空軍事優(yōu)勢的重要一環(huán)，可見發(fā)展以低軌星座為特征的彈性結構，將是美國國防部，特別是于2019 年3 月成立的國防部直屬的太空發(fā)展局未來重點關注的問題。

三是發(fā)展商業(yè)航天為提升美國太空軍事能力帶來機會。美國認為，商業(yè)太空活動在數(shù)量和多樣性方面都大大增加，從而產(chǎn)生了軍方可以利用商業(yè)化的創(chuàng)新技術和新形式的商業(yè)能力和服務的機會。這份文件指出，要重視國家安全航天、商業(yè)航天和民用航天之間充滿活力的、合作性的互動。文件指出：“利用商業(yè)的先進技術和先進采辦流程，對國防部與太空有關的各項流程進行現(xiàn)代化改革?！?/p>

美國在拜登政府上臺后，延續(xù)了前任的太空安全政策，繼續(xù)推進太空軍的建設，特別是在數(shù)字化建設方面，美國的太空軍將成為美國首個全數(shù)字化部隊。今年8 月，美國太空軍宣布已具備了初始作戰(zhàn)能力。

美軍的“下一代太空體系架構”

太空發(fā)展局的主要職責是加速發(fā)展和部署新的軍事航天能力，確保美軍在太空的技術和軍事優(yōu)勢，其當前的任務是迅速開發(fā)和部署基于威脅驅動的“下一代太空體系架構”（媒體常稱之為“國防太空體系架構”），以對抗對手的太空系統(tǒng)的能力。為此，太空發(fā)展局采用了靈活的方法來開發(fā)一個多功能的小型衛(wèi)星星座，以應對當前和新出現(xiàn)的威脅，并打算利用私營公司的現(xiàn)有資源，以便在短時間內提供解決方案。

2019 年7 月1 日，太 空 發(fā) 展 局發(fā)布第一份項目征求通知，借鑒了DARPA“黑杰克”衛(wèi)星項目的理念，轉向蓬勃發(fā)展的商業(yè)航天技術尋求支持，試圖基于微小衛(wèi)星技術、快速發(fā)射技術和人工智能技術，開發(fā)與下一代靈活、彈性、敏捷的太空體系相關的概念、方法、技術與系統(tǒng)。美軍新一代太空體系明確指向導彈防御與太空對抗，標志著美軍太空裝備體系發(fā)展思路與途徑正醞釀著重大轉變。

太空發(fā)展局提出的“下一代太空體系架構”概念，基于普遍存在的數(shù)據(jù)和通信傳輸層的可用性，并假設使用小型、大規(guī)模生產(chǎn)的衛(wèi)星（50～500千克）以及相關的有效載荷硬件和軟件。架構包括7 層，每層為整體架構提供了完整的集成功能。這7 層分別為：①傳輸層：提供全球范圍7×24 小時不間斷、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸與通信，太空發(fā)展局正在考慮使用傳輸層航天器作為其他層的基板，允許根據(jù)每層的需要集成適當?shù)挠行лd荷；②跟蹤層：提供防御先進導彈（包括高超聲速武器）威脅的天基目標探測、預警、跟蹤和指示；③監(jiān)控層：全天候、全天時監(jiān)控時敏目標，為射前攻擊敵導彈發(fā)射架、雷達站、指控節(jié)點提供關鍵保障；④威懾層：提供地月空間范圍的目標態(tài)勢感知與快速進出與機動，應對太空攻防提出的挑戰(zhàn)；⑤導航層：提供GPS 拒止環(huán)境下的定位、導航與授時能力，增強太空對抗條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)保障能力；⑥戰(zhàn)場管理層：提供基于分布式人工智能的戰(zhàn)場管理、指揮、控制與通信，包括星上智能自主任務規(guī)劃、數(shù)據(jù)處理、加密分發(fā)等，為戰(zhàn)術用戶直接提供太空信息支援；⑦地面支持層：提供大規(guī)模小衛(wèi)星星座快速機動發(fā)射測控的運載系統(tǒng)與地面設施，部署便攜式、系列化、智能化衛(wèi)星應用終端，為靈活、彈性、敏捷的在軌系統(tǒng)提供配套地面系統(tǒng)支持，構成天地一體、經(jīng)濟實用的下一代太空體系。

2020 年8 月，太空發(fā)展局宣布已授予洛·馬公司1.875 億美元和約克空間系統(tǒng)公司9400 萬美元合同，分別為其“傳輸層0 期”建造10 顆衛(wèi)星，所有20 顆衛(wèi)星將在2022 年9 月前發(fā)射。每批10 顆衛(wèi)星分成兩種類型：7 顆配備4 條星間鏈路，另外3 顆配備2 條星間鏈路和2 條下行鏈路。2020年10 月，太空發(fā)展局宣布授予太空探索技術公司1.49 億美元和L3Harris 公司1.94 億美元合同，分別為“跟蹤層0 期”制造4 顆衛(wèi)星，衛(wèi)星將使用寬視場紅外傳感器監(jiān)視彈道導彈、巡航導彈和高超聲速導彈，提供導彈預警和跟蹤信息。這8 顆衛(wèi)星計劃在2022 年發(fā)射。

▲ 整齊堆疊在整流罩中的“星鏈”衛(wèi)星

太空發(fā)展局在2021 年夏天發(fā)布需求書，計劃生產(chǎn)150 顆傳輸層與跟蹤層衛(wèi)星以提供作戰(zhàn)通信和導彈跟蹤能力，這些衛(wèi)星將于2024 年9 月發(fā)射，是“下一代太空體系架構”的第一批衛(wèi)星。在此之前，太空發(fā)展局將于2023年發(fā)射“國防太空體系架構第0 批衛(wèi)星（30 顆），包括20 顆傳輸層衛(wèi)星和10 顆跟蹤層衛(wèi)星。2021 年6 月30 日，太空發(fā)展局利用太空探索技術公司獵鷹9 號火箭將通用原子電磁系統(tǒng)公司研制的激光互聯(lián)網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的5 顆衛(wèi)星發(fā)射到指定軌道，這是太空發(fā)展局成立以來首次發(fā)射衛(wèi)星，目的在于提高太空通信的速度、可靠性，測試衛(wèi)星通信的距離差異。

▲ “星鏈”衛(wèi)星的結構示意圖

▲ “星鏈”衛(wèi)星星座在軌示意圖

據(jù)美國防部網(wǎng)站8 月26 日公告，太空發(fā)展局已啟動轉移隸屬到美國太空軍的流程，該過程將在2022 年10 月全部完成。

從以上分析得知，太空發(fā)展局提出的“下一代太空體系架構”十分復雜，不是短期內能夠建成的，因此，美軍必須利用商用低軌衛(wèi)星星座。在美國商業(yè)航天公司提出的軌衛(wèi)星星座中，當然是“星鏈”計劃的進展最快。

“星鏈”計劃的進展

2015 年1 月，太空探索技術公司首席執(zhí)行官馬斯克提出“星鏈”計劃，擬于2019 年至2024 年間發(fā)射12000顆衛(wèi)星到近地軌道，構建一個巨型三層衛(wèi)星網(wǎng)絡。這三層分別位于距離地面340 千米、550 千米和1150 千米的軌道上，最終使所有衛(wèi)星聯(lián)成一個巨大“星座”，為整個地球（包括南北極）全天候提供高速低成本的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

“星鏈”計劃的組建基本上分三步走：第一步用1584 顆衛(wèi)星完成初步覆蓋全球；第二步用2825 顆衛(wèi)星完成全球組網(wǎng)；第三步用7518 顆衛(wèi)星組成更為完整的低軌星座。前兩步的衛(wèi)星位于低地球軌道（LEO），工作在較為傳統(tǒng)的Ka 和Ku 波段，第三步的衛(wèi)星位于甚低地球軌道（VLEO），工作在V波段。

2020 年，美國聯(lián)邦通信委員會代表太空探索技術公司又向國際電信聯(lián)盟提交了3 萬顆低軌道運行的小型衛(wèi)星計劃。這意味著“星鏈”計劃最終會形成近42000顆衛(wèi)星的超巨型衛(wèi)星星座?！靶擎湣钡拿款w衛(wèi)星重約227 千克，采用緊湊的平板形設計，可最大限度減小體積。發(fā)射時以自堆疊的設計置于整流罩中，不需要專用的多星適配器。衛(wèi)星采用單翼太陽能陣列，大大簡化了系統(tǒng)，標準化的太陽能電池，更容易整合到制造過程中。衛(wèi)星配備了由氪驅動的高效離子推進器，使衛(wèi)星能在太空中進行機動，并在其使用壽命結束時進行離軌操作。

9 月14 日，獵鷹9 號火箭將51顆加裝激光星間鏈路的“星鏈”衛(wèi)星送入預定軌道，這是太空探索技術公司自2019 年5 月組網(wǎng)發(fā)射啟動以來的第30批“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射，至此已將1776顆“星鏈”衛(wèi)星送入軌道，若加上其他小量衛(wèi)星的發(fā)射，已發(fā)射“星鏈”衛(wèi)星總數(shù)為1791 顆。根據(jù)哈佛-史密森天體物理學中心新近更新的數(shù)據(jù)，除去主動和被動離軌再入的衛(wèi)星，截至第30批發(fā)射完畢，“星鏈”星座在軌衛(wèi)星總數(shù)頂多為1685 顆，仍能工作的衛(wèi)星應不超過1660 顆，而已處于“工作層”內的為1420 顆。

2020 年太空探索技術公司啟動了“星鏈”服務測試。參與者要花499美元來購買天線和路由器，并每月支付99 美元的服務費。近期，太空探索技術公司表示：“星鏈”用戶已超9 萬戶，力爭在一年后達到50 萬戶。目前各地用戶的實際速度參差不齊，平均下載速度為97.23Mbps，接近美國固定寬帶的平均下載速度。

太空探索技術公司在今年1 月底和6 月底的兩次拼單發(fā)射下被送入極軌道的13顆衛(wèi)星都已配備了激光星間鏈路，使得它們無需經(jīng)由地面站就能相互傳遞數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。采用激光交叉鏈路除減少全球覆蓋所需地面站數(shù)量外，還能降低時延。目前“星鏈”最突出的問題是用戶終端的成本遠大于其價格。

“星鏈”計劃的軍事應用潛力

目前，全球范圍內的商業(yè)衛(wèi)星，包括低軌的“銥星”星座，被用于軍事通信領域屢見不鮮。因此，“星鏈”計劃雖然是一項商業(yè)低軌衛(wèi)星星座計劃，但是其軍事應用的潛力也很大！

▲ “星鏈”衛(wèi)星的接收設備

1.大幅度增強美軍寬帶通信和精確導航能力?！靶擎湣庇媱澘商峁┑统杀?、全球覆蓋的高速互聯(lián)網(wǎng)服務，若用于軍事，可提供全球無死角的高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的波束覆蓋，這必將大幅增強美軍的作戰(zhàn)通信能力和GPS 精確導航能力。2019 年，美國太空發(fā)展局明確表示，將從太空探索技術公司、一網(wǎng)等公司實施低地軌道巨型衛(wèi)星計劃的企業(yè)采購服務?！靶擎湣庇捎诓捎玫蛙壍佬l(wèi)星，能夠為全球用戶提供只有25 毫秒的低延遲傳輸，大大低于目前最強的高軌衛(wèi)星通信的250 毫秒的延遲。因此，它可作為戰(zhàn)區(qū)外遠程發(fā)射不管武器的末端導航控制平臺，或者未來機器人部隊與無人作戰(zhàn)飛機的數(shù)據(jù)交換平臺。2019 年3 月，美國空軍向太空探索技術公司授出價值2800 萬美元合同，要求其在3 年時間內對“星鏈”開展軍事服務演示驗證。2019 年11 月，美空軍對“星鏈”進行了早期的低軌技術驗證試驗，其中包括衛(wèi)星和美國空軍戰(zhàn)斗機的天線陣列進行直接互聯(lián)的試驗。據(jù)稱“星鏈”為美軍C-12 飛機提供了高達610Mbps 帶寬的網(wǎng)絡服務，大大高于目前大多數(shù)飛機聯(lián)網(wǎng)所購買的海事衛(wèi)星的5 ～50Mbps 帶寬的上網(wǎng)服務。

2.有助于美國搶占有限的低軌軌道和頻譜資源，在戰(zhàn)時可實行“太空封鎖”。在航天領域，軌道位置和頻譜資源是一種有限的自然資源，衛(wèi)星公司需要采取申報的方式向相關機構申請使用資格。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)則，軌道和頻譜資源主要以“先到先得”的方式分配，后申報方不能對先申報國家的衛(wèi)星產(chǎn)生不利干擾。而低軌星座系統(tǒng)不僅要按照國際電信聯(lián)盟的規(guī)定時間將衛(wèi)星發(fā)射升空，還要按照規(guī)定的時間和比例向公眾提供相關服務，從而使頻率地位合法化、固定化。因此，提早建設和利用低軌星座系統(tǒng)，不僅能夠搶占有限的低軌軌道資源，還有利于搶占頻譜主動權，這對于戰(zhàn)場通信的信道使用范圍將有重要影響。目前，“星鏈”計劃在這方面占有明顯優(yōu)勢。此外，若“星鏈”計劃的4 萬多顆衛(wèi)星全部發(fā)射到位后，在地球低軌道就筑起一道屏障，其他國家的火箭要確定發(fā)射窗口，就要和“星鏈”協(xié)商，否則就會和它們的衛(wèi)星相撞。如果在戰(zhàn)時，“星鏈”就可以對敵方實行“太空封鎖”。

▲ HBTSS 示意圖

3.增強太空系統(tǒng)的彈性，改變太空對抗的態(tài)勢。過去，每顆高軌衛(wèi)星的成本都動輒十億多，由于其高價值和低發(fā)射率，使得動能反衛(wèi)星武器獲得了反對稱優(yōu)勢。例如，美國GPS 系統(tǒng)只有24 顆衛(wèi)星，一旦以大量動能衛(wèi)星攔截彈對它們實施攻擊，將使美國的全球導航定位和授時通信系統(tǒng)癱瘓，對美軍的全球兵力部署和多域聯(lián)合作戰(zhàn)造成致命打擊。而“星鏈”分散的幾萬顆衛(wèi)星，能讓動能攔截武器的優(yōu)勢不復存在。為了攻擊“星鏈”，動能反衛(wèi)星武器的制造和維護成本必將難以負擔。而且，一旦硬殺傷擊毀若干衛(wèi)星，就會產(chǎn)生大量碎片，其影響讓任何國家都難以接受。

4.增強全天候無縫對地監(jiān)視偵察和太空感知能力。若“星鏈”衛(wèi)星同時搭載了光學觀測載荷，結合其重訪率高的優(yōu)勢，對于全球主要地區(qū)，讓每個時間段天頂方向都有幾顆衛(wèi)星飛過，可實現(xiàn)24 小時不間斷光學監(jiān)控分析，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動識別、分類跟蹤和圖像識別系統(tǒng)，使其對真假目標識別率高，抗干擾能力強，這必將大大提升美國對地面移動物體和太空目標的監(jiān)控能力。據(jù)報道，美國空軍在“銥星”星座的衛(wèi)星上搭載了戰(zhàn)場殺傷傳感器，并在美國和同盟國家的通信衛(wèi)星上搭載了太空感知傳感器。因此，美國太空軍今后極可能在“星鏈”衛(wèi)星上搭載有關對地對天的遙感傳感器，從而大大提高其對地監(jiān)視偵察和太空感知能力。

5.增強美軍防御導彈和防御高超聲速武器的能力?！靶擎湣毙l(wèi)星擁有發(fā)射全向波束的能力，可以對導彈和航天器進行遙測、跟蹤和控制，進而提高對敵方運載火箭/導彈軌道的高精度預測和預警能力，為后續(xù)的攔截提供信息支撐，并提供了防御彈道導彈的一種最佳方法，即在它們發(fā)射之前將其擊毀。因此“星鏈”計劃的成功實施必將改變整個導彈攻防的格局。另外，高超聲速武器由于在大氣層內高速飛行，并有一定的機動能力，增加了目標探測和攔截的困難。為此，美國導彈防御局正在執(zhí)行一項“高超音速和彈道跟蹤天基傳感器（HBTSS）”計劃。目前該計劃的主要目標是要設計一套用于監(jiān)測和跟蹤高超聲速導彈系統(tǒng)的衛(wèi)星群，從而確保能夠消除HBTSS 系統(tǒng)所潛在的技術風險。若導彈防御局和太空探索技術公司合作，將監(jiān)測系統(tǒng)和“星鏈”衛(wèi)星星座直接結合，則無疑將大大加快HBTSS 計劃的進度。

我們要指出，上述“星鏈”軍事應用潛力的前3 項是這個星座建成過程中或建成后就具有的，但后2 項還需要對原設計的衛(wèi)星有效載荷進行適當改造，因此這些應用僅是一種可能的發(fā)展方向。

從目前“星鏈”的進度來看，明年就能夠實現(xiàn)從北美到全球許多地區(qū)的初步商業(yè)應用。隨著“星鏈”衛(wèi)星星座的在軌衛(wèi)星數(shù)目進一步增多，其性能也將進一步提高，在這基礎上軍民一體化發(fā)展的“星鏈”，其軍事應用潛力必將顯現(xiàn)。