小衛星軍用優勢獲美軍青睞

文/ 蘭順正

▲ “星鏈”計劃

北京時間2020年1月7日，美國太空探索技術公司在佛羅里達州卡納維拉爾角用獵鷹9號運載火箭把第三批60顆星鏈衛星發射升空。

雖然“星鏈”的作用一直被稱為是用于建立太空互聯網，但是其軍事用途難以被忽視，美國空軍是“星鏈”計劃的大客戶之一。據稱，美國空軍已經向太空探索技術公司贊助了2870萬美元，以把該計劃拓展到軍事領域。

無獨有偶，去年11月2日，美國宇航局的天鵝座貨運飛船發射升空，執行為國際空間站補給任務。此次發射，軍方和情報部門的多顆小衛星與天鵝座貨運飛船一同升空。

近年來，美國軍方和情報部門小衛星項目逐漸增多，發射次數也更加頻繁，其正在成為美軍謀求太空優勢的“新寵”。

▲ 整齊排列的60顆星鏈衛星

小衛星快速發展美軍方重視有加

按照規劃，“星鏈”計劃將發射41927顆衛星，組建一個天基互聯網，可以在全球范圍內提供低成本的互聯網連接服務。早期的“星鏈”低軌技術驗證試驗，就包括了衛星和美國空軍戰斗機的天線陣列進行直接互聯的內容。

按照目前的國際慣例，通常以500千克為分界線對衛星進行大致劃分：將重量大于500千克的衛星稱為大衛星，重量小于500千克的衛星稱為小衛星。近年來，全球小衛星產業技術發展強勁，發射數量逐年大幅增長，逐步成為世界航天活動的主要構成部分之一。據統計，2013年至2017年間，全球平均每年發射160顆小衛星；在2018年，各國發射的小衛星數量達到322顆，約占所有衛星數量的69%。隨著“星鏈”“一網”等大型小衛星星座開始建設，2019年至2028年間估計將新增小衛星8500顆。

近年來，美國軍方和情報部門對小衛星的發展和運用非常重視。一直以來，美軍的軍事優勢離不開太空力量的支撐，特朗普上臺以來對奪取太空優勢更加重視，積極推進建立面向太空作戰的“天軍”。隨著全球航天技術快速進步，人類進入空間和利用空間的能力大幅提升，反衛星技術、在軌服務技術等對航天資產構成的威脅也在逐步上升，美國的太空平臺已經不再高枕無憂。美國深知，自己過去過于倚重大型衛星，單顆衛星不具備彈性，易受攻擊。與之相比，大量的小衛星將比少數大衛星更難被敵人擊落，同時替換成本更低廉，因此為應對新的形勢，美國軍方和情報界提出利用小衛星星座構建彈性網絡，增強航天系統架構對系統失效和對手攻擊的承受能力。

2016年10月21日，美國白宮科學與技術政策辦公室公布了“利用小衛星革命”倡議，通過與美國宇航局、國防部、商務部及其他聯邦機構開展合作，以促進并支持政府和私營部門利用小衛星執行遙感、通信、科學與空間探索任務。

▲ “星鏈”計劃任務徽標

▲ 釋放星鏈衛星

2019年10月25日，新美國安全中心發布了《新興太空環境下的小衛星：對美國國家安全航天計劃與項目的影響》報告。在報告中美方認為，就發射成本與總生命周期成本的占比而言，廉價的小型衛星比昂貴的大型衛星高得多，因此使用小衛星的總體成本效益會因發射成本降低而提高更多。同時由小衛星構成的大型星座使得太空資產變得分散，加大了潛在對手攻擊天基資產的難度。此外，小衛星還能構成足量的戰時儲備。

偵察預警、通信導航小衛星優勢凸顯

目前，美軍已經開展了多個小衛星項目，包括“作戰響應空間衛星計劃”、“提高軍事作戰效能的空間系統”等。

“作戰響應空間衛星計劃”包含4顆快速響應空間（ORS）衛星。2011年6月，ORS-1和ORS-2衛星發射升空，屬于成像小衛星，主要為阿富汗和其他戰場提供高分辨率偵察圖像，目前仍在軌服務。此外，ORS-3和ORS-4衛星也在2013年發射，目前主要用于技術驗證。

“提高軍事作戰效能的空間系統”由美國國防先進研究計劃局在2012年提出，主要通過手持設備為海外以及超視距戰場作戰人員提供態勢感知圖像，力求作戰人員在90分鐘內收到精確位置的衛星圖像。“提高軍事作戰效能的空間系統”計劃采用空基發射的方式，90天之內完成24顆衛星的星座部署，單顆衛星重量約50千克，軌道高度200～350公里。

2019年8月7日有報道稱，美國陸軍將在未來幾年嘗試三種不同的小衛星傳感器有效載荷項目，目標是從近地軌道向前線地面戰術單位直接提供支持，包括偵察、通信、導航等。這些可能由商業衛星搭載的小衛星有效載荷，是美陸軍不斷發展的多域戰概念的重要組成部分。三個新的衛星項目分別名為“Gunsmoke”“Lonestar”“Polaris”，它們將在近地軌道商業平臺上演示驗證精確定位、導航和授時等能力。

2019年11月2日與天鵝座貨運飛船一起被發射至國際空間站的小衛星，包括美國空軍太空與導彈系統中心的兩顆試驗用立方體衛星Rogue-Alpha和Rogue-Beta，此外還有美國國家偵察局的兩顆試驗衛星AeroCube14A、14B。

Rogue-Alpha和Rogue-Beta衛星每顆重約3.7千克，尺寸34厘米×11厘米×11厘米，衛星的有效載荷由一個定制設計的望遠鏡和一個商用的相機組成，另外還有一個可以將大的圖像文件下行的高速激光通信系統。據美國空軍太空與導彈系統中心發展項目執行官員表示，Rogue-Alpha和Rogue-Beta任務將幫助美國空軍了解現有商用技術在多大程度上能夠滿足軍方的需求，這將為未來幾年在近地軌道上部署大數量的衛星星座的可行性提供關鍵數據。

AeroCube14A、14B立方體衛星每顆重約3.5千克，尺寸為10厘米×10厘米×30厘米，衛星試驗包括納米技術的有效載荷，它將在太空環境中測試新興材料。衛星配備了先進的太陽能電池，將進行性能和退化測試，以幫助未來的電池設計。這些衛星還包含標準化的模塊實驗接口，允許實驗設計人員和總線設計人員在集成和啟動之前更加獨立地操作，從而提供更大的靈活性和更快的開發周期，可能會改變未來小衛星執行任務的方式。

▲ 準備與國際空間站對接的天鵝座飛船

近年來，美國軍方和情報部門非常重視小衛星的發展，并且有不少私營航天企業參與項目。“星鏈”計劃便是太空探索技術公司于2015年正式啟動的下一代衛星互聯網項目，該項目的目標是能夠以可靠且低廉的成本為全球終端用戶提供低延遲、高帶寬的網絡寬帶服務，尤其是那些未被互聯網覆蓋的人群。該計劃雖為民間企業發起，但其巨大的軍用潛力同樣受到美軍的青睞。據太空探索技術公司高級副總裁蒂姆·休斯表示，該企業2018年初就開始為美空軍的“全球閃電”項目作測試，借助“星鏈”系統最初兩顆測試衛星，向一架飛行中的C-12型軍用運輸機所搭載終端發射電波，當時信號傳輸速率達每秒610兆字節，是當前美軍戰區每秒5兆最低傳輸速率要求的102倍，足以在一分鐘內下載一部電影。據稱這一項目將繼續進行，更多型號的軍用飛機將投入測試。

▲ 準備進行環境測試的ORS-1衛星

▲ “提高軍事作戰效能的空間系統”衛星主要用于偵察監視

隨著航天技術的發展，小衛星具備的獨特優勢正在顯現，尤其是在低軌道偵察、導彈預警、通信導航等方面優勢更加凸顯，在美國建設“天軍”工作推進的背景下，小衛星將成為美軍保持太空優勢的關鍵之一。根據美國相關智庫的建議，今后美軍可能將致力開發和部署由小衛星組成的一個或多個星座，包括在分散的小型商業衛星上寄宿有效載荷或搭載經過改進的有效載荷，以便更熟悉對這類星座的操作。同時美軍會適當擴大小衛星儲備，以便隨時“補網”。另外，為了保證在需要時能把足夠多的小衛星快速送入軌道，開發更高效、更具成本效益的航天運載器（尤其是小型運載火箭）也將是美軍研究的重點。