美太空軍傳輸層衛星發展策略分析

傳輸層衛星是美國太空發展局正在為美軍開發的“國防太空架構”（NDSA）的重要組成。“國防太空架構”由傳輸層、戰斗管理層、跟蹤層、監管層、導航層、威懾層及支撐層7層組成，目的是構建由海量衛星組成、遍布全球、實現對戰場態勢的有效感知和通信。2023年，“國防太空架構”發展為“擴散作戰人員空間架構”（PWSA）。美國太空發展局認為，“國防太空架構”和其發展“擴散作戰人員空間架構”是統一整合美軍下一代太空能力，實現聯合全域指揮控制（JADC2）的天基基礎，而作為通信骨干的傳輸層衛星，其重要性不言而喻。

與以往美軍用衛星研發所不同的是，傳輸層衛星具有需求數量大、迭代速度快的特點，對于傳統的衛星研發和采辦流程提出巨大挑戰。美太空發展局在DARPA等美軍內部科研機構研發成果的基礎上，通過運用商業化策略、借鑒SpaceX等公司發展經驗、基于成熟商用平臺研發等，初步實現了“控制成本、追趕進度”的目標。

傳輸層衛星情況簡介

美太空發展局為美太空軍打造的“擴散作戰人員空間架構”的傳輸層，由遍布全球的數百顆小型衛星組成。數百顆傳輸層衛星組成的衛星網絡將成為美軍聯合全域指揮控制的天基骨干通信網絡，負責將遍布全域的傳感器和效應器進行有效連接，以實現聯合全域指揮控制目標中所期望實現的各作戰單元之間的實時、低延遲、大容量通信。

傳輸層衛星主要依靠綜合廣播服務（IBS）、Link 16數據鏈、光學星間鏈路及組網協議4種手段實現其與傳輸層衛星星座外各節點的溝通，在4種手段外還兼容了多種通信波段。傳輸層衛星在整個聯合全域指揮控制中起到提供可靠、高韌性、低延遲通信的能力，同時負責“擴散作戰人員空間架構”中其他六層的連通與實時通信。傳輸層衛星的數量之多、分布范圍之廣，體現了強大的通信能力是美軍遂行聯合全域作戰的基礎。

除以上提到的4種手段外，傳輸層衛星還針對頻譜管理等進行一定優化，使其滿足多頻段傳輸需求。針對不同傳輸手段進行網絡安全優化，通過引入零信任策略等滿足網絡安全需求。傳輸層衛星從設計伊始便考慮到全球定位和授時能力建設，快速定位以實現捕獲和交鏈功能。傳輸層衛星的設計還考慮到正在研發的“戰斗管理指揮控制和通信（BMC3）”兼容與對接，當前傳輸層衛星僅滿足于實現鏈路暢通，未來還將以實現資源的管理、協調和分配為重要目標。

傳輸層衛星供應商、衛星數量及單價表

目前，傳輸層衛星的開發和部署主要分為第0期、第1期和第2期3個部分組成，3期總共計劃將355顆衛星送入太空。

第0期由19顆衛星組成，其中，洛克希德·馬丁公司研制10顆衛星，約克航天系統公司研制9顆。按照美方有關資料披露，第0期傳輸層衛星以測試任務為主，主要檢驗光學星間鏈路性能、綜合廣播服務對于不同地區的傳輸能力及信息交互至BMC3系統能力、衛星利用Link 16鏈路向地面用戶傳輸數據和接收數據的能力以及在不依賴全球定位系統下的定位、導航、授時（PNT）能力。第0期傳輸層衛星分為A、B兩組，其中A組衛星作為整個星座的網絡基礎設施，B組衛星通過綜合廣播系統（IBS）和Link 16進行通信。A組衛星均勻分布作為基礎，B組衛星則支持在特定時間內對特定區域的覆蓋。傳輸層衛星第0期雖然已經具備了傳輸層衛星的諸多特征，其目標聚焦于實現特定區域低延遲數據連接及與地面設施的全球鏈接能力。

第1期由126顆衛星組成，洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯曼公司和約克航天系統公司分別負責42顆衛星的研制工作。第1期126顆衛星分別部署于6個軌道面，衛星之間可依靠光學星間鏈路進行信息交互。相較于第0期，第1期傳輸層衛星將采用以任務為中心的載荷配置，為美軍提供全球性通信接入、持久的區域加密、低延遲的連接。第1期傳輸層衛星在功能上是第0期的強化，整體設計和功能趨于成熟，實際作戰效能更強。第1期傳輸層衛星將于2024年9月展開部署。

第2期由210顆衛星組成，總共分為Alpha、Beta及Gamma3個部分。Alpha衛星總計100顆，其中諾斯羅普·格魯曼公司負責38顆，約克航天系統公司負責62顆。Alpha衛星分為低軌和高軌兩部分，其中低軌由4個低傾斜軌道面組成，每個軌道面19顆衛星；高軌由6個高傾斜軌道面組成，每個軌道面4顆衛星。單個Alpha衛星搭載Ka波段任務載荷、網絡和數據路由子系統、導航子系統、S波段備份遙測、跟蹤和控制子系統、4個光通信終端、BMC3模塊，具備使用Link 16數據鏈及導航子系統內的全球導航衛星系統（GNSS）態勢感知能力。首批Alpha衛星計劃于2026年開始交付。Beta衛星均在較低軌道運行，總計90顆，諾斯羅普·格魯曼公司公司負責36顆，洛克希德·馬丁公司負責36顆，火箭實驗室公司負責18顆。Gamma衛星的具體細節仍待完善，根據美太空發展局發布的招標草案，計劃采購20顆Gamma衛星。從功能上看，第2期傳輸層衛星是第1期的優化，在技術指標和細節上有一定改進。第2期傳輸層衛星內三個部分之間也有區別，其中，Alpha衛星載荷數量更多、功能更齊全，比Beta和Gamma衛星多出1個光通信終端及BMC3接入能力；Beta衛星主要用于增強整個系統的魯棒性，確保其順利運行；Gamma衛星則著眼于傳輸層外衛星的兼容性，強化跨軌道通信等能力。

美軍主要軍用通信衛星表

傳輸層衛星研發的最終目標，是構建一個由數百顆衛星組成的衛星星座，其將作為“骨干”通信網絡，接入美軍各軍種所有指揮控制系統，以實現聯合全域指揮控制能力。并作為美軍現有衛星通信網絡的備份，實現與地面用戶之間的高帶寬低延遲通信，利用Link 16數據鏈實現軍種及盟國信息共享能力。傳輸層衛星的本質是一種魯棒性強、數量多、具備多種通信手段、連接戰場各傳感器及效應器的天基中繼節點網絡，具備較強的兼容性。

傳輸層衛星開發流程及特點分析

作為美太空發展局正在開發的7層“擴散作戰人員空間架構”中的重要一層，傳輸層衛星數量多、批次多，其研發、采購流程已不同于以往。結合2024年2月11日美國國防部發布的首份《國防工業戰略》可推測，傳輸層衛星的研發過程體現“任務導向、循序漸進、成本控制”，較為符合《2020年太空軍愿景》文件中提到的“衛星通信應該采用軍事和商業系統的綜合架構”原則。開發過程始于美太空發展局向各大公司發出的信息征詢建議書和信息征詢請求書，研制過程中引入商業化策略控制成本，通過諸如SpaceX等企業合作發射進一步降低成本，實現批量制造及廣泛部署。

衛星研制 與以往的衛星研制過程相比，傳輸層衛星的研制過程有一定變化。從整體設計上看，傳輸層衛星體現“任務牽引”“標準統一化”兩個要素。美太空發展局將諸多滿足條件的科技公司引入競爭，而多元化的供應商需要遵守美太空發展局在衛星研發過程中定下的各類標準以實現互操作性，美太空發展局還為相關供應商設置獎勵條件，促進整體循環。

任務牽引要素，主要包括本階段衛星具備的具體功能和搭載的有效載荷類型和數量，這一要素需要具備較為完善的頂層設計和明確的分階段需求提供。頂層設計提供整體方向，諸如傳輸層衛星的工作原理和一般特征。分階段需求則明確技術細節和任務。分階段需求可以根據上一階段反饋結果修正本階段需求，實現有效載荷定制的差異化。這一過程類似F-35戰機研發過程中的“技術刷新”（TechRefresh）過程——在整個研發過程伊始，先利用市場上部分成熟平臺及任務載荷實現功能，再分階段實現對軟硬件的升級工作。標準統一化是傳輸層衛星能否實現互操作性的關鍵。縱觀7層“擴散作戰人員空間架構”涉及到的衛星研發流程，均體現標準統一化要素。標準統一化是在各成熟衛星平臺的基礎上，統一各生產廠商的設備標準實現兼容性，此舉有利于整合市場上的商業太空資源，避免各自為戰。

傳輸層衛星還大量利用太空商業化成果，引進成熟產品，實現從購買商業太空服務到購買產品的轉變。其中洛克希德·馬丁公司、諾斯羅普·格魯曼公司公司和L3Harris公司分別使用TerranOrbital、空客公司以及麥克薩技術公司的商用平臺來制造傳輸層衛星。傳輸層衛星憑借商業化成果，批量獲得整體架構所需的數百顆小型衛星。在整個衛星研發流程中，美太空發展局提出需求和技術細節，利用多家生產機構之間的相互競爭和太空商業化的成熟產品，實現自身利益的最大化，最大限度降低了自身風險。

衛星采購策略 2022年4月5日，時任美太空發展局局長德里克·圖爾尼爾在科羅拉多州舉辦的一場研討會上指出，美國國防部的采購文化仍然很難適應美太空發展局的商業化特征采購策略。此言論折射出美太空發展局在采購策略上的重大變革。與以往相比，美太空發展局的采購周期更短、策略更靈活。正如德里克·圖爾尼爾所言，“美國防部成本核算辦公室要求美太空發展局提交未來20年的預計采購計劃。而美太空發展局則試圖在幾個月或幾年內部署新技術，而不是大型國防項目慣用的長達數十年的時間表”。通過固定價格合同、競爭引入、定期重新組織衛星采購等機制，美太空發展局在保證進度的基礎上，實現了成本控制的目標，利用相對較少的資金完成了上百顆衛星組成星座的工作。

固定價格合同，按照定義是指“合同的價格計算是以規定、規范為基礎，工程任務和內容明確、業主的要求和條件清楚，合同總價固定不變，不再因為環境的變化和工程量的增減而變化的一類合同”。在這類合同中，承包商承擔了全部的工作量和價格的風險。美太空發展局利用固定價格合同實施采購控制成本的起因是其經費有限。而太空商業化所帶來的多元選擇則是美太空發展局得以順利推行固定價格合同降低風險的外部因素。競爭的引入，不僅有利于美太空發展局按照自身意圖行事，還降低了采用單一供應商的風險，推動整個市場形成“良幣驅逐劣幣”的趨勢。

傳輸層衛星的采購策略的另一大特點，便是定期重新組織衛星采購，一般以兩年為周期。定期采購有利于美太空發展局根據情況反饋適時在下階段采購需求上添加新技術需求，較為符合商業化的采購模式。這些策略加快了衛星的采購進度，例如，傳輸層第2期Beta衛星招標于2023年4月份發布，合同于同年8月份授予。一旦合同授予，衛星便進入制造流程，等待發射。

衛星發射 一旦承包商完成衛星的制造工作，便進入衛星發射的準備階段。為控制成本、實現大規模發射，美太空發展局一般會選擇SpaceX公司作為合作伙伴，利用可重復回收的“獵鷹”系列運載火箭進行發射。除SpaceX外，美太空發展局還將根據商業航天進展，選擇藍色起源公司等作為合作伙伴。未來，美太空發展局可能會將適用于衛星采購流程的兩年期規劃應用于衛星發射階段，以避免SpaceX一家獨大的局面。

啟示

與傳輸層衛星一致，“擴散作戰人員空間架構”中涉及到的跟蹤層、導航層等層級，同樣需要大量衛星。美太空發展局背離美國國防部原有的衛星采購路徑，將市場競爭引入衛星研發及采購流程，在相對較短時期內取得了一定的成果。其具體細節已超出太空這個范疇，對于聯合全域指揮控制而言意義深遠。綜合其表現和特征，可總結出以下幾點啟示。

首先，美太空發展局實施的“擴散作戰人員空間架構”建設，是美太空軍將分布式部署應用于太空作戰、實現聯合全域指揮控制目標的實例。為滿足聯合全域指揮控制所需的實時、低延遲、大容量特性，“擴散作戰人員空間架構”中的傳輸層衛星建設將衛星數量和分布作為重點，強化衛星星座整體性能，保證數百顆衛星組成的星座實現對全球范圍的覆蓋。從傳輸層衛星的研發、采購流程可以看出，其進程較為符合聯合全域指揮控制建設和需求特點，能夠實現聯合全域指揮控制不斷迭代的軟硬件需求。傳輸層衛星以兩年為周期進行評估及下階段采辦，實現整體建設的不斷推進。縱觀美軍聯合全域指揮控制建設的整個流程，要想在較短時間內形成初始戰力，大力發展由海量小型傳感器和效應器組成的分布式作戰網絡，利用與傳輸層衛星研發和采購流程相關的機制將會是合理選擇。從這一層面來看，美太空發展局的策略為“馬賽克戰”中提到的海量小型分布式節點的研發、采購和升級提供了參考。

其次，美太空發展局在傳輸層衛星研發過程中使用的商業化策略，是其從購買商業化服務到擁有商業化策略帶來的產品和購買服務兼顧的重大轉變。美軍往往通過購買商業化服務來達到自身目的，最直接的案例便是美國防信息系統局主導的“未來商業衛星通信服務采購”（FCSA）計劃及銥衛星“增強衛星移動服務”（EMSS）計劃，兩者均是購買商業通信衛星通信服務以彌補軍用通信衛星的不足。利用商業化策略、直接在成熟產品基礎上研制則保證了傳輸層衛星的研制進展和質量，在不放棄繼續購買商用通信衛星服務的基礎上，強化了美太空軍用通信衛星網絡。商業化策略在系統和技術層面推動了軍事和商業系統之間的融合服務。

傳輸層衛星原理示意

2024年4月，美國防部發布《商業航天集成戰略》，尋求將商業航天方案融入美軍太空體系架構中。《商業航天集成戰略》強調了“平衡、互操作性、韌性和負責任”4項美國防部應秉持的原則，標志著美國防部正在為軍事太空領域尋求商業航天解決方案的努力。美太空發展局在發展傳輸層衛星及“擴散作戰人員空間架構”其他層衛星中采用的策略，與《商業航天集成戰略》中強調的原則有很大相似處，均強調了在多家商業航天機構中推行統一標準實現互操作性、避免過度依賴單一供應商、增加供應商數量實現韌性等要素。

從當前來看，美太空發展局利用新策略發展傳輸層衛星及“擴散作戰人員空間架構”其他層的衛星的過程，看似“離經叛道”，實際上從側面折射出近年來美軍在裝備研發過程中存在的研發費用不斷超支、裝備形成初始作戰能力遙遙無期的怪象。這其中，既有研發廠商選擇單一導致競爭能力不強的缺陷，也有美軍在研發過程中隨意修改指標導致整體進展嚴重落后的問題，更是美國防部采辦流程和計劃的僵化。三者共同作用，導致美軍期待的新裝備難以按期形成戰力，處在進退維谷的境地。從這一點看，美太空發展局遭到美國防部的問責也就不足為奇了。美太空發展局引入商業化策略的基礎，便是多家企業之間的競爭。縱觀其整個流程，是較為符合美國國防部《國防工業戰略》提出的發展方向的。在美國日益高通脹、軍費預算連年上漲的情況下，要想真正實現彈性供應鏈、勞動力準備、靈活采辦和經濟威懾四項長期戰略優先事項，美軍現有的裝備研發和采購流程還有很長的路要走。而作為新部門的美太空發展局，則為其進行了有益探索，結合已發布的《商業航天集成戰略》，美太空發展局能否以先行先試帶動美軍軍工企業發展朝向多供應商、韌性提升的整體變革，仍有待觀察。

結語

截至2024年3月，美太空發展局已完成第2期Alpha和Beta階段190顆傳輸層衛星的合同授予工作，第0期19顆衛星發射完畢，計劃于2024年9月開始發射第1期126顆衛星。

需要注意的是，傳輸層衛星的發展策略并非完全沒有缺陷。首先，美太空發展局在傳輸層衛星發展過程中確定的“速度第一、成本和質量其后”的發展原則是有待商榷的。一方面折射出美軍急迫發展天基作戰力量，特別是骨干通信網絡的急迫需求，另一方面，這種唯速度論是否會影響傳輸層衛星的整體質量，仍不得而知。其次，傳輸層衛星的發展策略是否會因外部因素進行干預而受到影響，仍有待觀察。

縱觀傳輸層衛星的研發和采購流程，更多折射出美軍急于實現既定目標的迫切，體現出其加速推進多域環境下軍事斗爭準備的最終目標。

責任編輯：張 柳