小卫星军用优势获美军青睐

文/ 兰顺正

▲ “星链”计划

北京时间2020年1月7日，美国太空探索技术公司在佛罗里达州卡纳维拉尔角用猎鹰9号运载火箭把第三批60颗星链卫星发射升空。

虽然“星链”的作用一直被称为是用于建立太空互联网，但是其军事用途难以被忽视，美国空军是“星链”计划的大客户之一。据称，美国空军已经向太空探索技术公司赞助了2870万美元，以把该计划拓展到军事领域。

无独有偶，去年11月2日，美国宇航局的天鹅座货运飞船发射升空，执行为国际空间站补给任务。此次发射，军方和情报部门的多颗小卫星与天鹅座货运飞船一同升空。

近年来，美国军方和情报部门小卫星项目逐渐增多，发射次数也更加频繁，其正在成为美军谋求太空优势的“新宠”。

▲ 整齐排列的60颗星链卫星

小卫星快速发展美军方重视有加

按照规划，“星链”计划将发射41927颗卫星，组建一个天基互联网，可以在全球范围内提供低成本的互联网连接服务。早期的“星链”低轨技术验证试验，就包括了卫星和美国空军战斗机的天线阵列进行直接互联的内容。

按照目前的国际惯例，通常以500千克为分界线对卫星进行大致划分：将重量大于500千克的卫星称为大卫星，重量小于500千克的卫星称为小卫星。近年来，全球小卫星产业技术发展强劲，发射数量逐年大幅增长，逐步成为世界航天活动的主要构成部分之一。据统计，2013年至2017年间，全球平均每年发射160颗小卫星；在2018年，各国发射的小卫星数量达到322颗，约占所有卫星数量的69%。随着“星链”“一网”等大型小卫星星座开始建设，2019年至2028年间估计将新增小卫星8500颗。

近年来，美国军方和情报部门对小卫星的发展和运用非常重视。一直以来，美军的军事优势离不开太空力量的支撑，特朗普上台以来对夺取太空优势更加重视，积极推进建立面向太空作战的“天军”。随着全球航天技术快速进步，人类进入空间和利用空间的能力大幅提升，反卫星技术、在轨服务技术等对航天资产构成的威胁也在逐步上升，美国的太空平台已经不再高枕无忧。美国深知，自己过去过于倚重大型卫星，单颗卫星不具备弹性，易受攻击。与之相比，大量的小卫星将比少数大卫星更难被敌人击落，同时替换成本更低廉，因此为应对新的形势，美国军方和情报界提出利用小卫星星座构建弹性网络，增强航天系统架构对系统失效和对手攻击的承受能力。

2016年10月21日，美国白宫科学与技术政策办公室公布了“利用小卫星革命”倡议，通过与美国宇航局、国防部、商务部及其他联邦机构开展合作，以促进并支持政府和私营部门利用小卫星执行遥感、通信、科学与空间探索任务。

▲ “星链”计划任务徽标

▲ 释放星链卫星

2019年10月25日，新美国安全中心发布了《新兴太空环境下的小卫星：对美国国家安全航天计划与项目的影响》报告。在报告中美方认为，就发射成本与总生命周期成本的占比而言，廉价的小型卫星比昂贵的大型卫星高得多，因此使用小卫星的总体成本效益会因发射成本降低而提高更多。同时由小卫星构成的大型星座使得太空资产变得分散，加大了潜在对手攻击天基资产的难度。此外，小卫星还能构成足量的战时储备。

侦察预警、通信导航小卫星优势凸显

目前，美军已经开展了多个小卫星项目，包括“作战响应空间卫星计划”、“提高军事作战效能的空间系统”等。

“作战响应空间卫星计划”包含4颗快速响应空间（ORS）卫星。2011年6月，ORS-1和ORS-2卫星发射升空，属于成像小卫星，主要为阿富汗和其他战场提供高分辨率侦察图像，目前仍在轨服务。此外，ORS-3和ORS-4卫星也在2013年发射，目前主要用于技术验证。

“提高军事作战效能的空间系统”由美国国防先进研究计划局在2012年提出，主要通过手持设备为海外以及超视距战场作战人员提供态势感知图像，力求作战人员在90分钟内收到精确位置的卫星图像。“提高军事作战效能的空间系统”计划采用空基发射的方式，90天之内完成24颗卫星的星座部署，单颗卫星重量约50千克，轨道高度200～350公里。

2019年8月7日有报道称，美国陆军将在未来几年尝试三种不同的小卫星传感器有效载荷项目，目标是从近地轨道向前线地面战术单位直接提供支持，包括侦察、通信、导航等。这些可能由商业卫星搭载的小卫星有效载荷，是美陆军不断发展的多域战概念的重要组成部分。三个新的卫星项目分别名为“Gunsmoke”“Lonestar”“Polaris”，它们将在近地轨道商业平台上演示验证精确定位、导航和授时等能力。

2019年11月2日与天鹅座货运飞船一起被发射至国际空间站的小卫星，包括美国空军太空与导弹系统中心的两颗试验用立方体卫星Rogue-Alpha和Rogue-Beta，此外还有美国国家侦察局的两颗试验卫星AeroCube14A、14B。

Rogue-Alpha和Rogue-Beta卫星每颗重约3.7千克，尺寸34厘米×11厘米×11厘米，卫星的有效载荷由一个定制设计的望远镜和一个商用的相机组成，另外还有一个可以将大的图像文件下行的高速激光通信系统。据美国空军太空与导弹系统中心发展项目执行官员表示，Rogue-Alpha和Rogue-Beta任务将帮助美国空军了解现有商用技术在多大程度上能够满足军方的需求，这将为未来几年在近地轨道上部署大数量的卫星星座的可行性提供关键数据。

AeroCube14A、14B立方体卫星每颗重约3.5千克，尺寸为10厘米×10厘米×30厘米，卫星试验包括纳米技术的有效载荷，它将在太空环境中测试新兴材料。卫星配备了先进的太阳能电池，将进行性能和退化测试，以帮助未来的电池设计。这些卫星还包含标准化的模块实验接口，允许实验设计人员和总线设计人员在集成和启动之前更加独立地操作，从而提供更大的灵活性和更快的开发周期，可能会改变未来小卫星执行任务的方式。

▲ 准备与国际空间站对接的天鹅座飞船

近年来，美国军方和情报部门非常重视小卫星的发展，并且有不少私营航天企业参与项目。“星链”计划便是太空探索技术公司于2015年正式启动的下一代卫星互联网项目，该项目的目标是能够以可靠且低廉的成本为全球终端用户提供低延迟、高带宽的网络宽带服务，尤其是那些未被互联网覆盖的人群。该计划虽为民间企业发起，但其巨大的军用潜力同样受到美军的青睐。据太空探索技术公司高级副总裁蒂姆·休斯表示，该企业2018年初就开始为美空军的“全球闪电”项目作测试，借助“星链”系统最初两颗测试卫星，向一架飞行中的C-12型军用运输机所搭载终端发射电波，当时信号传输速率达每秒610兆字节，是当前美军战区每秒5兆最低传输速率要求的102倍，足以在一分钟内下载一部电影。据称这一项目将继续进行，更多型号的军用飞机将投入测试。

▲ 准备进行环境测试的ORS-1卫星

▲ “提高军事作战效能的空间系统”卫星主要用于侦察监视

随着航天技术的发展，小卫星具备的独特优势正在显现，尤其是在低轨道侦察、导弹预警、通信导航等方面优势更加凸显，在美国建设“天军”工作推进的背景下，小卫星将成为美军保持太空优势的关键之一。根据美国相关智库的建议，今后美军可能将致力开发和部署由小卫星组成的一个或多个星座，包括在分散的小型商业卫星上寄宿有效载荷或搭载经过改进的有效载荷，以便更熟悉对这类星座的操作。同时美军会适当扩大小卫星储备，以便随时“补网”。另外，为了保证在需要时能把足够多的小卫星快速送入轨道，开发更高效、更具成本效益的航天运载器（尤其是小型运载火箭）也将是美军研究的重点。