2023年以来,美军“分布式作战人员太空架构”(原“下一代太空体系架构”)建设速度明显加快,同时推进第0期、第1期和第2期的研发、部署与试验,目前已形成一个初具规模的低轨星座。因其现阶段建设重点为传输层和跟踪层,本文对这两层的建设进展进行梳理,供参考。
一、第0期
第0期共有28颗卫星,包括19颗传输层卫星(由约克航天系统公司和洛克希德·马丁公司各生产10颗,其中1颗约克航天系统公司制造的卫星将成为地面试验卫星)、8颗跟踪层卫星(由太空探索公司和L3哈里斯公司各生产4颗)、1颗地面试验卫星,卫星尺寸大约是现有卫星的八分之一。当所有卫星被部署到1000千米高的2个轨道面后,太空发展局将开展第0期演示,验证低延迟数据连接、超视距瞄准、导弹预警/导弹跟踪、在轨融合、多现象学地面传感器融合等能力,并支持未来军事演习。每颗第0期传输层卫星的成本约为1500万美元。
2023年4月2日,美太空发展局在加利福尼亚州范登堡太空军基地,使用“猎鹰”-9火箭发射10颗第0期(第一轮)卫星,其中8颗由约克航天系统公司制造,2颗由太空探索公司制造。
2023年8月31日,美太空发展局在加利福尼亚州范登堡太空军基地,使用“猎鹰”-9火箭发射13颗第0期(第二轮)卫星,其中10颗由洛克希德·马丁公司制造,2颗由太空探索公司制造,1颗由约克航天系统公司制造。约克航天系统公司生产的卫星仍在等待与Link-16战术数据网络连接的政策批准。
太空发展局原计划在2023年末发射4颗第0期(第三轮)卫星(均由L3哈里斯公司制造),与导弹防御局2颗“高超声速和弹道跟踪太空传感器”(HBTSS)卫星搭载同一枚火箭,由于HBTSS卫星集成问题,此次发射被推迟到2024年第二季度。第0期项目主任迈克·埃波利托表示,与导弹防御局合作发射有“巨大的优势”,因为太空发展局和导弹防御局将能够同时利用中视场和宽视场有效载荷跟踪同一个目标。
2023年11月21-27日,美太空发展局使用第0期传输层卫星中,约克航天系统公司生产的3颗卫星上的L波段无线电,成功进行首次3场Link-16天地传输试验,总部位于佛罗里达州埃格林空军基地的第96试验联队第46试验中队参与了此次试验。由于美国联邦航空管理局限制在美国境内试验Link-16,因此太空发展局将多条战术信息从卫星转发到位于某个“五眼联盟”国家的地面测试站。虽然报道并未披露此次试验所在的国家,但很有可能是新西兰或澳大利亚。
Link-16是由美军、北约和盟军运营的战术数据链通信系统,用于在通信网络中实时共享态势感知数据。尽管机载Link-16已被美盟使用多年,但要使星载Link-16全面投入使用,则需要具备“从太空到地面的双向通信”能力。太空发展局认为,传输层卫星是“联合全域指挥控制”(JADC2)在太空中的支柱,将具备使用星载Link-16无线电传送战术信息的能力。
二、第1期
第1期共有161颗卫星,其中包括126颗传输层卫星和35颗跟踪层卫星,此外还有12颗战术演示卫星。太空发展局计划于2024年末,由太空发展局太空运营中心基于商业航天运营模式对第1期卫星进行运营。
(一)传输层
第1期传输层由126颗卫星组成,分6个轨道面部署,通过光学数据链路连接。2022年2月,太空发展局分别向洛克希德·马丁公司、约克航天系统公司和诺斯罗普·格鲁曼公司授出价值7亿、3.82亿、6.92亿美元的合同(共约18亿美元),每家设计和制造42颗卫星,预计将于2024年9月发射。2023年8月7日,洛克希德·马丁公司宣布完成第1期传输层的关键设计审查。
(二)跟踪层
第1期跟踪层由35颗卫星组成,其中4颗将配备导弹防御局为“高超声速和弹道跟踪太空传感器”开发的火控级传感技术。
2022年7月18日,美太空发展局分别向L3哈里斯公司、诺斯罗普·格鲁曼公司授出价值7亿、6.17亿美元的合同(共约13亿美元),用于制造28颗(每家14颗,分布在2个轨道面,每个轨道面7颗)第1期跟踪层宽视场红外卫星,计划于2025年4月发射。
2023年3月2日,美太空发展局授予雷声公司价值2.5亿美元的合同,用于制造7颗第1期跟踪层卫星。2023年6月21日,雷声公司宣布与通信设备公司Mynaric合作开发光通信终端,每颗卫星将配备3个CONDOR Mk3光通信终端,预计2024年交付。Mynaric公司还将为诺斯罗普·格鲁曼公司14颗第1期跟踪层卫星提供42个CONDOR Mk3光通信终端,预计2024年交付。
2023年7月26日,麦克萨公司宣布完成Maxar 300系列卫星的首次关键设计审查,该卫星是其与L3哈里斯公司合作为第1期跟踪层设计的,可满足导弹防御任务低抖动和高功率要求,并且由于卫星体积小,每次发射任务至少可发射8颗卫星。该卫星计划于2024年初开始交付。
三、第2期
第2期共有264颗卫星,其中包括210颗传输层卫星(100颗Alpha卫星、90颗Beta卫星、20颗Gamma卫星)和54颗跟踪层卫星。
(一)传输层
第2期传输层Beta和Gamma的有效载荷和子系统包括:3个光通信终端(OCT),Ka波段任务载荷,网络和数据路由子系统,导航子系统,S波段备份遥测、跟踪和控制(TT&C)子系统,与目前正在开发和试验的第1期传输层卫星类似,将提供全球通信接入和持续的加密连接,Gamma比Beta具有更先进的波形。Alpha除上述载荷外,还将搭载额外载荷,包括第4个光通信终端,Link-16任务载荷,战斗管理、指挥控制和通信(BMC3)模块,以及导航子系统内的全球导航卫星系统(GNSS)态势感知能力。
1.Alpha卫星
2023年6月29日,美太空发展局发布第2期传输层Alpha卫星招标公告。Alpha将由100颗卫星组成,分为2个子星座,其中Alpha Low由4个低倾斜轨道面组成,每个轨道面19颗卫星,每个轨道面的卫星将由1枚“改进型消耗性中型火箭”(EELV-M)发射;Alpha High由6个高倾斜轨道面组成,每个轨道面4颗卫星,每个轨道面的卫星将与12颗第2期其他卫星一起搭载1枚EELV-M发射。Alpha High计划于2026年9月首次发射,首次发射任务将向高倾斜轨道面发射4颗Alpha卫星和12颗Beta卫星;Alpha Low计划于2026年12月首次发射。
2023年10月30日,美太空发展局分别向诺斯罗普·格鲁曼公司和约克航天系统公司授出价值7.32亿、6.17亿美元的合同(共约13亿美元),分别用于制造38颗(分布在2个轨道面)、62颗(分布在8个轨道面)第2期传输层Alpha卫星,计划于2026开始交付。
2.Beta卫星
2023年8月21日,美太空发展局分别向洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司授出价值8.16亿、7.33亿美元的合同(共约15亿美元),用于制造72颗(每家36颗)第2期传输层Beta卫星,计划于2026年9月发射。
2024年1月8日,美太空发展局授予火箭实验室公司价值5.15亿美元的合同,用于制造额外18颗第2期传输层Beta卫星,未来将部署在2个轨道面,每个轨道面各9颗,计划于2027年7月发射。这将使第2期传输层的规模从72颗增加到90颗。相比前72颗卫星,这18颗卫星将以更低的倾角运行,从而增加系统的稳健性。
3.Gamma卫星
2023年12月4日,美太空发展局发布招标草案,计划采购20颗第2期传输层Gamma卫星,未来将分成2组部署,每组10颗,将包括协助轨道面内和跨轨道面通信的光通信终端,与地面光通信终端连接,与传输层外的兼容卫星进行连接,预计2026年9月首次发射,2027年6月发射完毕。
(二)跟踪层
2024年1月16日,美太空发展局宣布向L3哈里斯公司、洛克希德·马丁公司和塞拉太空公司分别授出价值9.19亿、8.9亿、7.4亿美元的合同(共约26亿美元),为第2期跟踪层制造54颗卫星,未来将部署在6个轨道面上,每个轨道面9颗(包括8颗导弹预警/导弹跟踪卫星和1颗导弹防御卫星,具体见下文),配备红外任务有效载荷、光通信终端以及Ka和S波段通信有效载荷。
上述三家公司将分别交付18颗红外卫星,其中16颗宽视场卫星用于导弹预警/导弹跟踪(MW/MT),每颗成本约4600万美元;2颗卫星用于在导弹防御过程中提供火控级数据,每颗成本约5200万美元,该卫星是在导弹防御局“高超声速和弹道跟踪太空传感器”的基础上开发的。上述项目将在2024年秋季进行初步设计审查,2025年进行关键设计审查,2027年4月发射。
“分布式作战人员太空架构”跟踪层的建设目标是形成全球红外导弹预警和导弹跟踪卫星星座。跟踪层与传输层的低延迟通信网络集成后,可在近地轨道进行导弹预警和跟踪。
此外,2023年7月12日,美太空发展局发布“分布式作战人员太空架构-在轨火控”项目招标草案,该项目计划将8颗配备光电/红外传感器的卫星集成到星座中,支持对先进导弹(包括高超声速导弹)的全球预警、探测和精确跟踪,并提供火控级数据,预计2026财年第二季度发射。
四、基础设施
2023年8月7日,美太空发展局宣布在北达科他州大福克斯空军基地建造一个卫星试验中心,以保障其近地卫星任务,预计2026年完工。太空发展局还将在大福克斯空军基地设立运营中心和测试检验中心(加快卫星发射频率),并在阿拉巴马州红石兵工厂设立运营中心,这三个设施的建造成本为3000万美元。此外,2022财年,太空发展局授予通用动力任务系统公司和铱星公司价值3.25亿美元的运营和集成合同,建造太空网络中心(传输数据,进行通信)。
2023年8月4日,洛克希德·马丁公司宣布在科罗拉多州利特尔顿,为“分布式作战人员太空架构”项目开设新的小型卫星快速开发工厂,占地面积近1900平方米,拥有6条并行装配线,每年可交付180余颗卫星。
2022年10月4日,美太空发展局授予鲍尔航空航天公司一份价值1.76亿美元的合同,用于制造试验床(名为NExT),包括10颗试验卫星及相关地面设施,预计2024年开始发射。2023年4月11日,鲍尔航空航天公司宣布与Loft Federal及微软公司合作开发该项目。
五、结束语
美军在“分布式作战人员太空架构”建设过程中,设置专门机构(太空发展局)进行直接管理;将项目分解为多个建设阶段(第0、1、2…期),多阶段采用并行开发模式,加快部署速度;广泛引入商业公司技术,加快产品迭代周期,有效降低成本。美军的最终目标是建成一个可负担、可扩展、有韧性的低轨巨型星座。
(来源:北京航天情报与信息研究所,刘杰)
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