Starlink商业卫星逼迫大国在航天科技对抗中升级自己技术

IoT 1年前 (2023) admin
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        航天产业作为一种典型的知识与技术密集和附加产值高的产业,在发展之初由政府主导,开展太空探索的目的主要是服务于国家安全和军事作战的需要。因此,航天产业历来被视为是大国战略博弈的聚焦点和国家层面的专属竞技领域,航天产业的发展水平是一个国家综合实力与国防实力的体现。
        近年来,在全球新一轮工业革命的驱动下,全球航天产业发展迎来大发展大变革的新阶段,靠国家包揽包办的发展模式已然发生改变,商业航天成为助推航天产业快速发展的新生重要力量。
       全球著名的航天科技公司SpaceX 的液体燃料火箭发射、可重复利用火箭技术达成了航天史上的标志性成就,其推出星链宽带(专网通信)、卫星发射(卫星代工)以及商业载人航天和运载等新商业模式拓宽了航天产业全新应用场景。以SpaceX为代表商业航空企业通过技术创新和商业新模式推动着世界航天产业的迅速发展。

拒绝中国参与空间站
      美国在2011年时正式签署通过《沃尔夫条款》,以法令形式明确禁止中美两国之间的任何官方航天合作,这也就意味着彻底断绝了中国加入国际空间站的可能。
GPS霸权行为

     上个世纪1933年,我国中远集团的一条货轮,在金国马六甲海峡航行的时候,遭遇了美军军舰的无端拦截,美军甚至要求提出登船监察的要求。我们都知道,货运船相当于是一个国家的离岸国土,是不允许别的国家随意进入的,更别说军事单位。在中远集团货轮拒绝这一要求后,没过多久船上就出现了“GPS”失效的情况,为了保护航线不发生偏移,银河号只能果断停船等候救援。起初船长以为是“GPS”系统故障问题,但是在技术人员排查下才知道,是美军对货轮上的“GPS”进行了攻击,暂停了这条货轮的使用权限。在停止航行的30天里,中远集团也损失惨重。

月球开采计划

        美国国家航空航天局(NASA)将其新的月球开采国际协议称为“阿尔忒弥斯协议”,根据协议草案内容,成员国可在其月球基地周围建立“安全区”,以防在附近运行的竞争对手干扰破坏。该协议还将依据国际法制定一个框架,赋予私营公司对月球矿产资源的所有权。

Starlink商业卫星逼迫大国在航天科技对抗中升级自己技术

商业航天全产业链分为上中下游三个环节。产业链上游是卫星制造;产业链中游包括卫星发射服务和地面设备制造,其中,卫星发射服务主要涉及运载火箭制造产业链;产业链下游主要是卫星运营与服务。

(一)卫星制造
卫星制造环节主要由卫星平台、卫星载荷和卫星总装集成三部分构成。其中,卫星有效载荷是卫星入轨后用于执行卫星特定的仪器、设备或分系统,有效载荷的种类因任务类型的不同而异;卫星平台是指除了有效载荷或有效载荷舱以外卫星的其余部分,属于卫星的基础通用模块,主要包括热控、结构、供电、数据管理、推进、资轨控制、遥感测控等分系统组成。最后将卫星各大部分进行总装集成测试,生产出应用领域不同的卫星产品。

全球范围内,以SpaceX、OneWeb、Telesat为代表的典型商业航天企业纷纷规划建造大型低轨卫星通信星座。


卫星发射服务和地面设备制造
航天产业中游分为卫星发射服务和地面设备制造环节,运载火箭是商业卫星发射的主要提供方。

1.运载火箭制造
人造卫星、载人飞船、空间探测器等有效载荷搭载运载火箭入轨,因此商业火箭制造是卫星发射服务的关键环节,其主要构成包括箭上设备、发动机、箭体结构以及火箭总装集成。商业运载火箭研发生产具有周期长、技术门槛高、资金需求量大的特征,因此产业领域内企业数量相对较少。航天科工和航天科技两支航天国家队占据商业发射领域较大市场份额,航天科工旗下的“快舟”系列和航天科技集团旗下的“长征”系列满足绝大部分商业卫星的发射需求,以零壹空间、星际荣耀、蓝箭航天等为代表的大型商业火箭企业研发的商业运载火箭近年来陆续发射成功。

如何降低成本是商业火箭研制重点关注的方面,商业航天企业将重点开展以下三个方面进行成本控制。

(1)“一箭多星”。“一箭多星”技术即运用一枚运载火箭同时或分批将数颗卫星释放进入相应轨道的技术,能够大幅降低发射成本,提高发射效率。美国商业航天公司SpaceX公司运用猎鹰9号运载火箭发射最多曾将143 颗小型卫星发射升空,创造世界单次发射卫星数量最多的记录。目前我国仅达到了一箭20星的发射水平,仍有巨大提升空间。

(2)火箭回收并重复使用技术。火箭回收并重复使用技术,即能够部分或全部回收航天器上部件,并重复使用。通过火箭子级的回收与复用,可大幅降低火箭发射成本,目前,全世界唯一能够重复使用的运载火箭只有SpaceX的猎鹰9号。我国火箭重复使用技术正在探索,2019年,长征四号乙运载火箭成功实施一子级落区控制飞行演示验证,为后续垂直起降重复使用运载火箭的研制奠定坚实的基础。

(3)液体发动机技术。动力工程是运载火箭的核心,航天火箭发动机可分为液体发动机和固体发动机。相较于固体发动机,液体发动机具有更大吨位、更高的燃烧效率和深度变推力能力,能够让火箭更容易实现回收复用功能。因此,可变推力火箭发动机是实现可回收复用运载火箭的必然趋势,发展液体发动机是运载火箭企业的长期占优选择,我国蓝箭航天、九州云箭、宇航推进等火箭制造民企正在积极布局液体发动机产品。

2.卫星地面设备制造
卫星地面设备由固定地面站、移动站和用户终端组成,是卫星互联网、卫星通信运营、卫星导航系统等产业环节的终端设备,占据下游应用市场的较大份额。


卫星运营与服务是人造卫星应用环节,各类人造卫星的应用主要集中在通信、导航和遥感三大领域。

1.卫星通信
卫星通信是指将人造卫星作为中继站,把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站,实现两个或多个地球站之间的无线电通信。卫星通信与地面通信相比,具有覆盖面积广、不易受地面状况约束、可使用的频谱资源更为丰富等优势。卫星通信技术广泛应用于广播电视、宽带服务等商业领域。

高清特别是超高清节目对于卫星通信容量需求大,高通量卫星通过高水平的频率复用和使用,比传统卫星提供高出数倍甚至数十倍乃至百倍的容量,具有带宽更高、速度更快、接收端更便携的优势。

2.卫星导航
卫星导航是指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术。全球卫星导航系统主要有美国的全球定位系统(GPS)、 俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)以及欧盟的伽利略定位系统(GALILEO)。

3.卫星遥感
卫星遥感是利用人造卫星通过电磁波(包括光波)的传播与接收感知目标的属性及空间分布特征并加以进行分析处理,实现对地球的观测与监控。

Starlink 全球领先,由民扩军拓展价值边界

Starlink 星座建设步伐领先全球,目前已公布星座计划的国外公司中,美国 SpaceX 提出 的 Starlink 规模最大,计划最终将建成 4.2 万颗卫星组成的低轨互联网巨型星座,而其他 公司的星座规模从几百颗到数千颗卫星不等。Starlink 星座分两个阶段建设:第一阶段计 划部署 1.2 万颗低轨卫星,第二阶段计划部署 3 万颗低轨卫星。Starlink 的第一代卫星需 要达到总共约 12,000 颗卫星才能提供全球服务,目前 SpaceX 已获准在低地球轨道(LEO) 部署 4408 颗卫星,使用 Ku 波段频谱将用户连接到其 Starlink 网络,其还拥有单独的 FCC 授权,可以发射 7,500 颗 V 波段卫星。此外,SpaceX 正向 FCC 申请要求批准增加 近 30,000 颗卫星以改善其宽带服务。


“星链”项目虽然以提供高速互联网服务为名打着“民用”的幌子,但其背后却有着深厚的美国军方背景。这从部分发射场建在美国范登堡空军基地内、技术验证试验列入卫星和空军战斗机进行保密互联的内容等可以看得很清楚。而且,“星链”卫星可搭载侦察、导航、气象等载荷,从而在侦察遥感、通信中继、导航定位、打击碰撞、太空遮蔽等方面,增强美军作战能力。


事实上,“星链”已经与美国军方进行了多次合作。2019年,SpaceX从美国空军获得资助,用于测试“星链”卫星与军用飞机的加密互联网服务。2020年5月,美国陆军与SpaceX签署协议,计划试验使用“星链”宽带进行跨军事网络传输数据。2020年10月,SpaceX获得了一份1.5亿美元的合同,用于开发军用版“星链”卫星。2021年3月,SpaceX表示,正准备与美国空军合作,进一步测试其“星链”互联网。


全面建成之后,“星链”可在全球实施全天时无缝侦察和监视,使战场态势对美单向透明,让美掌握态势感知主动权;可提供覆盖全球的大带宽、高速率军事通信服务,为美军构建起覆盖无人机、战略轰炸机、核潜艇等作战平台的强大指挥通信网;可显著提升定位精度和抗干扰能力,为远程精确打击提供更精准导航定位信息,提高毁伤效能;可搭载天基武器系统,甚至直接作为武器平台,成为遍布太空的“智能卵石”,威胁他国航天器的安全。


可见,“星链”项目的军事化应用,很可能使美军占据未来战场的主动,成为美国称霸太空的“帮凶”。


密集“织网”,妄图重构网络版图


3月31日,美国空军官网发文称,F-35A在测试中成功使用“星链”卫星进行了数据传输,一周时间的试验结果证明,通过“星链”卫星传输数据,比传统的连接方式快30倍,传输速度可以达到160M/S。


此次测试在地面状态进行,“星链”的接收终端集成在F-35A的吊舱内。专家认为,如果把“星链”终端装在无人僚机上,则可将其打造成一个战术无人中继平台,将数据传输共享给战斗机。在此基础上,无人机操作员可以同时指挥大量无人机执行集群任务。


万物互联是信息时代的高阶形态,网络是连接万物的基础支撑。“星链”项目是地球重新“织网”的超级工程,居高临下、依天构网可以有效克服地理地形束缚,为空中、远海、高山、荒原、僻地等提供可与地面宽带相媲美的无线宽带互联网接入服务,甚至重绘世界网络版图。


“星链”项目从硬件芯片到通信协议,都对地面互联网技术进行了全面升级。其去中心化、轻量化且支持点对点的全新协议,可降低数据传输时延、提升访问速度。有专家称,如果SpaceX在太空再架设数台根服务器,“星链”甚至可以成为第二套独立的全球互联网,推动世界网络版图重塑重构。这将对各国捍卫网络空间主权、维护自身信息安全构成重大挑战。


数据是当代诸多经济领域的“生命线”。“星链”凭借高网速、低时延、全覆盖、低费用等特点,可提供比传统光纤通信更为顺畅可靠的通信服务,在航海、民航等领域具有较为广阔的应用前景。特别是,全球股市、证券、外汇等金融交易市场涉及庞大资金,交易价格受网络时延影响明显,“星链”技术的运用,或将对全球金融市场产生巨大的影响,甚至对相关竞争对手造成“软杀伤”。


跑马圈地,妄图垄断航天资源


轨位和频率作为太空战略资源极为稀缺。目前,地球同步轨道资源利用已接近饱和,中低轨资源争夺将更趋激烈。地球低轨可容纳约5万颗卫星,“星链”项目如果按计划发射4.2万颗,占比将超过80%。SpaceX妄图通过在太空跑马圈地,抢占发展先机,垄断战略资源。


而且,SpaceX在航天科研生产上蹚出一条低成本发展之路,其研发的可回收和重复使用的“猎鹰9”火箭、“龙”系列飞船,极大降低了航天发射的成本。目前,SpaceX单颗卫星发射成本从6000多万美元降到50万美元以下,小卫星的研制成本也降至50万美元以下。


目前,SpaceX已成为集卫星制造、地面站建设、火箭发射和回收、卫星运营和服务为一体的、拥有自主可控完整产业链的航天“巨头”。“星链”与自动驾驶、物联网、云数据、智慧城市建设等深度结合,可拓展形成全新产业价值链,打造庞大“星链”生态圈,进而垄断今后的航天应用市场。垄断与霸权互为因果、互相联系,“星链”的相关动向,极有可能被痴迷霸权的美国深度利用并为祸世界。


谷歌地图服务18日开始以每像素约0.5米的最大分辨率提供俄罗斯所有军事和战略设施的卫星图像,包括各种洲际弹道导弹发射井、指挥所、秘密试验场等在内的俄战略要地。



俄乌的军事冲突不仅暴露出西方国家在维护西方霸权上的所谓“团结”,也暴露出西方国家的科技巨头公司其实也是为西方霸权服务的重要工具。这也充分表明科技霸权是美西方国家维护其在国际格局中霸权地位的重要一环。大家常说科技是无国界的,但是科技公司是有国家属性的,这一点必须要清楚的认识到。

在此次美西方国家全面制裁俄罗斯的过程中,美西方国家的包括高科技公司在内的大型跨国公司也发挥了积极而重大作用。无论是已经辟谣的马斯克的 space X公司利用其星链卫星为乌克兰提供情报,还是谷歌此次全面放开高清晰度俄罗斯战略要地等影像,都充分表明美西方国家的公司实际上并非其自身宣扬的那样“道德高尚”“有国际正义观”,而是选边站队服务于能够支持其利益最大化的国家力量。


卫星互联网在国防军事领域的应用现状及发展前景


(一)军事应用:战场通信、态势侦查、导航协助、攻击和防御等

在侦察方面, “星链”低轨星座卫星数量多、重访周期短,每个国家上空很短一段时 间就会有几颗卫星过境 ,通过在卫星上搭载相应的传感器,可实现对全球近乎全天 候不间断的侦察和监视。

未来美军有可能通过“星链” 卫星载荷搭载有关的遥感器,其或将成为“庄家”系统的重要搭载平台,从而大大提高 对地监视侦察和太空感知能力,强化美军的侦察监视优势。

从技术上看,“星链”卫星具有比 GPS卫星更高的通信速度,可传输大量数据,通过卫星上的GPS接收器可以同现有 GPS卫星信号相结合,将“星链”打造成卫星定位和导航系统,可以将用户位置精 度达到30cm以内,同时,由于卫星信号较强,更不容易被地面干扰系统干扰。据称, 美国陆军研究得到初步结论认为,“星链”低轨星座成本低、不易被干扰,且精度更 高,可作为一种替代性的全球导航定位系统。因此,充分利用“星链”卫星轨道低、 信号强、密度高等特点,某种程度上可弥补GPS系统的不足,将进一步提升美军导 航定位能力。

在攻击和防御方面,美军可依托“星链”打造联通全域的作战系统,搭载导弹预警 载荷的多颗 “星链”卫星通过协作可在轨进行高可靠导弹防御。各军兵种指控系统可通过太空 网络实现态势共享、协同作战,以及跨军兵种杀伤链的交联与闭合,打造以网制链 的优势。因此,美军可依托“星链”卓越的通信能力打造联通全域的作战系统,借助 于自身高位优势,综合集成能够实施透视信息、自主学习、连续跟踪、持续打击、实 时评估等任务的载荷或能力,构建起全时段可用、全链路赋能、全球域作战的太空 杀伤链。“星链”与“萨德”系统、“宙斯盾”系统、指控系统、预警跟踪系统等连 接,可实时将威胁目标信息传输至各作战单元,加快防空反导杀伤链的闭合速度。预警卫星实施全时探测,发现情况后迅速通过太空杀伤链“星链”通信层向全域作 战单元进行预警。“星链”和海陆空情监侦系统全程跟踪威胁目标,观测其发动机关 机点、预测其弹道和落点、研判威胁类型和真假弹头,并通过指控系统适时进行拦 截。此外,“星链”系统还可利用自动变轨能力,在必要时将待退役卫星推送至威胁 目标弹道实现碰撞式拦截。

“星链”等低轨卫星可作为整个太空杀伤链的信息传输层。低轨卫星向上能够作为 中高轨卫星的通信枢纽和太空计算节点,处理中高轨卫星对作战目标的跟踪、监视 等信息,实现更快、更大范围跟踪地面、海上及空中目标;向下联通全域作战指挥控 制系统和陆、海、空、电、网等多域作战力量,用“系统-系统”的数据交换方式取 代“人-机”的数据交换方式,从而将数据跨域、跨系统的交互时间缩短至毫秒级, 大幅提升杀伤链闭合速度。全域作战单元可通过“星链”实现星上数据和分域传感 器数据的共享共用,以及数据的一体化获取、处理、分发,将太空作战能力延伸至战 场末端。

(二)对抗星链:干扰上行、下行链路及转发器,定向能反卫星武器等

对抗“星链”或可基于现有电子对抗装备和手段。基于“星链”卫星用户工作模式示意图,干 扰或破坏其中任何一条路由都可以致使网络中断,其对抗“星链”可以参考干扰卫 星的上行链路、干扰卫星的下行链路和对卫星转发器实施硬摧毁三种思路。但短期 内无论是软杀伤还是硬杀伤手段,均处于一种被动的应对阶段,并未从根本上真正 实现与“星链”系统的抗衡。

“星链”卫星的庞大数量造就了其较强的抗毁伤性和韧性,使得传统针对单颗卫星 对的攻击武器失效。以美俄为代表的太空力量强国都拥有成熟的导弹反卫能力,但 成本较高。定向能反卫星武器如激光武器、粒子束武器或可有效对抗大规模低轨卫 星。此外,俄罗斯开发“白芷”反星链系统,能够有效侦察、定位星链终端设备,对地面通信终端实施有效打击;发展智能型反小型无人机系统,提升反无人机作战效 能具有重要意义。

从长远角度来看,反“星链”建议应从大力研发火箭回收技术、发展自身卫星系统 建设,以及研发低轨反卫星武器(如同轨伴飞平台)等方面入手。在太空资源有限的前提下,高昂的火箭发 射成本会降低我国在太空领域的竞争力,从而丧失了在太空领域作战的主动权。因 此,不仅需要加快研究火箭回收技术降低发射成本,同时也需要开发类似于“一箭 多星”和“拼车”的发射模式,提高卫星发射效率,从而能够快速构建国家的巨型星 链系统。其次,应大力发展自身的互联网卫星星座建设。根据国际电信联盟规定,轨 道和频谱资源以“先到先得”方式分配,后申报方不能对先申报国家的卫星产生不 利干扰。因此,抓住有利时机,提早建设和利用低轨星座系统,不仅能够抢占有限的 低轨轨道资源,而且有利于抢占频谱主动权。与此同时,应积极发展低轨道反“星 链”措施。在伴飞星与同轨“星链”集群距离极近的位置,对其实施相同时频域、精 确控制波束指向的瞄准式电子干扰,其干扰效果将远远超过设立在地面的干扰设备。此外,采用同轨伴飞平台,还可以搭载一定数量可分离的离子电推进器,破坏“星 链”卫星的姿态控制能力。


美国军用星座计划的需求动因及计划安排


(一)背景:从保障性为主的能力驱动,转向以作战应用牵引的威胁驱动

美国希望在太空中建立全面的军事优势。据《从美国国防太空战略看“星链”的军 事应用》(黄志澄,2020年),近年来美国在军事航天领域一直为未来的大国竞争 积极“备战”。例如,2019年12月正式通过国防授权法案建立太空军,成为第六支 独立武装力量。2020年6月,美国国防部向公众公开《国防太空战略概要》,该战略 围绕提升美国太空综合军事优势,对加快形成太空作战能力战略指导。

高轨卫星生存能力低,低轨星座或成发展趋势之一。据《美国军用低轨星座发展计 划及关键技术分析》(姚延风,2022年),美国国家安全空间(NSS)运行在地球 同步轨道上,为美军在全球提供持续性访问接入,对美国作战能力至关重要。在美 国当前太空架构中,每个星座都由少量大型精密卫星组成,虽然现役卫星功能强大, 但生存能力不足,如果卫星失效或被摧毁,则需要数年时间才能够更换,对战场产 生重大影响。低轨星座以其低时延、快速响应、功能扩展性强等显著优势成为体系 转型焦点。从技术角度看,巨型低轨星座高时空密度、高功能密度及超低时延的优 势,将大幅增强战术级作战保障能力,提高各军种联合指挥、协同作战,以及信息系 统及各类感知平台和武器平台一体化的体系作战保障能力。

美国发展低轨星座需求方向或可分为弹性分散、战术信息支撑,以及网云体系支撑 三大需求。据《美国军用低轨星座发展计划及关键技术分析》(姚延风,2022年), (1)弹性分散需求,由美国空军航天司令部于2013年提出,目的是形成太空威慑力、 强化空间体系抗毁能力,并为太空作战域构建强大的装备体系,包括导弹预警卫星、 通信卫星、导航卫星、侦查卫星领域等。例如,在导弹预警卫星方面,根据最新规 划,未来美军将逐步取消昂贵的高预警卫星项目距,重点发展中轨、低轨预警卫星。(2)战术信息支撑需求,从技术角度,巨型低轨星座高时空密度、高功能密度及超 低时延的优势,将大幅增强战术级作战保障能力,提高各军种联合指挥、各军种协 同作战等。(3)网云体系支撑需求,拟充分利用大规模商业低轨星座成果,全面开 发软件定义、分布计算架构,加速一星多用、云端服务模式等。

(二)架构:提出 7 层下一代太空体系架构,千余颗卫星组成数十个星座

美国当前致力于创建一个“扩大数量、增加弹性”的太空体系架构,建立以组网分 布式小卫星为主的太空系统。美国太空发展局(SDA,2019年3月成立,现隶属于美国太空军)负责定义、规划和 组织建设美国未来的空间能力架构,并加快发展和部署新的太空军事能力,以谋求 美国在太空国防领域不断保持军事技术领先的优势。美国目前太空架构中每个星座由少量大型精密卫星组成,功能强大但生产能力不足。据《美国“下一代太空体系架构”分析》(胡旖旎,2021年),在美国目前太空架 构中,每个星座都由少量大型精密卫星组成,现役卫星虽然功能强大,但生产能力 不足,任意一颗卫星被摧毁或失效都可能对战场产生重大影响,需要探索新的平台。在目前的军事系统中,一两颗卫星的损失可能是毁灭性的,但由数百颗卫星组成的 卫星星座可以忽略一两颗卫星的损失,因此美国太空发展局致力于创建一个“扩大 数量、增加弹性”的架构,由数百颗承载多种有效载荷的小型卫星组成。尽管SDA 未来的太空架构由小型卫星构成,但不影响美国继续使用和建造大型精密卫星。

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美国发布“下一代国防太空体系架构”概念,将更多利用小卫星星座,代替现有的 少量的、大型高价值卫星,以提高天基系统的灵活性和抗毁伤能力。美国将下一代太空体系建设的军事需求明确指向了导弹防御和太空对抗。据《美国 “下一代太空体系架构”分析》(胡旖旎,2021年),2019年7月,SDA发布第一份 信息征询书,将下一代太空体系建设的军事需求明确指向了导弹防御和太空对抗。SDA指出,在一些国家反卫星武器、网络攻击和共轨航天器不断发展的情况下,以 大型航天器为主的太空体系一旦被摧毁,短时间内难以补充,也就是弹性上不足, 同时现有太空架构和装备无法应对尤其是高超声速的及时预警和跟踪。美国提出新研制千余颗小卫星、组成几十个星座的“下一代国防太空体系架构”。据 《美国国防太空体系架构发展浅析》(任远桢,2023年),SDA于2019年首次提出 下一代国防太空体系架构的概念,计划与商业航天力量合作,快速开发和部署一个 激增的、多功能的由小卫星(50~500千克)组成的星座群,按照该体系架构规划, 预计将新研制千余颗小卫星,组成几十个星座,并通过国防部整合美国已有军事及 商业太空能力。

SDA建议的“下一代国防太空体系架构”由七层构成。SDA的征询书建议包含7层 架构,分别为传输层、作战管理层、跟踪层、监管层、导航层、威慑层以及支持层, 综合看提供包括层提供了通信传输、指挥控制、预警跟踪、侦察监视、导航授时、太 空控制及应急补充能力。其中,以太空传输层为基础以7层架构打造智能化的天基信 息网络,全面提升天基信息网络多域通联、情报感知、指挥控制决策、战略评估与支 援的能力,支撑未来全域作战目标,共同为面向未来的一体化联合作战赋能。

美国SDA的国防天空体系架构建设初步分为5个阶段、预计2030年完成。据《美国 国防太空体系架构发展浅析》(任远桢,2023年),美国SDA针对国防太空体系架 构提出的核心发展愿景主要包括三方面,如实现全球实时PNT(定位、导航和授时) 与通信传输能力、综合全面的天基感知能力,以及全维指挥、控制和执行能力。瞄准 该愿景,根据美国SDA当前的规划,国防天空体系架构的建设初步分为5个阶段,0 期至4期,每个阶段2年,预计2030年完成。

从卫星数量看,美国“下一代国防太空体系架构”拟包含千余颗卫星。例如,据《美国军用低轨星座发展计划及关键技术分析》(姚延风,2022年),美 国SDA将传输层和跟踪层作为近5年的建设重点,预算分别为36亿美元和18亿美元, 采取分阶段实施方式降低项目技术风险,逐步实现能力能力升级,目前已启动0期和 1期系统建设工作。0期预计2022年底开始部署,包括20颗传输层和8颗跟踪层卫星;1期计划与2024-2025年开始部署,包括126颗传输层和28颗跟踪层卫星。从整合项目看,据《从美国国防太空战略看“星链”的军事应用》(黄志澄,2020 年),SDA的新太空体系架构,对于传输层拟部署658颗,形成大规模低延迟去中心 化天基网状网络;对于跟踪层拟部署200颗,实现对先进导弹识别、告警、目标指示 和跟踪;对于监控层拟部署200颗,对时敏目标全天时全天候识别和看护;对威慑层 拟部署200颗、先进地月空间机动飞行器3颗,实现地月空间态势感知和快速介入。

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(三)项目:黑杰克系统,由 60-200 颗、搭载军用载荷的商业卫星组成

美国国防部先进研究计划局(DARPA)2018年提出“黑杰克(Blackjack)”计划, 旨在开发演示全球低轨道高速网络的关键要素,为美国国防部提供高连接度、富有 弹性和持久性的有效载荷生态系统。

“黑杰克”项目是一个由运行在600-1300km低轨道上60-200颗卫星组成的星座。据 《“黑杰克”项目动向及应用前景分析》(李菲菲等,2020 ),2020年最初计划先 期开展20颗卫星演示项目,2021年发射首批2颗卫星,2022年发射剩余18颗卫星, 卫星轨道高度约1000km,分为两个轨道面,每个轨道面10颗卫星。后续根据项目进 展情况扩充至90多颗卫星。截至2022年5月,据《美国军用低轨星座发展计划及关键 技术分析》(姚延风,2022),美国国防部先进研究计划局授出12颗卫星平台的研 制合同,其中蓝色峡谷技术公司10颗,加拿大电信公司2颗。由于疫情和供应链等问 题,项目进度推迟,2022年9月蓝色峡谷技术公司交付了第1个“黑杰克”卫星平台。

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项目分为五大独立部分和三个阶段执行。“黑杰克”系统通过多个通用商业化卫星 平台搭载通信、导航、侦察、预警等多类军用任务载荷,具备自主运行能力,包括有 效载荷、通用平台、自主和集成、发射、运控五个独立部分,分三个阶段执行:确定 卫星平台和有效载荷的需求;两颗卫星的在轨演示验正研发卫星平台和有效载荷;在低轨对拥有两个轨道平面的系统进行六个月的演示验证。未来用于演示验证的星 座将包含20颗卫星,每颗卫星拥有一个或多个有效载荷。

关键技术涉及商业化卫星平台、军用有效载荷以及频繁的技术升级。“黑杰克”基 于低轨即插即用设计新理念,试图建立可匹配多种民用平台的有效载荷生态系统, 设计尺寸、质量、功耗和成本较低的平台和有效载荷,探索实现由多个功能层组成 的大型低地球轨道架构的可扩展性和适应性的方法,适应高频次技术更新。Pit Boss 自动控制技术将作为项目的重点和难点,开发自主运行技术、网络保护和数据加密 技术、卫星资源和星座管理技术等关键环节。此外,“黑杰克”项目目标之一是实现 卫星高度自主自治以及新型主干网络建设,需要引入强大的边缘计算处理能力,聚 焦“调度、优化、路径”,解决基于时间和节点的运筹和规划问题。

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具有高度的自主性和网络弹性,军事应用前景广阔。“黑杰克”系统可在星座级而 非节点级提供高可用性、高可靠性的任务保证,在低成本快速发射组网、业务传输 速率、系统性能等方面具备较高的弹性。“黑杰克”星座与在地球静止轨道运行的通 信系统能力相近,而成本只有后者一小部分,且延迟仅为100ms-200ms,信号强度 约是后者1300倍,通信速率更快。此外,低轨星座卫星数量多、敌对攻击目标锁定 困难,不存在“单点”遭破坏而影响整个系统能力运用的风险,有望改善卫星易攻难 守、攻强守弱的现状。在军事领域,“黑杰克”将在国防通信、指挥控制、情报监视 与侦察(ISR)、战术作战任务等方面发挥其优势。该系统可同时监测多个地理区域 并覆盖全球,显著提高美军的态势感知和情报监视与侦察能力;提供低时延、快速 全球战术通信,为军事行动提供战略支撑;完成导弹探测/报警、定位导航与授时服 务、军用加密通信及光电及红外成像等任务。

内容整理于网络。







原文始发于微信公众号(太空安全):Starlink商业卫星逼迫大国在航天科技对抗中升级自己技术

版权声明:admin 发表于 2023年4月13日 上午8:30。
转载请注明:Starlink商业卫星逼迫大国在航天科技对抗中升级自己技术 | CTF导航

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