上千颗卫星，昼夜无缝监视，美国商业星群实力助力美军太空作战
秦安战略2021-09-18 18:12
【编者按】本文来源学术plus。摘 要：商业星群快速发展，美加快星群部署力度，利用商业星群优势，提高商业星群在美太空信息支援作战中的应用深度和广度，不断调整发展思路和重点，加快商业星群军用进程，持续提高美联合全域作战能力，未来将对美太空信息支援作战带来重大变革。本文通过梳理商业星群支援作战的特点及趋势，分析商业星群在美太空信息支援作战中发挥的主要作用，提出商业星群对美军未来联合全域作战能力的影响。由此为我国的商业星群发展提供启示。
以铱星公司、SpaceX、一网公司为代表的商业航天公司大力发展各自的商业星群计划，并加快推进星群部署力度。美军在新型作战理念的指引下寻求多种手段满足未来作战需求，实现新的作战样式的改变。美军关注商业星群的发展，并积极探索商业星群与军事作战的融合与应用。
1 美商业星群支援作战的特点及趋势分析
2020年以SpaceX公司为代表的商业低轨星群部署紧锣密鼓，引发了商业星群在未来太空信息支援作战中发挥作用的种种猜想。商业星群因其特点和发展势头，未来用于支援作战有着很大的可能性。
1.1主要特点
1）以信息为主导。商业星群搭载成像载荷、电子信号、导航、预警等各类载荷，可为作战提供侦察、导航、通信、预警等信息支援，在天基信息支援作战动中发挥更大作用。SpaceX公司将“星链”星群的应用范围从宽带互联网服务拓展到了卫星通信与传输、卫星成像、遥感等服务。
2）以技术为引领。美军大力发展弹性低轨星群，亟需利用商业星群技术成果，加快新技术向支援作战能力的快速转化，加速迭代更新以提升支援作战能力。美军太空发展局（SDA）的成立就是为了激发军事航天领域的创新发展，将商业航天新兴技术引入军事航天。
3）以服务为优先。商业星群发展速度快、商业模式新，为军方部署低轨星群提供了技术支持和力量储备。当前商业航天的发展在许多方面走到了军事航天的前面。商业星群为军方提供卫星图像数据和商业采办服务，成为传统天基信息支援作战的有力补充。
4）以利益为驱动。近年来，商业航天呈急剧上升趋势。在过去的10年中，商业航天收入增长达77.8%。美国2019年商业航天收入达3 369亿美元，比上年增长6.3%。商业卫星追求低成本、高收益，利用商业星群支援作战，可持续推动其进行低成本升级，并快速生成新型作战能力。
1.2 发展趋势
1）支援作战能力快速提升。商业星群性能先进，支援作战能力不断提高。美军利用商业星群卫星进行数据传输测试，评估其是否符合美军数据传输需求，为日后进行商业星群军事应用奠定基础。低轨星群轨道高度及部署形式可降低导弹预警卫星的精度要求和覆盖范围要求，提升卫星跟踪导弹的能力，更好地支援作战。（见表1）
表1 美国在轨及在研星群情况（截止2021年1月底）
2）支援作战样式加快变革。商业星群具有高度弹性、分散性和多样性，一旦发展军用，将具备威慑和作战功能，并催生新的作战样式，能够在各种威胁形势下很好地完成作战任务。美陆军希望利用商业星群为自己的作战旅提供支持，以实现全域作战指挥与控制。
3）支援作战领域不断拓展。商业星群大规模部署，在支援作战的各个领域得到深化。商业星群平台根据任务需要可搭载各类载荷，商业航天公司根据军方需求定制卫星和载荷，既可利用现有技术和生产线生产军用卫星载荷，缩短卫星研制和发射周期，还可寻找合作公司设计研发所需传感器，不断深化拓展商业星群的军事应用领域。
4）支援作战应用潜力巨大。商业星群根据任务形态搭载各类载荷，拥有扩展任务类型的便利条件和显著优势。商业航天创新技术引入军事航天系统，既满足军事需求，又可提供优质的天基信息支援、采办服务，确保高效的太空军事行动。
2 商业星群在美太空信息支援作战中发挥的主要作用
商业星群的发展大大促进了商业太空技术和太空能力的发展，军方通过购买服务可以快速获取新技术，获得新能力。未来商业航天会出现更多的商业模式和更广的业务范围，能够满足军用航天技术更新、快速采购、按需发射的需求。
2.1 为发展太空信息支援作战理论提供创新方案
商业航天力量具有的太空威慑作用为美军军事航天理论和决策的发展提供新的思路和方向。美军未来军用低轨星群将部署在商业星群附近，利用商业星群建立星间链路支援作战。商业星群将可能成为美军的基础设施，为美军军事行动提供天基信息支援，并推动支援作战领域不断拓展。商业星群的分散性和多样性可以使敌方陷入决策困境，降低其决策质量和作战效能，使其无法达成作战目的。
美军自2016年开始密集出台许多创新概念，如“多域作战”、“全域作战”、“联合全域作战”（JADO）等概念，近两年又提出马赛克战和决策中心战等新概念。SpaceX公司敏锐地嗅到美军未来马赛克战和决策中心战的巨大商机，从2018年开始部署“星链”星群，特别是2020年，发射部署的节奏明显加快，截止2021年1月底，共发射1015颗卫星，目前在轨951颗，在获取巨大商业利润的同时，为未来去平台化、去中心化的新型战争形态提供关键军事基础设施。
2.2为牵引太空信息支援装备发展提供不竭动力
美国军方为最大限度购买商业航天能力和服务，积极探索创新采办方式获取商业航天产品和服务。军方历来重视商业航天发展，专门制定政策对商业航天提供支持，为太空信息支援装备发展提供源源不断的动力支持和政策支撑。传统大型卫星采办流程复杂，时间周期长，且费用高昂，甚至因故导致项目取消，对天基信息支援能力、太空安全以及国家安全造成影响。
随着商业星群的快速崛起，美国军方看到了希望，将商业星群能力作为太空信息支援装备采办的重要选项，不但引进商业星群创新技术，甚至考虑将某些业务交给商业航天公司承办。前总统特朗普上台后，为了在航天领域保持“美国优先”，积极发展商业航天，发布新版《国家安全战略》，简化并完善商业航天管理，通过商业航天合作来提升太空体系弹性，甚至将商业合作伙伴纳入国家安全保护范围。太空发展局的建立为借鉴商业模式和商业技术实现太空信息装备创新发展、部署新的军事航天能力提供了重要的制度和机构保障。
2.3为提升太空信息支援作战能力提供有效支撑
商业航天公司可利用自身技术优势和能力强项为天基信息支援作战提供有力支援。军方为商业航天公司提供资金支持，扶持其为军方提供高性价比服务。商业遥感星群正逐步成为军用侦察卫星的重要补充，对太空信息支援作战产生颠覆性影响。商业航天遥感数据成为情报航天机构数据的重要来源，越来越多的商业航天公司成为军方合作机构，为战略战役行动提供多样化高质量遥测数据。美国卡佩拉太空公司合成孔径雷达（SAR）星群卫星的最高分辨率已达0.5m×0.5m，可用于支持导弹防御、创建预测情报、模拟潜在对手场景等。美国空军、地理空间情报局和国家侦察局已分别与该公司签订合同购买SAR图像数据用于作战支援。铱星的最大客户是美国国防部，为美军提供通信服务。在伊拉克战争和阿富汗战争中，美军对“铱星”星群容量使用激增，有效地支援战场作战支援。目前“铱星”星群已充分融入美军作战。
2.4为完善太空信息支援作战机制提供试验条件
商业星群通过一体化设计、一箭多星发射、运载火箭重复使用等技术快速部署低轨卫星，提前占据宝贵的轨道资源，为太空信息装备发展提供重要的技术条件和试验场所。目前军方在构建军用低轨星群的过程中重点放在演示验证上，利用建成的商业星群提供试验和军事服务。2019年3月，空军向SpaceX公司授予“商业天基互联网军用实验”（DEUCSI）的合同，旨在探索利用商业低轨通信星群为空军提供通信支持。对SpaceX公司2颗“星链”原型星进行的数据传输能力测试结果显示，传输速率可以达到610 Mbps，是美军现行通信速度的102倍。2020年5月，陆军与SpaceX签订“合作研发协议”（CRADA），将用3年时间试验利用“星链”星群在各军事网络间传输数据的服务,借此评估“星链”星群同军事系统连接时的性能，了解使用“星链”星群需要的地面设备以及需要开展的系统集成工作量，更好地掌握“星链”星群的潜在应用。美国国防高级研究计划局（DARPA）的“黑杰克”项目就是探索利用商业低轨宽带星群发展经验和成果，在低轨演示验证能够全球持续覆盖、低成本的星群。
3 商业星群军用对美联合全域作战能力的影响
随着SpaceX、一网、行星实验室为代表的商业航天公司的崛起，商业星群在人工智能、机器学习、云计算等新技术的加持下，将在未来联合全域作战中扮演越来越重要的作用。商业星群搭载载荷可提供侦察、监视、预警、通信、导航和战场环境监视等能力，可为战场感知、指挥控制、精确打击提供太空信息支援。
3.1积极重构联合作战抗毁生存能力
为提高太空系统的生存能力，美国提出构建弹性与分散式太空系统结构。美空军发布的《弹性与分散式太空系统体系结构》的白皮书中就指出，可用结构分离、功能分解、有效载荷搭载、多轨道分解和多作战域分解等途径构建分散式太空系统体系结构。2020年6月发布的《国防太空战略概要》提出，要建立太空弹性架构，构建综合性太空军事优势。商业星群大规模布局地球低轨，功能弹性，重构部署快，“先占永得”低轨资源，为后期应用创造更多条件，赢得先机。
模块化、集成化的设计理念和批量化生产模式可最大限度地降低成本，将高价值卫星性能分解为低成本分布式星群的性能联合，能够有效提高联合全域作战中天基信息支援装备的抗毁生存能力。美国国防部及太空发展局借鉴低轨商业星群技术构建分散式未来太空体系，确保己方太空系统能够不间断地提供信息支援。“黑杰克”星群将借鉴商业星群技术，从商业供应商处购买小型卫星，使星群的成本更低、周期更短、设计和建造用时更少，通过搭载军用有效载荷来满足太空作战信息支援需求，星群能力与目前在轨运行的军事卫星系统相当，但具有更强的联合作战抗毁生存能力。
3.2 显著提升联合作战战场感知能力
太空已成为独立的作战域，开始从信息支援的配角逐步向正面战场的主角转变。未来太空作战将是联合全域作战中的一环，太空作战将在战略、战术和战役层面进行，并依赖太空态势感知能力。商业星群节点多，部署频繁，通过搭载军用有效载荷，不仅可以拓展业务，增加营收，还可满足军方需求。商业星群在低轨以量制胜，通过大量部署提升覆盖范围，可满足遥感、测绘、导航、通信需要，可为作战提供战役战术级信息保障，具备支撑各作战域的战场态势感知能力以及作战目标的跟踪监视能力，将成为太空信息支援作战的竞争热点，快速提升战场态势感知能力。美国防部利用商业卫星搭载军用有效载荷，不但节省成本，还能更快获得在轨能力。若商业星群搭载侦察监视载荷，结合其重访率高、抗干扰能力强、高弹性等特点，可对地球实现24h无缝监视，大大提升美军战场感知能力。目前，“星链”星群的服务范围已经拓展至遥感领域。未来，美太空军极有可能在“星链”星群上搭载军用遥感载荷，从而大大提高太空态势感知及对地侦察监视能力。
3.3 快速增强联合作战互联互通能力
联合全域作战的前提之一就是信息通联能力。未来太空体系架构若要实现整体协同工作、快速响应，必须贯通各个功能层之间的卫星网络，大规模互联互通互操作是必要条件。通过互联互通充分发挥网络数据共享与在轨实时处理带来的协同效应，提升载荷工作效率，实现通信、导航、遥感等多类应用的有机结合，满足体系架构多元化、高弹性应用需求。国防太空架构以构建大规模星群组成的“网状网”为基础，其中“传输层”包括约658颗小卫星，充分利用“黑杰克”项目相关技术以及商业低轨宽带互联网星群成果，为全球任意两点之间提供持续低时延数据通信传输服务，支持美军作战。美军可借助“星链”商业星群的通信能力将联合全域作战中陆、海、空、天等作战装备联成一体，实现互联互通，提升全域作战能力。
3.4 极大提高联合作战精确打击能力
多域作战和联合全域作战需要强大的导航定位能力，将坦克、火炮、直升机等武器装备联成一体，实现互联互通，提升联合作战能力。专司作战的太空司令部和专司部队建设的太空军的成立，加快美军实现军事航天部队由“支援型”向“作战型”的转变。联合作战对导航卫星的要求是高精度、全天时、全天候、全球覆盖、抗干扰能力强。导航领域多系统、多手段集成融合的趋势已经确立。目前“全球定位系统”（GPS）星群有31颗卫星提供导航服务，2020年8月星群完成升级，适用性和抗干扰性得到改善，稳定性和安全性进一步增强。商业星群可提供低成本、全球覆盖的高速天基互联网波束覆盖，大大增强美军GPS精确导航能力。“星链”星群可提供25 ms的低延迟传输，可作为战区外远程发射不管武器的末端导航控制平台，比起目前高轨通信卫星250 ms的延迟传输，提升了一个数量级，极大提高联合作战精确打击能力，更好服务联合全域作战。
4 启示
4.1 加大商业星群部署力度，抢占低轨资源
低地球轨道是非常稀缺的战略资源，卫星时延低，信息传输快，频率资源有限。国际电信联盟规定，轨道和频谱资源“先占先得”。商业星群一旦部署完毕，后期通过补充发射，就可“先占永得”低轨资源，给后期使用低轨的国家造成了空前的压力，可谓非常不友好。我国应加快商业星群立项，鼓励私营公司和国家民用航天部门发展商业星群应用，加大商业星群的筹划、申报和部署力度，抢占低轨轨道和频谱资源，为后期更多低轨轨道和频谱应用创造条件，抢得先机。
4.2 重视商业星群军事应用价值，提高商业星群战略地位
商业星群提供的遥感、通信、导航等能力一旦用于军用，将大大提升天基信息支援联合作战的能力。我国的商业星群正处于蓬勃发展期，我们要加大商业航天投入，保持商业航天的高速发展势头，鼓励军方根据需求从商业航天公司定制服务，为其提供资金支持。重视商业星群的军事利用价值，借鉴商业星群技术和服务，以更低的成本、更快的节奏扩充太空基础设施，利用商业星群快速、灵活、通用的地面基础设施和发射能力以及不依赖于单一节点的管理和控制，实现覆盖面广、低延迟、可持续的全球监视与通信能力，高效利用商业航天技术及能力的军事转化，为军事航天采办及技术更新提供支持。
4.3 发展面向商业星群的军用手段，满足作战应用需求
商业星群可满足当前军用太空系统的“弹性”需求，具有一定的太空威慑功能。美国当前大力推进联合全域作战新型概念和模式，将大大提升商业航天在军事应用中的占比。我国要加速开展对商业太空资源的利用研究，推进商业低轨星群资源在军事领域的利用与融合。商业低轨星群的超低时延可保证监测图像更快回传，更快完成目标搜寻。研究星群模块化设计、批量化生产搭载于商业星群的军用载荷，实现利用商业星群完成对全球主要地区24h不间断遥感监测。研究利用商业卫星进一步提升导航定位系统精度和抗干扰能力的可能性。通过建设和利用商业星群满足新型作战的要求。
结 语
美国商业星群发展迅猛，美军一直重视商业航天公司的技术与服务，加强商业航天与军事航天的融合利用，为未来的联合全域作战提供天基支持。我国应加大商业航天投入，利用商业航天资金和基础设施加快发展商业星群，加快商业星群的军事应用研究，为未来可能爆发的太空冲突提供技术、设备和能力支持。
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