美國調整軍事航天器的發展策略

王景泉

(北京空間科技信息研究所, 北京 100086)

美國調整軍事航天器的發展策略

王景泉

(北京空間科技信息研究所, 北京 100086)

美國對軍事航天器的依賴性不斷增強，也面臨著航天器越來越長的研制周期和越來越高的研制成本，因此，改變軍事航天器的發展策略成為當務之急。美國為提升戰場實戰能力正在進行發展思路的戰略性調整，主要包括：拓展搭載軍事有效載荷的途徑；推進將大型衛星有效載荷拆分成小衛星的模式；開發分布式軍事太空系統結構；對運載資源挖潛；優化商業模式實現業務拓展。對已有衛星的后續系統，進行規模改造與能力提升途徑的調整，主要包括：對于軍事通信衛星，擴大寬帶或“超高頻”(SHF)系統，突出窄帶或“特高頻”(UHF)系統及“先進極高頻”(AEHF)系統；分步升級GPS的地面部分，將GPS-3提升為國家關鍵基礎設施；確保導彈預警衛星系統重點。在開發新系統時，美國注重提高效能和降低成本，發展有效的支持能力和低成本小衛星系統，提高低成本機動發射和快速進入太空的能力，并以軌道資源利用為目的開拓新途徑。

軍事航天器；發展策略；調整動因；有效載荷搭載；分類調整

1 引言

軍事太空系統已經成為支持所有軍事、維護和平和外交活動的綜合系統。近年來，發展軍事航天器的國家越來越多，競爭加劇。隨著對軍事太空系統的依賴性進一步增強，美國為了保持其優勢和領先地位，必須發展能力強和效率高的軍事太空系統[1]。由于預算限制，降低成本又成為美國發展軍事太空系統必須遵循的原則。面對新出現的威脅和緊縮的預算，美國空軍航天司令部表示，必須進行全面改變，否則就無法保持現有能力，甚至會出現不可持續的未來[2]。美國國防部正在實施分散化(Disaggregation)策略，并發布了在能力、可持續性和彈性(Resilience)之間確定平衡點的白皮書，保證關鍵的軍事和情報獲取等太空設施能不間斷地進入太空。美國將改變未來軍事太空的體系結構，全面調整軍事太空發展策略[3]；并將根據美國政府“減扣”(Sequestration)的預算(預算的壓縮)調整具體發展途徑。

2013年1月，美國國防政策法案立法，奧巴馬有效地停止了與德國、意大利的聯合導彈防御計劃，轉而加大支持國防部計劃取消的研制、試驗和裝備快速響應太空項目的力度。關于國家安全太空計劃，2013年在申請額度之外再增加5000萬美元，明確保護美國空軍計劃中止的“作戰快速響應太空”(ORS)和“太空試驗計劃”(STP)。國防授權法案(NDAA)要求保留ORS辦公室，2013年撥款4500萬美元開展活動，并以大約同樣的資金支持STP，用于國防部各機構開發的技術進行太空試驗。

本文概括了美國軍事航天器調整發展策略的動因，主要分析了發展思路的戰略性調整和規模改造與能力提升途徑的調整，可為我國航天發展策略的制定提供參考。

2 發展策略調整的動因

2.1美國對軍事航天器系統依賴性不斷增強導致的問題

近年來，國家安全的太空能力已經成為美國軍事行動、情報運行和外交政策依靠的關鍵，國家經濟、工業活力和公共安全等也在很大程度上依賴于商業衛星，以及軍事和其他太空系統。太空系統、相關產品和服務對2010年美國國內生產總值(GDP)的直接貢獻達到1500億美元；太空技術對公共服務和私人業務的間接貢獻可能產生的經濟價值，更是直接經濟價值的數倍。這使得美國依賴于太空系統的國家經濟能力、國家安全和國際聲望，達到了50年前無法比擬的程度。

然而，作為全球太空系統發展最領先和對太空系統依賴最強的國家，美國在近10～15年來的軍事太空系統發展中卻面臨越來越嚴重的問題。美國國防部的許多軍事太空計劃，都因大幅度經費超支和長時間計劃推遲，不得不進行調整，甚至取消。用戶要求不斷提高和變化，技術狀態難以凍結，衛星越做越復雜，可靠性降低，也容易出現紕漏，使得系統越來越脆弱。軍事航天器項目研制周期一拖再拖，發射日期甚至后推3～4年，使得發射的系統在壽命后期所利用的技術比商業系統落后1～2代，嚴重制約了軍事太空系統的技術進步。而且，隨著成本越來越高，航天器制造部門越來越困難，隨之也出現了信譽降低等問題。目前，單顆衛星的成本甚至已經超過10億美元。在10項最大的太空計劃中，平均單顆衛星成本超支100%，間接成本和運載火箭成本也在迅速攀升。過去10年間就出現了15項以上的計劃因突破最高限度(即Nunn-McCurdy，1982年的NDAA規定，如果項目總成本的增加超過原來預算的25%，則列入違反法規項目，直接取消)而被取消。

上述問題嚴重影響了美國近期太空能力的增強，遠期將繼續威脅持續發展的活力和未來前景。這種狀態甚至在未來10年內也難以改變[4]，會嚴重降低航天工業的可信度。美國未來預算壓力會變得更加嚴重，成本超支將使航天工業潛在著越來越大的危機，迫使美國探索新的發展途徑。

2.2軍事航天器系統的持續發展面臨新難題

(1)創新與快速能力形成的矛盾。多年來，由于創新思維的膨脹，美國太空領域出現了很多新概念新系統和超前的計劃，因此總是多種矛盾交織，決策困難，屢屢發生推倒重來“另起爐灶”的情況。對于一直以來以太空系統為主宰的任務，美國不斷提出用具有更高可信度的非太空系統替代太空系統，增加了未來太空技術面臨的挑戰。因此，增強發展軍事太空系統的動力成為迫切的問題。

(2)尚未明確關于增強關鍵軍事太空能力的范圍。應對目前的態勢，最基礎的一步是增強關鍵的軍事太空能力。所謂關鍵，主要涵蓋直接支持作戰，有益于國家經濟、國家安全、國際關系、科學發現和提高生活質量等。其中，重點技術領域是發展衛星通信，先進的導彈預警系統，全球定位、導航和授時，戰場成像偵察，精確的和時間敏感的氣象數據提供能力，以及增強的太空態勢感知能力等。面對嚴峻的財政環境，美國空軍必須在規定的時間投入適當的成本，獲得滿足應用的能力。不過，降低成本和改進采購策略并不簡單，必須首先確定提升太空系統軍事能力的范圍。

(3)目前發展策略的有效性遭遇瓶頸。面對新情況，如果按過去的思路，很有可能是提高支持基礎，采用漸進性而不是革命性的設計，采取從更好的未來性能到加強項目管理的策略，采用克服脆弱性措施等。上述措施雖然有一定的合理性，但不夠有效，因此要在目前的策略之外尋找出路。例如：將創新的目標集中在提高可承擔性、風險管理和解決脆弱性，開發新技術應能更快拓展實用能力；要設計新途徑以支持用戶任務，真正根據需求提供太空業務；解決諸如發射成本過高(有時甚至是所發射系統本身成本的2～3倍)等問題。必須明確，在國家安全任務的某些領域，太空是唯一的選擇。但是，也只有將天空、太空和地面系統進行更好的集成，才能更快地形成實戰能力，也才能根據終端用戶提出的“較快、較便宜”的需求，牽引出綜合方案，使各個部分具有低投入和低風險的優點，通過能力的分層緩解固有風險。

3 發展思路的戰略性策略調整

3.1拓展搭載軍事有效載荷的途徑[5]

在美國發展思路的戰略性調整中，搭載軍事有效載荷成為重要策略。

3.1.1 快速形成能力和降低成本的搭載途徑

由于出現巨大的預算赤字且還在繼續增長，美國聯邦政府不得不削減軍事太空預算，采取節省資金的發展途徑。其重要對策是拓寬思路，在美國軍事太空基礎系統上實現更多有效載荷的搭載，特別是加強在商業衛星上的搭載。

目前，全球每年都會發射20多顆商業通信衛星，這些衛星在質量、體積和功率等方面都有不同程度的余量，而大部分商業通信衛星的這些優勢并沒有得到充分利用。空軍航天與導彈系統中心(SMC)正在探索利用商業衛星系統搭載。美國空軍實施了“商業搭載紅外有效載荷”(CHIRP)計劃，驗證未來導彈預警衛星使用的新型寬視場、持久性過頂的紅外敏感器，獲得了很好的效果。

3.1.2 搭載有效載荷需要突破的挑戰

(1)需要調整設計和運行模式。目前的一個主要問題是，商業研制者和運營者如何既能滿足獨特的軍事要求，又能縮短研制周期。軍事作戰往往分布于全球，而商業系統則趨于集中在中心用戶基地；另外，搭載的軍事有效載荷往往使用商業市場不使用的頻段，某些軍事衛星通信系統還有嚴格的安全性和可利用性要求，要保證對飛行器的控制。

(2)應就搭載有效載荷達成共識。在CHIRP計劃成功以后，美國空軍又安排了CHIRP+計劃，目的是再次采用搭載有效載荷的方式進一步試驗紅外敏感器。這一計劃在國會受阻，眾議院撥款委員會刪除了為搭載有效載荷的投資，而為地面部分的技術發展增加資金；不過在參議院和眾議院的軍隊業務委員會獲得了支持。撥款上的分歧說明，搭載有效載荷還未達成共識，因此須要建立堅實的完善機構。SMC深入研究了可搭載的商業資源和待選擇的業務類型，其結論是，對于在商業衛星上搭載軍事有效載荷，近期還難以提供最佳的環境，至少還要7～10年的時間才能成熟。

(3)簽訂可操作的飛行器搭載合同。美國國防部曾提出在下一代低地球軌道(LEO)通信衛星星座上搭載有效載荷，但在2011年與銥公司的談判失敗。目前，美國軍隊體制還不具備建立合同關系的職責和權利。為此，SMC調整計劃，提出了不確定的交付和不確定數量(IDIQ)的合同模式。這是真正邁出了規范化、易實現和可重復搭載有效載荷的第一步。合同問題還涉及到搭載有效載荷的通信、出口控制、非美國運載火箭的使用、電腦控制安全和信息保證等一系列問題。例如，搭載CHIRP的SES-2衛星利用阿里安-5火箭發射時，其發射許可證的程序太復雜，過程非常艱難，而且費用增加。

3.2推進發展大型衛星有效載荷拆分成小衛星模式[6]

預計美國空軍將在2015年做出對某些關鍵太空任務進行整體拆分等重新設計的最后決策。重新設計的總體思路是將目前大型衛星平臺上的任務有效載荷拆分后裝載到多顆小衛星上。這一分解有效載荷的概念，初期主要是考慮兩個具體的關鍵太空任務領域，即核戰指揮控制的保密通信和氣象預報。如果最后決策采用分解式途徑發展分布式太空系統，將對空軍最大的保密太空計劃產生重大影響。

3.2.1 通信衛星

防護型的“先進極高頻”(AEHF)衛星由不同的有效載荷分別處理戰略和戰術通信鏈路，美國空軍考慮將這兩種有效載荷拆分后分別裝載在兩種小衛星上，這很可能引起AEHF計劃的重大調整。這種分解思路可使空軍的防護型衛星通信在應對敵人的攻擊時具有更強的彈性(靈活性)，當然也可能增加空軍保密通信能力的成本。

從采購和預算角度，拆分較容易實現，比對戰場需要的其他方面進行設計的改變，具有可行性和更大的優勢。現在推動面向拆分轉型的計劃，采用小型、低成本的衛星，在用戶通知后較短的時間內即可研制和發射，從而支持快速響應任務。由于不是衛星的所有戰略和戰術有效載荷都要求抗核輻射加固，如戰術有效載荷并不一定需要這種加固，因此按戰略和戰術拆分AEHF系統將具有重要意義。

3.2.2 氣象衛星

由于在一個平臺上集成多個敏感器存在脆弱性等嚴峻的挑戰，因此分解軍事氣象衛星任務也具有很大的意義。軍用、民用分開后，美國空軍的軍事氣象衛星計劃因為衛星的敏感器組合太復雜而被取消。如果將敏感器拆分后裝載到多個飛行器上，可能成為防止太復雜又降低成本的一種途徑。對性質上不適合融合的有效載荷進行技術上的分離，可防止由于其他要求而導致有效載荷負擔過重，能以最低成本實現更佳的任務設計。這種分解式概念，有利于開發高、低成本系統的混合星座。如果將研制頂層、成本高、數量少的系統，與研制這種低成本的系統相結合，就可承受較高的風險，以更高的效費比構建具有更高級系統性能的星座，實現較快的技術升級，提升系統能力。

美國已經決定恢復研制下一代軍事氣象衛星系統，以網絡為中心和以小衛星為主構建下一代氣象衛星系統方案，重點考慮以網絡為中心的體系結構，現有的小型、敏捷和高成本效率的平臺可有效支持未來的各種有效載荷。

3.3開發分布式軍事太空系統結構

采用小型、不太復雜和更多數量平臺的分散能力，將引導更平穩、更連續的生產計劃，這種分解式和分布式結構將具有更強的生存能力和靈活性，也更有益于國際合作伙伴的參與。因此，美國軍方將分布式太空系統結構作為重要的發展思路。

3.4挖潛運載資源

從2014年開始，在美國政府發射大型衛星所使用的“改進型一次性運載火箭”(EELV)上，利用所設計的適配器發射二級有效載荷，初步計劃每年發射6次。軌道科學公司已接受美國空軍研究實驗室3200萬美元的合同，在5年內研制用于增強“二級有效載荷適配器”(ESPA)環的試驗平臺“鷹”(Eagle)。該試驗平臺可在地球靜止軌道、地球同步轉移軌道和低地球軌道裝載6個二級有效載荷，在地球靜止軌道至少可有1年的壽命，裝載的最大有效載荷質量為1086 kg。

3.5優化商業模式實現業務拓展

國防信息系統局(DISA)決定采用“未來商業衛星通信業務采購”(FCSA)的新模式，對衛星能力采購程序實施現代化。DISA認為，FCSA可允許研制者快速更新技術，使供應商實現更優化的競爭。在原來的商業衛星帶寬采購體制下，DISA只授權3家公司采購衛星固定通信業務；而在FCSA模式下，這種公司拓展到21家。對于衛星交付的預約業務，FCSA模式下的公司有23家，而原體制下只有5家。解決原有問題后，對多種商業模式優化，有效促進業務拓展。

4 規模改造與能力提升途徑的調整

4.1軍事通信衛星系統分類調整發展途徑[7]

美國軍事通信衛星體系主要包括寬帶或“超高頻”(SHF)系統、防護或AEHF系統、窄帶或“特高頻”(UHF)系統3類。調整后，3類軍事通信衛星不再按同一模式發展。將“寬帶全球衛星通信”(WGS)系統調整為擴大規模類，以擴大總的系統容量為重點；防護系統突出關鍵時刻的危機防護，特別是提升軌道系統耐受攻擊的能力，確保國家高層的指揮；窄帶系統以保證戰術應用為重點。

4.1.1 戰略通信衛星進一步增強

對寬帶或SHF系統擴大規模。受預算壓縮影響最大的太空系統是老化的“國防衛星通信系統”(DSCS)，美國空軍的投入減少到75%，并已經開始由具有更大能力的WGS替換，注重規模性擴大。WGS系統每顆衛星的容量為2～3.5 Gbit/s，而擴大規模的基本技術要求是3.6 Gbit/s。根據擴大規模的新思路，在增加在軌衛星數量的基礎上，每顆衛星的容量從3.6 Gbit/s增加到4～5 Gbit/s，以提高帶寬作為擴大規模的重要途徑。為擴大規模，美國空軍又從波音公司訂購了6顆以上的衛星，在2013—2018年陸續發射。商業提供者預計，即使10顆WGS衛星在軌，如果國際伙伴加入，美國空軍仍要開發、研制更多衛星，否則支持作戰的容量仍會不足。國際移動衛星公司正在研制3顆“全球快訊”(Xpress)Ka頻段衛星，該衛星移動業務提供商將其定位為補充WGS系統，可使軍事作戰平臺不必改變WGS系統硬件就能獲得由Xpress提供的無縫鏈接業務。美國國防部證實，從Xpress衛星開始，國際移動衛星的軌道位置能實現和WGS系統最大程度的協同。Xpress同時采用民用和軍用Ka頻段，幾乎是可互用的無線電頻譜。國際通信衛星公司也正在研制大容量Ku和C頻段通信衛星,將提供3倍于WGS衛星的帶寬，其中相當一部分帶寬用于美國寬帶軍事通信業務。

4.1.2 拆分AEHF系統

由洛馬公司研制的價值數十億美元的防護型通信衛星AEHF，用于核戰爭期間使用核武器時的作戰指揮控制通信，也能用于戰術部隊風險探測通信，美國總統可以通過AEHF系統與其他國家領導人、戰略部隊通信。根據突出防護能力的新思路，將采取措施增強其在危機情況下的可生存性，即：將戰略性鏈路部分與戰術性鏈路部分進行拆分，拆分后戰術性鏈路部分采用商業性發展途徑，去掉防護措施；將戰略性鏈路有效載荷搭載在極軌軍事衛星上，采用防護技術，2015年會對此做出最后決策。2014年，美國投資6.525億美元采購2顆AEHF衛星，并對用新型部件替換原有衛星部件和插入創新技術進行研究。

4.1.3 改進戰術通信衛星的戰場適應性

美國國防部的窄帶或UHF系統主要解決戰場應用有效性問題。“移動用戶目標系統”(MUOS)計劃可實現單兵手持機等戰術應用，重點解決衛星和地面網絡相協調等問題。近年來，無線電通信環境越來越復雜，戰術通信衛星系統在應用中的干擾問題越來越嚴重。有意的或者敵對干擾雖然上升得較快，但在整個干擾環境中仍然低于1%，絕大部分仍然是不易檢查的無意干擾，使得業務質量很難提高。調查研究表明，主要干擾是由人員操作錯誤引起的，加之美國在國外的駐軍需要不斷調防，士兵業務訓練不到位，應用設施安裝能力低，人為故障較多，應對不易檢查的無意干擾十分困難。為此，美國將采取多項措施，如正在推廣采用載波數字識別標志系統，幫助識別用戶的傳輸，能有效識別無意干擾。2014年，投資5900萬美元用于海軍MUOS的進一步研究、研制和購買衛星部件，保證該星座和地面站能在更復雜的地面環境中提供安全的蜂窩電話式通信。MUOS包括4顆衛星，已發射2顆，利用創新的無線電頻率波形使設計目標得以全部實現。

4.2GPS發展策略的調整

多年來，GPS在全球占有主導地位，其發展策略調整主要體現在天地協調同步發展。目前，該系統不但成為被干擾的重點目標，而且中國、歐洲、俄羅斯的3個全球系統也對其構成了競爭態勢，美國只有不斷調整發展策略，才能應對新挑戰。

4.2.1 分步升級GPS的地面部分

逐步升級GPS的地面部分，是提升全系統能力的重要環節。原來的運行控制系統是在30年前研制的，由于缺乏目前所有任務關鍵網絡均要求的安全性設計，故障隨時可能發生。為保證系統能力，美國曾實施對已有系統精度改進創新的L-ALL計劃，在2009年用戶測距誤差(URE)達到0.9 m，整合了全星座的跟蹤監控能力，但地面部分仍不能有效支持GPS-2F之后衛星上的許多新功能。

截至目前，美國已經發射GPS衛星65顆，其中在軌工作并提供導航業務的衛星31顆；但由于地面運行控制部分(OCS)只能支持24顆衛星的星座，因此形成了“一條腿長”(星座)、“一條腿短”(地面)的局面。另外，1999年提出的GPS現代化計劃因為地面部分不配套，只能試驗，至今不能實現全面業務運行。第1顆GPS-2F衛星雖然在2010年就已經發射，但所廣播的M碼信號至今不能正式使用。一是因為相應的新型地面系統尚未建成；二是因為這種信號的功率電平裕度不足，而保證相應功能的連續性和完好性必須解決有關裕度問題，因此要繼續完善運行這種信號的包括地面系統在內的最佳技術途徑。增加的軍用M碼信號，其主要特點是通過與民用碼信號完全分離提高抗干擾能力，實際上，8顆GPS-2RM衛星早就裝載了M碼信號，但要等到第10顆GPS-2F-2衛星入軌后，具有這種性能的衛星達到18顆才能廣播M碼信號，目前的GPS地面控制站無法處理這種信號，需要改進地面部分的相應支持。此外，能捕獲和利用M碼信號的GPS接收機也處于研制階段，因此改進能力的M碼信號只能長期空置，造成極大浪費，這種天地不協調和不配套問題要到2016年才能根本解決。

為了協調天地一體化，GPS現代化計劃也調整成分批部署，星座和地面系統協調配套實施。原來的OCS向新一代運行控制部分(OCX)過渡，采用了“結構性發展計劃”(AEP)。其目的是推進GPS全系統網絡化，通過將大型主控計算機管理體系整體改造成分布式IT網絡管理體系，將信息處理技術、計算機技術、網絡技術和分布式大系統體系結構融入衛星導航系統，實現科學和自主化管理，使其能應對網絡模式的干擾。建設備份主控站，使GPS地面部分具有穩定性、可靠性、可用性和安全性；備份主控站增加的抗干擾、抗欺騙措施，結合M碼信號和點波束等星座有效載荷技術，使抗干擾邁上新臺階。

OCX實現新業務分四個階段“小步快跑”。第一階段(OCX-1)引入L2C導航信號的全部能力，信號功率達到5～10 dB的區域增強，2015年投入使用；第二階段(OCX-2)引入L1C、L5C的全部能力，能進行M碼信號的檢測與控制，支持GPS-3A運行，增加星上可重新編程系統，初步具備導航戰能力(GNOC)，2017年投入運行；第三階段(OCX-3)支持GPS-3B運行，具有星間鏈路和高速率上下行鏈路能力；第四階段(OCX-4)支持GPS-3C能力，包括多點波束、敏捷的有效載荷功率控制等能力。

4.2.2 GPS-3提升成為國家關鍵基礎設施

從GPS-3衛星開始，GPS被提升為美國關鍵基礎設施的組成部分，但要求必須解決好為防止干擾而改進信號精度和提高信號功率，運行后可適應從蜂窩通信、靈巧炸彈制導再到空中交通管制等諸多應用。

為實現作為美國關鍵基礎設施的研制能力，洛馬公司還在開發虛擬現實工廠模式，驗證新的衛星制造技術，利用安裝在頭頂上的顯示器演練在虛擬環境中的組裝和試驗過程。為了改進信號精度和增強抗干擾能力，支持GPS的電腦控制安全，美國也在進行大量的關鍵技術升級，確保在未來戰場的作戰部隊能夠安全操作。這些改進也將成為有深遠意義的新型商業和經濟應用的催化劑，打開更廣闊的市場，為使用GPS開辟新的技術領域。

GPS新系統將提升搜索與救援能力，使得遇險者和發生緊急事件時能獲得更快的響應，能為新型軍事裝備系統提供更準確的定位，有效支持精確制導現代化武器，保證更準確地擊中目標。新系統的廣播利用，還將提升授時能力，包括計算機及網絡系統，含4G、5G的蜂窩系統和數據傳輸等，都可獲得更精確的時間傳輸實現定時和同步，原子鐘將達到納秒和皮秒級精度。美國開始設計的第4代GPS，將具有更高的信號功率、更高的精度、更好的可利用性，并增加全球性覆蓋，有能力與其他國家的系統聯網，支持新的信號格式。

綜上所述，“小步快跑”，不斷改造，既不影響當前應用，又能逐步升級，已成為未來GPS發展的重要思路。

4.3導彈預警衛星系統確保重點

為應對預算縮減，NDAA提出中止與德國、意大利合作了10多年的全向導彈防御系統，即中段擴展防控系統(MEADS)，但要求國防部長盡快評估至少在3個地方放置攔截器的方案，以防御導彈威脅。

美國雖然縮減預算，但是不能降低導彈預警衛星系統的預警能力。從2011年開始，已經發射了2顆專用“天基紅外系統”(SBIRS)衛星，該系統由4顆GEO衛星和搭載在大橢圓軌道保密衛星的紅外敏感器組成。目前，為應對“減扣”計劃，必須降低采購導彈預警衛星的成本。2012年，美國曾決定投資39億美元購買GEO-5和GEO-6衛星，后經過修改，合同額降為8190萬美元，只完成工程設計和衛星部件訂購，然后在2014年投資9.36億美元采購這2顆衛星。此外，為提高能力，美國空軍還要再增加2顆導彈預警衛星。

NDAA要求進一步評估導彈跟蹤衛星星座的成本和待選方案，并要求導彈防御機構對2014年白宮預算申請取消的導彈跟蹤衛星星座“精確跟蹤太空系統”(PTSS)進行分析，將其調整成合適的接替系統。國防部預計，取消導彈跟蹤衛星星座可以節省近20億美元，取消天基太空監視系統可以節省5億美元。不過，最終這些計劃可能只進行方案調整，而不會全部取消，在對搭載試驗結果深入研究后，確定新的方案。

5 新系統開發注重降低成本和提高效能

5.1發展低成本小衛星系統

國防先進研究計劃局(DARPA)正在開發能提高軍事作戰效能的太空系統SeeMe，目的是向美國海外作戰高機動性部隊提供在遙遠處和視線之外按需訪問的天基戰術信息。SeeMe系統將向作戰部隊提供作戰周圍情況的及時圖像，作戰人員只使用手持裝置即可獲得。它所實現的近實時衛星圖像能力，可用于戰場制定作戰計劃。SeeMe系統星座包括24顆質量為45 kg的小衛星，每顆只需要50萬美元，設計壽命2～3個月，可置于200～350 km的低軌道。其設計目標是：星座在90天內完成支持全球軍事作戰的準備，即收到任務申請后的90天內交付整個星座；在收到作戰人員數據需求申請后，90 min內向前線作戰人員分發一次數據。為了實現快速部署，還可從空中發射，“機載發射輔助進入太空”(ALASA)可將小衛星以低成本快速發射到任意要求的軌道。SeeMe系統將結合新的衛星技術，顯著降低成本，同時改進戰場能力。星座對南北緯10°之間區域持續覆蓋，重訪周期小于90 min。根據作戰需要，可對衛星的分布進行靈活部署，每顆衛星可支持10個地面用戶，在300 km軌道高度時，星下點分辨率為0.75～1.2 m。通過采用新型研制模式、非傳統技術和空中發射輔助等措施，改變目前美國軍事太空體系的現狀，建立起面向戰術應用的快速響應太空系統的支援系統。若驗證成功，不僅可以提升戰術部隊戰場態勢感知能力，還會為未來新型軍事太空裝備發展開辟出新的模式。

美國陸軍太空導彈防御司令部正在開發光電納米級成像衛星，地面戰術部隊可在戰場直接下達數據成像任務指令。該司令部計劃發射“鷹眼”(Kestrel Eye)衛星，構建包括30顆衛星的微衛星星座，單顆衛星質量18 kg,分辨率1.5 m。衛星數據將通過數據中繼網直接傳輸給在戰場提出需求的作戰者，也可以不經過美國本土的接收和處理中心直接傳輸至戰場作戰部隊，戰區的本國其他作戰者也能接收。

5.2提高低成本機動發射和快速進入太空的能力

經費緊縮使得美國軍事太空必須在飛行器發射方面也采取措施，用飛機輔助拖帶至高空再實施發射，這樣不但可以降低成本，而且可以提高機動性，使衛星快速進入太空。同“飛馬座”運載火箭一樣，美國又實施了ALASA計劃。目前，小衛星的發射成本為6.6萬美元/千克，而且要和其他衛星共用運載器。ALASA計劃的目的是將發射成本降低至1/3，研制發射45 kg左右、發射成本低于100萬美元的小型發射系統。

5.3以軌道資源利用為目的開拓新途徑[8]

為解決軌道資源有效利用問題，美國提出了“鳳凰”(Phoenix)計劃，即在軌道上從失去功能的衛星上拆解高價值部件，構建新的太空系統。從太空垃圾中挑選諸如衛星天線等有價值的部件進行再利用，構建新衛星，可大大降低成本。如果這一計劃驗證成功，太空垃圾就能變成太空資源，同時也能驗證空間對抗能力。因此，進行軌道拆解部件和重復再用技術的驗證，不但滿足國防部未來的需求，也將開拓航天發展的新途徑。

Phoenix系統主要包括細胞衛星(Satlets)、服務飛行器/獨立軌道守護器(Servicer/Tender)兩部分。細胞衛星引入了細胞和形態重構的概念，攜帶除拆解獲取部件以外的其他系統，以便和拆解部件重構成功能衛星。多顆細胞衛星裝在“有效載荷軌道交付系統”(PODS)中，搭載在商業衛星上進入地球靜止軌道。服務飛行器/獨立軌道守護器是軌道操作系統，也發射到地球靜止軌道，它帶有“柔體機器臂”(FREND)，可配用靈巧手、切割工具等多種末端動作器。PODS和服務飛行器將變成衛星服務站工具帶的主要部分，服務飛行器利用其抓取機械臂和專門研制的太空操作工具執行軌道操作。

6 結束語

從上文的總結分析可以看出，美國采取應對策略的根本思路是將提高效能作為保持領先地位的新途徑，主要包括：重視挖掘系統潛力，利用已有多種資源；注重實用性，逐步快速提高能力，保持骨干系統的穩定運行等。在調整發展策略時，提高主要軍事太空計劃的能力，全面梳理創新計劃，創新思路從“新概念創新”向“創新實用型新系統”轉移。例如：取消“未來、快速、靈活、分離模塊和利用信息交換支持的自由飛行衛星系統”(F6系統)；“作戰快速響應太空”(ORS)和“衛星試驗計劃”(STP)從DAPAR轉交到空軍，規模縮小；創新計劃重點集中在能顯著降低成本的SeeMe成像微衛星星座計劃、ALASA計劃，以及靜止軌道衛星部件拆解和再構造衛星的Phoenix技術驗證計劃等。

References)

[1]Wes Bush. Space: new way forward[N]. Space News, 2011-05-16(19)

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[7]Paul Dykewicz. Air Force needs to expand use of hosted payloads [N/OL].[2013-07-18].http://www.spacenews.com/article/opinion/32312air-force-needs-to-expand-use-of-hosted-payloads

[8]Dan Leone. DARPA selects contractors for Phoenix satellite servicing program[N/OL].[2013-07-18].http://www.spacenews.com/article/darpa-selects-contractors-for-phoenix-satellite-servicing-program

(編輯：夏光)

Adjustment of Development Strategy of American Military Spacecraft

WANG Jingquan

(Beijing Institute of Space Scientific and Technological Information, Beijing 100086, China)

The United States of America depends heavily upon the military spacecraft，and is confronted with a longer development period and higher cost. It is a more pressing problem for the USA to change the development strategy of the military spacecraft. The USA adjusts its development strategy ideas, including expanding the ways to carry the military payloads,developing the mode of decomposing large satellite payload into small satellites, developing distributed architecture of military space systems, exploiting the potential launching resources, and realizing the business development by optimizing the commercial modes. The USA adjusts the approaches in changing the scale and improving the capabilities of the follow-up systems of existing satellites, including enlarging the wideband and SHF systems，emphasizing the narrowband，UHF and AEHF systems, stepping up GPS ground segments，advancing GPS-3 as national key infrastructure,and insuring the emphases of missile early-warning satellites systems. When developing the new spacecraft systems，America focuses on increasing efficiency and reducing cost，developing the effective support ability and low-cost small satellite systems，improving the capability of low-cost and mobile launch and rapid access，and developing new approaches for orbit resources utilization.

military spacecraft; development strategy; adjusting cause; carrying payload; classification adjustment

2013-08-08；

：2014-03-26

王景泉，男，研究員，從事空間科技信息研究工作。Email：qb-wjq@sohu.com。

V47

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2014.03.018