美國國防太空架構未來5年發展分析及啟示

◎中國航天系統科學與工程研究院 孫璞

2019年10月7日，據美國航天新聞網報道，美國太空發展局（Space Development Agency，SDA）計劃于2021-2025財年投資110億美元，用以部署軍用衛星星座——國防太空架構（National Defense Space Architecture，NDSA）。該衛星星座共七層，由數百顆可承載多種有效載荷的小型衛星組成，采用靈活、彈性、敏捷的系統架構，旨在保持美國在太空領域的優勢，搶占未來大國太空競爭制高點。

一、背景分析

太空已成為美國贏得未來大國競爭勝利的關鍵領域。特朗普上臺以來，將國家戰略重心轉向大國競爭，而保持美國在太空領域的絕對優勢，對贏得未來大國競爭的勝利至關重要。為此，美國在太空領域頻頻加碼。2017年6月30日，特朗普簽署行政命令重啟國家太空委員會。2018年3月23日，美國政府發布新版《國家太空戰略》，提出“維持美國在太空領域強大競爭力”的戰略目標。2018年8月9日，美國國防部向副總統彭斯提交了《關于國防部國家安全航天構成的組織和管理結構的最終報告》，報告提出要組建美國太空軍，并將太空司令部、太空軍作戰部隊、太空發展局、太空軍管理和保障部作為支撐太空軍運行的4個重要職能部門。2019年3月12日，美國代理國防部長沙納漢簽發《成立太空發展局》備忘錄，五角大樓正式設立太空發展局，太空發展局旨在制定及運用創新性解決方案，刺激國防部太空能力創新、引入私營機構推進新興技術應用，預先應對未來可能出現的威脅。2019年8月29日，特朗普在白宮宣布成立美國太空司令部，太空司令部的成立進一步凸顯太空作為美國“戰爭疆域”的重要地位，加快美國天基作戰資源整合。2019年12月20日，《2020年國防授權法案》的簽署，標志著美國太空軍的正式成立。美國不斷推進太空領域軍事化，強化太空威懾與作戰能力，以維持其在太空領域的領導地位。

2019年12月20日，《2020年國防授權法案》的簽署標志著美國太空軍的正式成立。

美國認為其傳統太空力量難以滿足大國競爭的需要。近年來，俄羅斯、中國、印度等大國在太空領域發展迅猛。美國認為其太空力量已難以保持絕對優勢，如：美認為其現有導彈預警、跟蹤衛星對高超聲速助推滑翔武器難以形成有效跟蹤能力，無法對高超聲速武器實現有效防御；其太空資產在戰時容易受到攻擊而失效，甚至面臨擊毀的危險；俄羅斯等國研究GPS拒止環境下新興作戰裝備和作戰樣式將抵消美國在太空的優勢，對其帶來了巨大威脅。因此，美國迫切需要調整其太空發展戰略、政策和力量，發展一種新的太空體系架構，保持其在太空領域的優勢地位，以滿足未來大國競爭的戰略需求。

二、國防太空架構發展解析

為保持美國在太空領域的絕對優勢，贏得未來大國太空競爭，發展靈活、彈性、敏捷的軍用衛星星座已成為其必然的戰略選擇。2018年3月23日，特朗普政府發布新版《國家太空戰略》，在該戰略中強調的一個關鍵詞即是“彈性”，強調要增強太空架構的彈性、防御能力以及在遭受打擊后的重建能力。在《關于國防部國家安全太空部門組織和管理結構的最終報告》中，國防部提出未來太空力量發展愿景及必須具備的八大能力，即：對先進導彈目標的持續全球監視；針對先進導彈威脅的預警、跟蹤、指示；GPS拒止環境下的定位、導航、授時（PNT）能力；全球近實時空間態勢感知；發展太空威懾能力；快速響應、彈性的通用地面基礎支持設施；跨域、網絡化、與節點無關的指揮控制和通信能力（BMC3），包括核指揮、控制與通信（NC3）；基于人工智能的大規模、低延遲、持久全球監控能力。2019年7月1日，為滿足新的戰略需求和目標，美國防部太空發展局發布該局自正式成立以來的第一份信息征詢書“下一代太空體系架構”，試圖基于微小衛星技術、快速發射技術和人工智能技術，開發下一代靈活、彈性、敏捷的軍用衛星星座——國防太空架構，以應對當前和未來太空領域的威脅和挑戰。

國防太空架構是一種靈活、彈性、敏捷的系統架構，由數百顆衛星組成，將整合整個國防部及航天工業的下一代太空能力。該架構由包括太空傳輸層、跟蹤層、監視層、感知層、導航層、作戰管理層、支援層在內的7個功能層組合而成。其中，太空傳輸層是基于DARPA“黑杰克”項目開展的，它是一種可以隨時擴展或補充的網狀網絡，可以提供7×24小時的全球數據和通信服務；跟蹤層可實現對先進導彈威脅及其他攻擊載體（包括高超聲速滑翔飛行器）的探測、預警、跟蹤、瞄準和指示；監視層可對已識別時敏目標進行全天候、全時段的持續監視，可實現對對手導彈系統、指揮控制節點、雷達站等關鍵資產進行發射前攻擊；感知層將提供近地軌道和地月空間的態勢感知能力；導航層將開發替代性GPS方案，彌補現有GPS能力，提供GPS拒止環境下備選的定位、導航、授時（PNT）能力；作戰管理層將通過基于人工智能的指揮、控制和通信網絡，提供分布式作戰管理和通信（BMC3）能力，包括自主任務規劃，對采集數據的自主優先級排序，星載數據處理、分發，向戰術用戶提供太空傳感器數據等；支援層提供大規模的地面指揮控制設施和用戶終端及快速響應的發射服務。

根據美國太空發展局提交的預算草案，國防太空架構2021-2025財年的預算主要分為兩大部分。一部分為5.82億美元的基線預算，用于國防太空架構路線圖開發、將國防部現有太空項目融入國防太空架構以及傳輸層傳感器的研究和樣機開發；另一部分106億美元的預算將用于“衛星層”建設，用來研究、設計、開發與測試大型軍用衛星星座。其中，太空傳輸層5年預算為36億美元，2022年開始部署20顆衛星，2025年衛星數量將超過250顆，將為地面、海上與空中平臺提供衛星通信能力；跟蹤層5年預算為18億美元，將采用類似導彈防御局“高超聲速與彈道跟蹤太空傳感器”（HBTSS）系統的設計，以檢測并跟蹤高超聲速威脅，同時還將增加跟蹤彈道導彈戰斗部的能力，增強美空軍下一代“過頂持續紅外”導彈預警星座的能力；監視層5年預算為2.32億美元，太空發展局將部署超過200顆衛星與傳感器，對關鍵時敏目標進行實時跟蹤；感知層5年預算為4.51億美元，2023年開始部署6顆衛星，到2025年增至30多顆衛星，將提供近地軌道以遠直至地月空間的態勢感知能力；導航層5年預算為5600萬美元，用于開發替代性GPS方案，彌補現有GPS能力，該層可能使用傳輸層的通信信號；作戰管理層5年預算為5600萬美元，主要用于軟件開發與升級；支援層5年預算為14億美元，將用于資助約40次發射任務以及地面設施與地面終端的建設。

三、國防太空架構對我國航天領域未來發展的啟示

從國防太空架構的預算內容，我們不難看出：國防太空架構致力于打造一種面向美國未來太空能力和需求的全新多層架構，以謀求有效應對當前潛在威脅及贏得未來大國太空競爭。該架構一改以往發展大型衛星星座的傳統太空發展思路，呈現出許多鮮明的特征及衛星星座發展趨勢，為我國航天領域未來發展帶來了諸多啟示。

一是大規模采用分布式、可擴展的小型衛星，突出強調系統彈性。近年來，隨著各國網絡作戰和反衛星能力的發展，美軍傳統太空資產的脆弱性日益突出，普通軍用衛星的反攻擊能力較差，一旦遭受打擊或破壞，需要數年才能更新，防護衛星系統的成本高昂。大規模采用分布式、可擴展的小型衛星星座，加強太空資產及衛星系統的彈性，已成為美軍未來部署太空資產的重要發展趨勢之一。這對我國部署太空系統也具有很好的借鑒意義。

二是充分利用商業航天公司的力量和資源，注重軍民融合。國防太空機構，從一開始就將商業航天公司引入到了開發進程中，不論是在美國政府聯邦商機網發布信息征詢書，還是“工業日”活動，隨處都可以看到商業航天公司的身影。太空發展局充分利用私營企業的投資及相關成熟配套技術，采用靈活、螺旋式發展的模式，大大降低了系統開發及運維成本和效率。對于我國航天領域而言，也應加大軍民融合力度，將商業航天企業做到能融則融，逐漸發展形成公私相互配合、相得益彰的航天領域發展格局。

三是積極構建全方位、多層次的太空架構，不斷加強太空態勢感知能力。國防太空架構是一個全方位、多層次的太空架構，它基于人工智能、無人自主等多項前沿技術，具備全面完整的偵察監視、預警跟蹤、近實時通信、導航、指揮控制，甚至威懾能力，建成后將大幅提升美國的太空態勢感知能力。近年來，隨著高超聲速武器的飛速發展和部署應用，傳統太空態勢感知能力已捉襟見肘。因此，我國應借鑒國外經驗，將增強太空態勢感知能力作為未來的優先發展方向，積極發展可重復使用運載火箭、導航衛星、光學成像、軍事通信衛星等太空態勢感知能力關鍵技術，推動雷達、光電望遠鏡和無線電偵測系統等系統發展，提高衛星平臺的柔性化，增強衛星的防護能力，逐步形成全天候、全覆蓋的態勢感知能力體系，不斷增強我國太空態勢感知能力。