新一代導彈預警衛(wèi)星訂單馬斯克拿走一半

文/ 遲惑

▲ 美國打算用預警衛(wèi)星監(jiān)視高超聲速武器

馬斯克的另外一個軍火訂單是新一代導彈預警衛(wèi)星。嚴格來說，馬斯克拿到了這個訂單的一半——8顆衛(wèi)星中的4顆。

觀測層的導彈預警衛(wèi)星

美軍不會讓馬斯克贏家通吃。畢竟，老牌軍火巨頭們在軍政高層有著深厚的影響力和強大的游說集團。因此，美軍采用了一種具有美國特色的模式：一份合同給老軍火商，一份合同給新興軍火商。這個老軍火商就是著名的L3哈里斯公司，新軍火商當然就是馬斯克的太空探索技術公司。

10月5日，L3哈里斯公司和太空探索技術公司獲得了為美國國防部航天發(fā)展局研制新一代彈道導彈預警衛(wèi)星的合同。如此，參與導彈預警衛(wèi)星研制的美國總體承包商達到了4個之多。這樣大干快上的局面，在軍事航天發(fā)展史上是很罕見的。請注意，這份合同的發(fā)出者不是傳統(tǒng)上的責任單位導彈防御局或者空軍航天與導彈中心，而是成立不久的國防部航天發(fā)展局，這個局的局長就是曾經(jīng)擔任美國宇航局局長的格里芬。而航天發(fā)展局的任務也不是開發(fā)傳統(tǒng)意義上的衛(wèi)星和火箭，而是努力尋求顛覆、開發(fā)出和此前完全不同的東西，或者特別便宜，或者特別好用，或者兩者兼有之。目前的重點，是讓衛(wèi)星系統(tǒng)的價格能降低一個數(shù)量級。

▲ 洛·馬公司制造的衛(wèi)星上搭載了寬視場過頂紅外凝視相機

航天發(fā)展局在聲明中說，L3哈里斯公司獲得了1.936億美元的合同，太空探索技術公司獲得了1.492億美元的合同，來設計、開發(fā)和發(fā)射衛(wèi)星。這些衛(wèi)星將部署在低軌道上，使用寬視場過頂紅外凝視相機（OPIR）來觀察和跟蹤導彈發(fā)射，構(gòu)成一個稱為近地軌道“跟蹤層”的星座，預計到2023年發(fā)射完。

這意味著兩家企業(yè)都只能用低價來制造預警衛(wèi)星。具體到馬斯克，單星成本只有3000多萬美元。這么便宜的預警衛(wèi)星能用嗎？

寬視場過頂紅外凝視相機

天基紅外敏感器的研制難度比較大，即使馬斯克也很難在兩三年之內(nèi)搞出一個能用的型號來。因此，比較大的可能性還是使用現(xiàn)有的紅外敏感器。那么這種敏感器是什么呢？任務書中已經(jīng)明確指出，它的名字叫做“寬視場過頂紅外凝視相機”。這并不是特性描述，而是專指一種特定的紅外相機型號，和如今用于“天基紅外系統(tǒng)”的型號并不相同。

美軍認為，雖然自己已經(jīng)是幾十年的天基紅外用戶了，使用著天基紅外系統(tǒng)和其他設備，但信息還是不夠用。在更早的2007年，美國國防部就啟動了一個叫做“替代紅外衛(wèi)星系統(tǒng)”（AIRSS）的新計劃，打算在天基紅外系統(tǒng)高軌道部分退役后取而代之，并在上述工作的基礎上，研制了這種叫做寬視場紅外凝視相機的設備。整個項目叫做“商業(yè)搭載紅外有效載荷”（CHIRP）。

寬視場紅外凝視相機的主要特點是采用大型紅外凝視陣列，這種相機有一個3000×3000單元的焦平面陣列，視場角可以在4～14度變化。單純依靠光學系統(tǒng)本身就能覆蓋星下的大片地球表面，不需要用機械設備把鏡頭搖來搖去。它的具體內(nèi)容包括：不再采用光路元件，如反射鏡組件；不再采用移動鏡頭的機械結(jié)構(gòu)；取消用來控制機械結(jié)構(gòu)的地面任務軟件；采用商業(yè)現(xiàn)貨來構(gòu)成低成本相機。

▲ 美國試圖研制具有導彈預警能力的小衛(wèi)星來降低系統(tǒng)成本

為了進一步降低成本，CHIRP項目沒有安排單獨的發(fā)射任務，而是考慮搭載某一顆商業(yè)通信衛(wèi)星來進入地球靜止軌道。商業(yè)衛(wèi)星制造和發(fā)射批量大，因此整個任務成本比較低。但是把高度機密的導彈預警衛(wèi)星搭載到其他國家制造的通信衛(wèi)星上，只能通過美國制造商。眾所周知，美國有三大一小共4個通信衛(wèi)星制造商。其中軌道科學公司（如今已經(jīng)被諾格公司收購）就是那個“小”制造商。其時，這家公司正好接到了歐洲SES公司的合同，研制一顆叫做SES-2的中型靜止軌道通信衛(wèi)星。SES-2的研制和發(fā)射檔期正好符合CHIRP項目的進度，因為美國空軍需要為搭載服務給SES公司付錢，所以這家衛(wèi)星業(yè)主也非常樂意，幾方一拍即合。

2011年9月，SES-2帶著寬視場紅外凝視相機升空，運行了1年多的時間。美國國防部事后總結(jié)說，CHIRP計劃比傳統(tǒng)的單獨裝星飛行模式少花費4億美元，部署速度快了3到10年。美軍對這次搭載活動給予了高度評價。

顯然，這樣的紅外相機主要研制目的，就是盡量降低成本。這種選擇是有時代背景的。奧巴馬上臺后，航天與導彈中心的預算被砍掉了4.87億美元，以前那種大手大腳的導彈預警衛(wèi)星研制模式已經(jīng)無以為繼了。但是寬視場紅外凝視相機的研制費用卻不低，從項目啟動到發(fā)射，用掉了大約4億美元。實際飛行證明，這4億美元并沒有白花，寬視場紅外凝視相機的首次飛行取得了很大成功。

因此，從某種意義上說，馬斯克是個后來者。他沿用了自己在“獵鷹9號”和龍飛船上的成功模式，也就是充分利用前人已經(jīng)取得的科研成果，優(yōu)化管理模式、降低成本、提高產(chǎn)能，后發(fā)制人。

▲ SES-2衛(wèi)星

▲ 觀察層衛(wèi)星工作示意圖

劃算不劃算

按照馬斯克的說法，“星鏈”衛(wèi)星的單價不過百萬美元，那么1.492億美元和400萬美元之間的差價，就可以認為是“衛(wèi)星集成測試+紅外相機+觀察層與傳輸層通信載荷”所需要的費用。至于衛(wèi)星本身的發(fā)射成本，平攤到“星鏈”當中之后，是非常低的。按照太空探索技術公司的說法，如果重復使用火箭第一級和整流罩，“獵鷹9”單次飛行成本可以降低到2800萬美元，按照一次發(fā)射60顆衛(wèi)星計算，每顆衛(wèi)星的發(fā)射費用只有不到47萬美元。這筆錢用來買汽車，足夠換一輛豪華跑車了，但是對發(fā)射衛(wèi)星來說，簡直和不要錢沒什么區(qū)別。

按照航天與導彈中心公布的數(shù)字，8顆觀察層衛(wèi)星將把觀測到的圖像發(fā)送給洛克希德·馬丁公司、約克航天系統(tǒng)公司研制的通信衛(wèi)星，再發(fā)送回地面。這些通信衛(wèi)星被稱為“傳輸層”，軌道高度略高于預警衛(wèi)星。航天發(fā)展局所采購的這些觀察層+傳輸層衛(wèi)星屬于所謂的“第0批次”。這個批次就可以形成一個全球?qū)楊A警網(wǎng)絡了。如果在軌運行取得成功，導彈防御局將跟進采購。

▲ 全球?qū)楊A警網(wǎng)絡示意圖

然而做個簡單的推算就會發(fā)現(xiàn)這件事沒那么簡單。寬視場紅外凝視相機的視場角最大只有14度，即使從1000千米的軌道高度向下觀察，只能覆蓋一個直徑不到250千米的區(qū)域。如果擴大視場角，就形同研制一臺新相機了，時間肯定不夠用。所以，這個星座應該還屬于技術驗證性質(zhì)，為后續(xù)更大規(guī)模星座的部署鋪平道路。

傳統(tǒng)上，美國的導彈預警衛(wèi)星由空軍負責，如今劃歸太空軍。也就是說，航天發(fā)展局自己搞的這個導彈預警星座，實際上是有點手伸太長的意味。因此五角大樓表示，這個低軌星座并不是替代現(xiàn)有“天基紅外系統(tǒng)”的，而是對其加以補充，特別是用來跟蹤高超音速導彈，為導彈防御局提供支持。

動手更早的L3哈里斯公司

拿到另外4顆衛(wèi)星合同的是老牌軍火商L3哈里斯公司。它是由兩家前軍用通信專業(yè)公司L3和哈里斯合并而成的。合并之前，這兩家企業(yè)就以分包商的身份參加過一些軍事衛(wèi)星系統(tǒng)的研制。合并之后，這家新的壟斷企業(yè)開始把觸角更深地伸入軍事航天市場。在導彈預警衛(wèi)星這個市場上，L3哈里斯公司比馬斯克行動早得多。

▲ L3哈里斯公司的導彈預警衛(wèi)星工作示意圖

負責具體衛(wèi)星平臺研制和總裝總測的，是美國波音公司下屬的子公司“千年空間系統(tǒng)”。2019年，這家企業(yè)就在航天和導彈系統(tǒng)中心的監(jiān)督下，完成了寬視場紅外凝視相機的空間環(huán)境模擬測試工作。

早在2020年4月，美國媒體就報道說，哈里斯公司從美國太空軍獲得了價值930萬美元的合同，負責維護和準備一顆打算在2021年發(fā)射的衛(wèi)星。

該合同的具體內(nèi)容，是為廣角視場導彈探測衛(wèi)星提供發(fā)射前和發(fā)射后服務。星上的紅外相機是L3哈里斯公司自己開發(fā)的，波音千年空間公司為之提供了衛(wèi)星平臺。

與這一輪合同不同的是，4月份合同涉及到的這顆衛(wèi)星，是要部署在地球同步軌道上的。而且它的重量要比10月份合同涉及的衛(wèi)星大得多，達到1000千克。所采用的具體平臺，是千年空間系統(tǒng)公司的Aquila-M8，紅外相機本身重200千克。★