SpaceX“星盾”系統建設及應用淺析

郭凱，崔瀟瀟，鐘江山，苑方磊，曲艷華

（1.北京跟蹤與通信技術研究所，北京 100094； 2.航天系統部裝備部，北京 100094）

0 引言

為滿足美國國防和情報機構日益增長的需求，美國太空探索技術公司（SpaceX）于2022年12月2日發布了“星盾（Starshield）”計劃，該計劃平行于“星鏈（Starlink）”項目，旨在為美提供全球部署的衛星遙感、加密通信、其他軍用平臺模塊化托管能力。“星盾”未來可實現與“星鏈”組網，通過“星鏈”太空鏈路快速傳輸各類軍用偵察和指揮控制數據。其他軍用衛星平臺搭載“星鏈”通信模塊后，也可無縫連接至“星鏈”和“星盾”中，構成互聯、互通和互操作的“網絡節點”。該項目標志著“星鏈”計劃向軍事化發展邁出關鍵一步，將從根本上提升美軍通信偵察、空間態勢感知及天基攻防能力，且將對未來戰爭形態和裝備發展產生深遠影響。

1 “星盾”計劃情況簡述

1.1 “星盾”計劃概況

“星盾”計劃的提出意味著SpaceX公司直接以軍用級別的“星盾”業務成為美國國防承包商。從衛星角度來講，“星盾”與“星鏈”使用的衛星一脈相承。不過，“星盾”計劃使用的2代“星鏈”尺寸更大，噸位也在1噸以上，用以搭載尺寸更大、質量更重的軍用級別載荷。從通信服務能力來講，抗干擾能力極強的“星盾”與“星鏈”無本質區別，僅在傳輸帶寬上進行了增容。

“星盾”的用途是軍事偵察，作為一種低軌衛星系統，該系統與軍用衛星相比，觀測范圍并不大，優勢在于數量多、覆蓋觀測范圍廣。同時，相較性能單一的軍用衛星，“星盾”的模塊化設計可根據不同軍事用途搭載相應偵察模塊隨調隨用。

“星盾”衛星系統不僅有基本的紅外成像能力，還具有電磁信號偵測模塊、天基相控陣雷達、海洋監測模塊、導彈預警模塊甚至天基武器系統等設置。

綜上，為滿足高性能的數據傳輸需要，“星盾”衛星系統完全采用激光衛星通信網絡，數據傳遞更為高效、安全。

1.2 衛星特點

最新授權的2代“星鏈”，SpaceX將以更快的速度提供給更多的用戶。這項新的授權使SpaceX能夠發射更多的、更大改進型的火箭，以及比1代“星鏈”更高吞吐量的航天器。這意味著，2代“星鏈”能夠提供更多帶寬和更高可靠性。根據SpaceX公司官網公布的信息，可分析出“星盾”以下特點：

1）雙太陽翼。相較于“星鏈”衛星，其雙太陽翼尤為注目。它們通過一個轉接器集成，使“星盾”衛星繼承了“星鏈”單太陽翼鴨式飛行的能力；SpaceX的“鴨式”機動與最壞情況下的方向相比，將潛在碰撞方向的面積最小化，碰撞概率將降低4～10倍。

2）高能源供給。“星盾”衛星通過雙太陽翼配置極大提升了供電能力，從而可使該衛星有能力承載更多或功耗更大的載荷。

3）自動防撞組件。保留了與“星鏈”衛星一樣的自動避撞組件（如圖1所示）。

可以預見，“星鏈”的黑漆圖層、星間激光通信鏈路天線、對地天線等將全部進行繼承。然而，由于加密技術的全面升級，應用“星盾”需要采用全新的“星盾”地面終端。

“星盾”衛星提供了模塊化集成載荷的能力，這包括SpaceX自有載荷模塊，及用戶方載荷的集成。根據“星盾”初期提供的服務類型，SpaceX自有載荷將可能包括：可見光、射頻、合成孔徑雷達等多種遙感載荷模塊，通信模塊的功能與“星鏈”一致，但在加密安全上將提高一個量級。

值得注意的是，前面所述的“星盾”就是2代“星鏈”星座，但這并不意味著“星盾”衛星就是2代“星鏈”衛星。當然，也不排除SpaceX通過模塊化設計方式，將2代“星鏈”衛星的載荷設計為通用模塊，從而可以直接集成到“星盾”衛星上（2代“星鏈”衛星在軌效果圖如圖2所示）。

圖2 2代“星鏈”衛星在軌效果圖

1.3 星座特點

“星盾”星座的推出，進一步顯示出美國在低軌衛星能力建設方面的能力，同時也展現出SpaceX等商業公司在美國防安全等領域發揮的巨大作用。“星盾”基于2代“星鏈”衛星，聚焦安全通信、載荷托管及地球觀測3大模塊，將實現更先進的功能，并整合到國防部的混合體系架構中。總的來說，“星盾”系統，既可強化美軍的態勢感知能力，又可為美軍方提供專用加密網絡服務，成為美軍戰力倍增器。具體來說，具有以下特點：

1）安全性和抗干擾能力。“星鏈”星座可提供完善的“端到端”用戶數據加密能力，而“星盾”將使用保障性更高的加密功能，可托管加密載荷并安全處理數據，從而滿足政府最苛刻的要求。

2）模塊化設計。“星盾”衛星旨在滿足不同的任務要求，能夠集成各種有效載荷，為用戶提供多種功能選擇。

3）互操作性。“星鏈”衛星的星間激光通信終端是當今軌道上最大規模運行的通信激光器，可集成到合作衛星上，從而并入“星盾”網絡。

4）快速開發和部署。憑借SpaceX公司的快速迭代能力，在開發“端到端”系統（運載火箭—用戶終端）方面采用了獨特的一體化方法，能使“星盾”以最快的速度進行規模化部署。

5）彈性和擴展能力。一方面，“星盾”衛星的分布式低軌架構提供了固有的彈性，可保證在軌資產的連續性；另一方面，SpaceX公司已驗證的快速發射能力也為進入太空提供了更加便捷和經濟的途徑。

6）已驗證的合作伙伴關系。SpaceX與國防部和其他合作伙伴正在進行的工作表明，其有能力大規模提供太空和地面能力。

2 應用領域

“星盾”計劃僅為美國政府提供服務。該計劃雖以維護美國國家安全為重點，但仍基于“星鏈”的技術和生產線，并與“星鏈”通信兼容。“星盾”計劃利用“星鏈”衛星星座，為美國情報機構、國防部等部門提供數據加密傳輸、戰場信息感知等多項服務，特別是為美軍一直欠缺的戰場高通量信息傳輸、戰場衛星遙感信息獲取等方面提供支持，有效增強美軍偵察遙感、通信中繼、導航定位、精確打擊等作戰能力。目前來看，“星盾”計劃在地球觀測、安全通信和有效載荷托管等重點領域具有一定優勢。

2.1 地球觀測：通過發射帶有遙感設備的有效載荷將處理后的數據直接提供給用戶

“星盾”具備實時觀測地理空間能力。由于“星鏈”衛星星座數量龐大且呈分布式部署，再配合升級后的“星盾”衛星上搭載先進的傳感器，利用軌道低、重訪周期短且星間互連互通等特點，幫美軍實現近乎全天候不間斷的偵察和監視，利用大數據分析來辨別目標，識別大中型武器系統，進一步強化美軍“非對稱”偵察監視技術優勢。

2.2 安全通信：“端到端”的“星盾”系統可為政府提供可靠的全球通信

相較GPS導航系統，“星鏈”衛星軌道高度低、信號更強，同時具備成熟的星載激光通信鏈路，可有效推動軍事通信網絡與商業通信網絡間的無縫切換，抵御網絡襲擊和電磁襲擊。“星鏈”系統是軍民混用的，最終或將受到“星鏈”通信負荷的影響。美軍未來通過“星盾”系統，可在專用網絡中獨享專用帶寬、加密設備、保密線路等軍用屬性的網絡服務，并在必要時可占用民用線路擴展其帶寬與應對災難性備份等。未來若以“星盾”方式進行部署，美軍應用范圍將會擴展至本土及其他駐外美軍基地甚至在海上和空中部署。

2.3 有效載荷托管：通過打造強大的衛星總線，支持客戶訂制的有效載荷任務

“星盾”衛星可承擔自殺式攻擊太空航天器任務，還可利用在軌機動性，通過加裝武器化應用，輔助陸基導彈防御系統定位、攔截來襲的洲際彈道導彈等目標。“星盾”模擬圖如圖3所示。該系統通過提供通用化低軌衛星平臺，采取通用化的電源和數據加密手段，依托SpaceX公司的衛星生產和部署能力，模塊化載荷的形式則向美開放，衛星可在制造后直接安裝發射。

圖3 “星盾”模擬圖

3 軍事潛力及現實威脅分析

誰控制了地球軌道，誰就控制了近地空間；誰控制了近地空間，誰就控制了地球。“星盾”計劃的提出，加速了低軌衛星軍事化轉型發展，凸顯出美國急于搶占外空軌道資源，及顛覆現有作戰體系的思路。

3.1 “通導遙一體化”大力縮短殺傷鏈條贏取戰場先機

作戰中，觀察、判斷、決策及行動（OODA）作為殺傷鏈的循環周期，費時越短，就越容易搶占戰場先機，取得作戰勝利。當前在軌衛星系統在通、導、遙3方面功能基本為獨立運行，尚未形成整體，信息獲取、傳輸、利用率仍處于較低水平。但當前“星盾”已實現“通遙一體化”，不排除入軌測試后具備導航功能，成為首個“通導遙一體化”系統。“星盾”本身可實現在軌實時數據處理，且具備星地低時延、大容量信息傳輸功能。此外，“星鏈”作為目前唯一在軌運行的星間激光通信系統，同樣具備星間激光通信功能的星盾，可利用已有的星間激光通信網絡，實現全球范圍內全天候的數據獲取與傳輸。

綜上，“星盾”依托于自身平臺功能高度集成化和“星鏈”的龐大星間激光通信網絡，將縮短“發現—鎖定—跟蹤—瞄準—交戰—評估”閉環時間，使OODA“環”變為“點”，壓縮作戰各環節執行時間，以快打慢，致力于實現《美國國防戰略》中強調的“戰略上可以預判，戰術上難以捉摸”。

3.2 “寄宿載荷”成功實踐以民掩軍且顯著降低成本

“寄宿載荷”作為美國軍民融合中“以民掩軍”的典型措施，其本身目的是在保證隱蔽性和經濟性的前提下發展軍事航天力量。“星盾”必定會使用SpaceX公司運載火箭發射入軌。根據官方公開的“星盾”衛星外形，“星盾”依舊采用可折疊太陽能帆板和平板式設計，為實現單次大規模部署，或將繼承“星鏈”衛星的堆疊連接與分離技術。

“星盾”單星質量約為1.25～1.35 t，SpaceX原計劃使用“星艦（StarShip）”部署“星鏈”V2.0，“星艦”在復用情況下運載能力約為100～150 t（LEO），非復用情況下運載能力約為250～300 t（LEO），因此“星艦”單次至少可部署 74顆“星盾”衛星。受模塊化設計和堆疊連接技術影響，“星盾”衛星間外觀應無明顯差異。當美軍在同一批“星盾”衛星中其中一顆或數顆“星盾”衛星中搭載軍用載荷時，他國難以研定某顆“星盾”是否搭載軍用載荷及其載荷功能類型。

此外，基于“星鏈”的規模化、批量化降低了研發成本，單顆“星鏈”衛星從制造到發射入軌成本約為50萬美元/顆，繼承大量“星鏈”成熟技術的“星盾”研發制造成本也必然大幅降低。

3.3 “去中心化”特性顯著增強體系彈性并提升生存能力

近年來，美軍極力倡導建立分散式、擴散式、多樣式的彈性太空體系，以確保太空力量的生存能力。未來或將有7 500顆“星盾”衛星部署在525 km、530 km、535 km3個軌道殼上，巨量衛星部署可實現星座功能的“去中心化”。此外，低成本載荷可將單星功能分散至多顆“星盾”上，即使某個或部分節點遭受攻擊，整個星座功能不會被毀，且其應急發射、快速補網可使星座具備極強抗毀傷能力。

此外，目前SpaceX已經實現36小時內發射3枚“獵鷹”-9火箭，再次打破同型運載火箭高密度發射的時間間隔紀錄，火箭密集發射的能力不斷增強，進一步保證了太空體系的彈性生存能力。

4 結束語

從最初“星鏈”系統聚焦通信的功能“專”，到現在依托平臺拓展的用途“廣”，SpaceX公司著眼長遠、科學布局的技術發展路線具有很強的導向性。今后，在相關研究領域中既要重視頂層設計，也要重視垂直領域；既要看“專精特新”，也要統籌平臺建設；既要立足當前，也要著眼未來，才能走出一條具有自身特色的發展之路。此外，相對于高、中軌道的衛星網絡業務發展，新興的低軌通信衛星已經成為各個國家、不同陣營進行太空競爭的主要賽道。未來在近地軌道的資源競爭將更加激烈。盡快開發和利用低軌星座系統，搶占有限的低軌衛星空間資源，搶占頻譜主動權，這對于構建“透明”戰場、打贏未來戰爭具有十分重要的意義。