王景泉（北京空間科技信息研究所）

美國提升軍用航天彈性的白皮書解讀

王景泉（北京空間科技信息研究所）

近年來，發(fā)展軍事航天器的國家越來越多，競爭加劇，美國對軍事航天系統(tǒng)的依賴性進一步增強，使其必須發(fā)展能力強和高效率的軍事空間系統(tǒng)，才能保持優(yōu)勢和領(lǐng)先地位。因此，多年來美國一直在探索如何在新的國際環(huán)境下，走出軍事航天發(fā)展的新路。

1 引言

2013年8月，美國航天司令部發(fā)表了《彈性和分散化空間體系結(jié)構(gòu)》白皮書，提出冷戰(zhàn)時代確定的軍事航天體系結(jié)構(gòu)已無法適應今天的國家安全和作戰(zhàn)需要，當今太空的敵對方威脅和碎片威脅，電腦網(wǎng)絡威脅和預算限制，成為當今軍事航天體系結(jié)構(gòu)必須面對的新問題。為此國防部正在進行一系列的改革，增強軍事航天活力，降低成本，提出構(gòu)建彈性和分散化空間體系結(jié)構(gòu)的新聚焦。特別提出利用小衛(wèi)星分解大平臺、搭載政府有效載荷等分散化（disaggregation）等思路與策略，使得軍事航天計劃在能力、可持續(xù)性和彈性之間尋找平衡點，保證關(guān)鍵的軍事和情報獲取等太空設施能不間斷地訪問。空間計劃未來的體系結(jié)構(gòu)必須從現(xiàn)在起開始改變，由于現(xiàn)在的星座體系大部分要應用到2030年，如果等到那時再發(fā)展新的空間系統(tǒng)，就為時太晚。針對預算緊縮的難題，政府采取了稱為“減扣”（sequestration）的逐項自動預算扣除政策，扣減比例約在8%～9%之間，于2013年3月1日生效。僅2013年軍事航天的運行和維護預算就從32億美元減少到5.08億美元。

空軍的“天基紅外系統(tǒng)-高軌道”衛(wèi)星

根據(jù)白皮書構(gòu)想，2014年夏美國將完成2020年創(chuàng)新能力的未來軍事航天體系結(jié)構(gòu)研究美國采取的應對策略，根本思路是將提高系統(tǒng)效能作為保持領(lǐng)先地位的新途徑，主要包括重視挖掘系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定運行等。在調(diào)整發(fā)展策略時，對主要軍事空間計劃提高能力，全面梳理創(chuàng)新計劃，創(chuàng)新思路從新概念創(chuàng)新向創(chuàng)新實用型新系統(tǒng)轉(zhuǎn)移

2 美國軍用衛(wèi)星系統(tǒng)急需提升彈性

美國對軍用衛(wèi)星系統(tǒng)依賴性不斷增強引出的問題

美國向來將主宰太空作為提升軍事能力的關(guān)鍵領(lǐng)域。因此其國家空間政策和國家安全空間戰(zhàn)略都一直強調(diào)通過確保訪問太空和有效利用太空資源而形成戰(zhàn)略優(yōu)勢，從而進一步強調(diào)必須保持前沿技術(shù)能力的開發(fā)。否則必然出現(xiàn)能力的缺口，降低戰(zhàn)略優(yōu)勢，進而所有作戰(zhàn)領(lǐng)域都可能出現(xiàn)增大脆弱性的問題。然而作為世界上太空系統(tǒng)發(fā)展最領(lǐng)先和對軍用衛(wèi)星系統(tǒng)依賴性最強的國家，美國在近10-15年來，軍事太空系統(tǒng)發(fā)展卻出現(xiàn)越來越嚴重的問題。國防部的許多軍事空間計劃都經(jīng)費超支和計劃推遲，如空軍的“天基紅外系統(tǒng)-高軌道”（SBIRS-High）、空軍的“先進極高頻”（AEHF）防護型通信衛(wèi)星系統(tǒng)、國家偵察辦公室的“未來成像結(jié)構(gòu)”（FIA）中的光學成像偵察衛(wèi)星系統(tǒng)等，不得不進行調(diào)整甚至取消，美國軍事航天系統(tǒng)發(fā)展一度進入低谷。這些問題嚴重影響了美國近期空間能力的有效性和可訪問性，遠期將繼續(xù)威脅持續(xù)發(fā)展的活力和未來前景。這些問題嚴重影響了美國軍事航天的持續(xù)進步，概括起來主要表現(xiàn)在：

（1）要求越來越高，衛(wèi)星越做越復雜，系統(tǒng)越來越脆弱

美國許多國家安全性空間計劃都是具有顯著技術(shù)性能的高能力系統(tǒng)，對衛(wèi)星要求越來越高，每種衛(wèi)星越做越復雜，導致整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越脆弱。在幾個重要的任務領(lǐng)域，由于不能承受單點故障而失敗，使得關(guān)鍵能力出現(xiàn)嚴重缺口。同時，美國還認為，由于敵對方總是試圖削弱美國軍事太空的優(yōu)勢，上述情況使得敵對方可以較容易找到重要空間系統(tǒng)的弱點，對衛(wèi)星和地面系統(tǒng)實施直接攻擊，因此美國不得不為解決系統(tǒng)彈性付出巨大的代價。

（2）越來越長的研制周期嚴重阻礙技術(shù)進步

許多空間計劃都不同程度存在過長的研制周期和快速進步的技術(shù)升級相矛盾的問題。對于較大的空間計劃，往往需要10年甚至更長的時間才能交付衛(wèi)星，部署日期也經(jīng)常后推3～4年。在這些情況下，主要系統(tǒng)所利用的技術(shù)在壽命結(jié)束時甚至比可用的商用現(xiàn)貨落后一代至兩代，嚴重制約了空間系統(tǒng)的技術(shù)進步，結(jié)果使美國競爭優(yōu)勢最強的技術(shù)創(chuàng)新受到很大損害。近年，研制周期延長幾年的現(xiàn)象已很普遍，特別是當今軍事空間系統(tǒng)處于安全威脅的時代，研制周期的延長對技術(shù)進步的影響越發(fā)嚴重，使美國太空系統(tǒng)應對能力正在走下坡路，急需改變局面。

（3）成本越來越高，空間工業(yè)的信譽越來越差

美國國家安全類的許多空間計劃，或者已經(jīng)出現(xiàn)了非常高的成本超支，或者計劃本身固有不可預測的采購成本，單顆衛(wèi)星的成本甚至已經(jīng)超過10億美元。在10個最大的空間計劃中，平均單星成本超支100%，間接成本和運載火箭成本也在迅速攀升。過去10年期間就出現(xiàn)了15項以上最高限度突破而取消的項目。國家偵察辦公室的大型“未來成像結(jié)構(gòu)”中可見光成像部分和“轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星”（TSAT）就是依據(jù)此法案取消的計劃。

這使空間工業(yè)的可信度在國防部和國會中嚴重降低了。預測未來，預算壓力會變得更加嚴重，成本超支將使空間工業(yè)潛在著越來越大的危機。為此美國只好關(guān)閉“國防開支的井噴”，對難以維持的項目叫停。這種狀況如何改變成為美國軍事航天系統(tǒng)亟待解決的嚴重問題，迫使美國探索新的發(fā)展途徑。

美國在研究軍事航天投資戰(zhàn)略時，國家空間政策和國家安全空間戰(zhàn)略對軍事航天系統(tǒng)發(fā)展總的形勢判斷是：在空間領(lǐng)域不斷增加著擁擠、爭奪和競爭的態(tài)勢，提升空間態(tài)勢感知能力迫在眉睫；面對激烈爭奪需要聯(lián)合更多國際合作伙伴研究新的太空行動規(guī)則；在競爭的空間環(huán)境中，美國空軍和國防部近幾年最重要的任務是裝備高效率的軍事太空系統(tǒng)?；谶@些對形勢的基本判斷和要解決的主要問題，美國重新研究應對挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略，調(diào)整投資重點，采取新措施。

改變軍用航天的發(fā)展策略成為破解發(fā)展難題的當務之急

面對新的難題，保持現(xiàn)有系統(tǒng)關(guān)鍵功能的連續(xù)性將更加困難，必須要改變現(xiàn)狀，從已有的途徑轉(zhuǎn)向新的思維，需要選擇有效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，調(diào)整發(fā)展途徑。

（1）突破徘徊于十字路口的被動局面

多年來由于創(chuàng)新思維的膨脹，美國太空領(lǐng)域制定了很多超前的計劃，使得似乎總是處于需要抉擇的困境，“十字路口”儼然成為難以改變的主題。創(chuàng)新和保持先進能力的權(quán)衡出現(xiàn)的一個又一個十字路口，一直在干擾著有效地發(fā)展。特別是2012年以后，十字路口的性質(zhì)或者說內(nèi)涵發(fā)生了更為嚴重的改變。由于對航天領(lǐng)域的多種威脅空前增大，加之成本和計劃的執(zhí)行、經(jīng)濟和預算的壓力等問題，引起的用戶減少情況日益嚴重。太空系統(tǒng)的脆弱性也引起越來越多的關(guān)注，對于一直以來以太空系統(tǒng)主宰的任務，也不斷提出用具有更高可信度的太空以外的系統(tǒng)替代。未來的太空挑戰(zhàn)增加了多個主線，特別是軍事太空間系統(tǒng)已經(jīng)被貼上了太昂貴、難以解除的風險和面對反制很脆弱等標簽，用非太空系統(tǒng)替代太空系統(tǒng)的呼聲引出了新的問題。若要提升發(fā)展軍事太空系統(tǒng)的優(yōu)先權(quán)，必須先解決軍事航天系統(tǒng)本身存在的問題。

（2）提出彈性和分散化的戰(zhàn)略思路新聚焦

新的戰(zhàn)略思路主要是軍事航天體系結(jié)構(gòu)聚焦于彈性和分散化。衛(wèi)星星座和空間體系結(jié)構(gòu)的彈性的定義是：當面臨系統(tǒng)故障、環(huán)境變化和敵方威脅時，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)繼續(xù)提供要求的能力。 分散化的空間體系結(jié)構(gòu)是可改進彈性的一種策略，可提供權(quán)衡成本、進展、性能和風險的途徑，以提高靈活性和生存能力。分散化空間體系的定義是：天基任務、功能和敏感器分散穿越多個系統(tǒng)，跨越一個或多個軌道平面、平臺、主衛(wèi)星或衛(wèi)星領(lǐng)域。分散化系統(tǒng)設計可提供消除威脅、在敵方采取行動時保證生存能力，開發(fā)重構(gòu)、恢復和不利事件發(fā)生后可運行的手段。分散化亦能降低成本，能在快速變化的安全環(huán)境面前形成更具彈性的空間體系結(jié)構(gòu)。

概括起來，美國提出了5種分散化途徑：分離模塊、功能分解、搭載有效載荷、多軌道配置、多域分布。每一種途徑均有其著重點和優(yōu)勢，適用于一定類型的衛(wèi)星任務。但對于分散化來說，沒有一種途徑適合所有任務。

分離模塊途徑是衛(wèi)星系統(tǒng)分解成多個模塊，模塊之間通過無線實現(xiàn)在軌的功能支持，整體上構(gòu)建并最終交付單體衛(wèi)星系統(tǒng)應具有的能力。這種途徑可在不更換全部衛(wèi)星的情況下，升級或更新部分模塊，這樣降低有效載荷質(zhì)量，增加發(fā)射機會，降低集成和檢驗成本，具有較高抵御風險能力。

功能分解途徑是將以前裝載在單一衛(wèi)星系統(tǒng)的多個敏感器和截然不同的子任務，分散到單獨的平臺上，如“先進極高頻”衛(wèi)星可分解成戰(zhàn)略抗核加固和戰(zhàn)術(shù)通信兩種獨立的平臺。這種途徑可以降低平臺的復雜性，提高作戰(zhàn)要求的穩(wěn)定性，縮短采購時線，可牽引與需求更快匹配的途徑，獲得更快刷新技術(shù)的機會?？稍谙到y(tǒng)和整星級降低成本，發(fā)射成本和發(fā)射載荷規(guī)模、復雜性之間的協(xié)調(diào)，也可降低全部體系結(jié)構(gòu)成本。

搭載有效載荷途徑和功能分散途徑有相似之處，目前正在進行多種驗證。在不需要單獨研制衛(wèi)星平臺的情況下，利用搭載衛(wèi)星的電源、處理、熱控、姿控等平臺能力可實現(xiàn)單獨衛(wèi)星所具有的功能。搭載可降低成本，也是國家太空安全的手段，使得敵對方攻擊牽涉到商業(yè)衛(wèi)星而變得難以操作。搭載途徑已經(jīng)顯示出有前途的結(jié)果，但也需要認真對法規(guī)和可用性等問題進行權(quán)衡。

多軌道配置途徑利用多個軌道平面的優(yōu)勢，可提供多種覆蓋，也可使敵對方攻擊時，增加復雜性，提升彈性。氣象衛(wèi)星和過頂持久紅外系統(tǒng)都采用這種軌道結(jié)構(gòu)，提供必須的地理覆蓋。如氣象衛(wèi)星，采用靜止軌道提供連續(xù)覆蓋，而又采用太陽同步軌道，提供周期性的重訪。對滿足任務需求和提升彈性均有意義。

多域分布途徑比單純太空領(lǐng)域分布具有很多優(yōu)勢，如美國空軍航天司令部的地基雷達和過頂持久紅外敏感器的協(xié)同貢獻是能夠進行發(fā)射探測并具有導彈跟蹤能力。這也是最具彈性的途徑。但該途徑很復雜，必須協(xié)同設計牽涉有關(guān)領(lǐng)域的完整方案。如可利用太空敏感器提供寬域覆蓋，同時利用空、地敏感器提供戰(zhàn)術(shù)覆蓋等。這種途徑與備份（替換系統(tǒng)）并行發(fā)展相比，具有更好地應對突發(fā)事件的能力。

上述5種途徑各有優(yōu)缺點，適用于不同的任務。其中分離模塊途徑，目前只進行概念研究，部分技術(shù)可能在F6以外的場合進行技術(shù)驗證。功能分解途徑計劃對一些大衛(wèi)星任務進行拆分。搭載有效載荷途徑是目前的重點可能全面展開。多軌道配置途徑和多域分布途徑有望在今后的發(fā)展中逐步擴大范圍。

（3）在目前策略之外尋求創(chuàng)新

如何應對新情況？需要在目前的策略之外尋找出路。創(chuàng)新是實現(xiàn)最佳發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，需要通過預測結(jié)果，引導將質(zhì)量融入成本與流程的最佳化。無論是競爭對手還是合作伙伴，需要促進對新出現(xiàn)的非太空替代系統(tǒng)再次更快轉(zhuǎn)向太空系統(tǒng)的改變，這是創(chuàng)新面臨的新任務，因為真正的創(chuàng)新需要面對技術(shù)、交易、采購、操作等所有實際問題。

在國家安全任務的某些領(lǐng)域，太空是唯一的選擇。但也只有將天空、太空和地面系統(tǒng)進行更好的集成，才能更快的形成實戰(zhàn)能力，也才能根據(jù)終端用戶提出的更快更便宜的需求，牽引出綜合方案，使得各個部分所具有的低投入和低風險優(yōu)點，通過能力的分層提供緩解固有風險。需要密切和用戶的關(guān)系，尤其是采購領(lǐng)域的政府和工業(yè)部門，需要緊密合作，跨越目前的采購模式?！盁焽柘到y(tǒng)”和封閉的系統(tǒng)自主性，加大了成本。解決“煙囪系統(tǒng)”條塊分割問題叫喊了多年，但并沒有明顯改變。構(gòu)造的新體系必須是依靠多種能力的網(wǎng)絡化概念，使多種能力能集成進運行系統(tǒng)。對空間系統(tǒng)，還必須實現(xiàn)任務的彈性，保證關(guān)鍵功能的連續(xù)性，并能在電腦網(wǎng)絡攻擊期間保證全部系統(tǒng)運行。

（4）充分利用驗證成果，及時提升系統(tǒng)能力

美國軍事航天正在按新戰(zhàn)略思路，梳理創(chuàng)新，充分利用驗證成果。

作戰(zhàn)響應空間-2衛(wèi)星在軌飛行示意圖

“作戰(zhàn)響應空間”(ORS)，為國防部確?？臻g能力及時地滿足聯(lián)合作戰(zhàn)要求，進行了諸多驗證。既考慮將ORS作為滿足聯(lián)合部隊指揮員(JFCs’)需要的空間部分，同時也保持解決其他用戶需求的能力，能改進空間能力的響應性，從而滿足國家安全的要求。“作戰(zhàn)響應空間”的創(chuàng)意為需要的彈性和分散性創(chuàng)造了機會，確保任何環(huán)境下訪問天基能力，這是滿足美國外交、信息、軍事、經(jīng)濟全面需求的關(guān)鍵。對于發(fā)展模式、研制和采購有必要采取新的途徑，以獲得“作戰(zhàn)響應空間”能力，提高空間操作效率?！白鲬?zhàn)響應空間”和“空間試驗計劃”（STP）適時地從美國國防高級研究計劃局（DAPAR）轉(zhuǎn)交到空軍，以高效利用其驗證成果。

美國國防高級研究計劃局提出了“未來、快速、靈活、分離模塊并通過信息交換連接的自由飛行的飛行器系統(tǒng)”（F6系統(tǒng)），實際上是用分離模塊思路，集成應用代替整體大衛(wèi)星，分離模塊之間物理上不連接，但卻可用無線傳輸數(shù)據(jù)甚至傳輸電源，這一創(chuàng)新的虛擬衛(wèi)星概念，可推進衛(wèi)星技術(shù)的快速進步，提高應用能力，是典型的分散化概念。該計劃目前也暫時結(jié)束，但其技術(shù)試驗卻可能帶來軍事空間體系結(jié)構(gòu)的革命性進步。

“提高軍事作戰(zhàn)效能的空間系統(tǒng)”（SeeMe），目的是向美國高機動性海外作戰(zhàn)部隊提供在遙遠處和視線之外按需訪問的天基戰(zhàn)術(shù)信息，是提升彈性的驗證系統(tǒng)?！疤岣哕娛伦鲬?zhàn)效能的空間系統(tǒng)”可向作戰(zhàn)部隊提供作戰(zhàn)周圍情況的及時圖像，作戰(zhàn)人員只使用手持裝置即可獲得。所實現(xiàn)的近實時衛(wèi)星圖像能力，可用于戰(zhàn)場制定作戰(zhàn)計劃。利用該小衛(wèi)星星座，海外參戰(zhàn)的作戰(zhàn)部隊（包括陸軍士兵、飛機和艦艇人員）在手持機上就可看到全部作戰(zhàn)現(xiàn)場，可在90min內(nèi)接收到精確位置的衛(wèi)星圖像?？焖俨渴鸬男⌒l(wèi)星，每顆只需要50萬美元。需要諸如移動電話工業(yè)、競賽汽車、工業(yè)機械、醫(yī)學的氣體力學、CMOS固態(tài)器件等初期設計制造那樣的工業(yè)新技術(shù)，為快速制造開發(fā)非傳統(tǒng)理念的空間技術(shù)，重點對光學、電源、推進和通信系統(tǒng)進行創(chuàng)新，以減小尺寸和質(zhì)量。該計劃也為新戰(zhàn)略思路的確定奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。

3 為提升彈性和戰(zhàn)場實戰(zhàn)能力進行發(fā)展思路的戰(zhàn)略性調(diào)整

為了在投資緊縮的情況下保持并提高太空系統(tǒng)戰(zhàn)場實戰(zhàn)能力，美國全面調(diào)整軍事航天發(fā)展戰(zhàn)略的基本思路是充分利用已有的創(chuàng)新成果，大力挖潛，努力創(chuàng)造更大效益。

挖掘太空資源，拓展搭載軍事有效載荷途徑

（1）快速形成能力和降低成本的搭載途徑

美國空軍將搭載有效載荷作為比使用專用衛(wèi)星更快、更便宜地部署必需軌道能力的途徑。工業(yè)部門對此也有越來越強烈的要求，并希望空軍擴大能解決問題的搭載有效載荷任務的數(shù)量和種類?？哲姏Q策者已經(jīng)意識到，搭載有效載荷能改進任務的可提供能力并縮短交付時間。最近商業(yè)衛(wèi)星的研制者和運行者表示，在未來的軍事衛(wèi)星通信領(lǐng)域，愿意充當更重要的角色。根據(jù)空軍要求和工業(yè)部門的能力，認為搭載有效載荷可以滿足許多軍事通信要求。進而如果能滿足空軍擴展軍事任務數(shù)量和種類的需要，就可以實現(xiàn)業(yè)務的快速部署和顯著降低成本兩大效果，提出多年的搭載愿望將變成現(xiàn)實而不再是遙遠的可能性。

搭載美國“商業(yè)搭載紅外有效載荷”的SES-2、3衛(wèi)星

現(xiàn)在每年，世界范圍的有關(guān)公司都會發(fā)射20多顆商業(yè)通信衛(wèi)星，其中有相當部分的衛(wèi)星質(zhì)量超過6000kg。研究發(fā)現(xiàn)，這些衛(wèi)星用于搭載業(yè)務存在巨大潛力。由于大多數(shù)衛(wèi)星在設計過程中都會留有裕度，可以從質(zhì)量、體積和功率等方面加以利用。政府就可以用來搭載諸如通信轉(zhuǎn)發(fā)器、地球觀測照像機和技術(shù)驗證等有效載荷。之所以稱為搭載有效載荷，是因為只需付出專門衛(wèi)星成本的一小部分，政府就可獲得一定能力，同時為衛(wèi)星運營商提供額外的收入。但至今，搭載有效載荷所具有的優(yōu)勢，大部分商用地球同步軌道（GEO）通信衛(wèi)星都沒有充分利用。盡管美國政府和工業(yè)部門在軍民雙方協(xié)調(diào)會上表示從合同到文化都還存在一些障礙，但在當前政府機構(gòu)在不斷增加財政壓力的情況下，用較少的錢干更多的事，搭載有效載荷正在得到更多方面的認同?？哲娍臻g與導彈系統(tǒng)中心（SMC）正在探索以更快的研制時間和更低研制成本進行開發(fā)，利用商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)提供軍事衛(wèi)星通信業(yè)務，不但成立了搭載有效載荷辦公室，以更好地尋找和協(xié)調(diào)搭載有效載荷的機會，而且在近年的預算建議中為搭載有效載荷計劃安排了預算。

美國空軍利用由軌道科學公司（OSC）研制的、歐洲衛(wèi)星公司（SES）運營的通信衛(wèi)星，實施了“商業(yè)搭載紅外有效載荷”（CHIRP）計劃，驗證未來導彈預警衛(wèi)星使用的新型寬視場、持久性過頂?shù)募t外敏感器，獲得了令人振奮的結(jié)果。按這一轉(zhuǎn)向思路，如果能夠按創(chuàng)新方式開放研制和飛行衛(wèi)星有效載荷的模式，就可獲得批發(fā)方式的資金節(jié)省，還能更快、更有效地完成任務。諾格宇航系統(tǒng)公司負責研制“先進極高頻”衛(wèi)星通信有效載荷，該公司也表示正在投資對提供低成本的保護性軍事衛(wèi)星通信的途徑進行研究。他們引證增強極軌系統(tǒng)的經(jīng)驗，提出將極高頻有效載荷搭載在保密的極軌衛(wèi)星上，表示其有能力以更可行和更可提供的方式發(fā)展保護性通信有效載荷。

（2）突破應對挑戰(zhàn)

盡管搭載有效載荷有很大好處，但無論對于衛(wèi)星運營者還是潛在的用戶，帶來的壓力都會貫穿計劃的始終。目前的一個主要問題是搭載潛力的擁有方商業(yè)研制者和運營者，如何調(diào)整他們的設計和操作，使得既能滿足獨特的軍事要求，又能縮短研制周期。例如與使用很小范圍種類終端的大多數(shù)商業(yè)系統(tǒng)相反，軍事終端有多種尺寸和類型，要求提供一定范圍的可變能力。軍事作戰(zhàn)往往分布于全球，而商業(yè)系統(tǒng)則趨于集中在中心用戶基地。此外，某些軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)還有嚴格的安全性和可利用性要求，并保證對飛行器的控制。商業(yè)系統(tǒng)如何滿足這種要求也是問題。如軍事通信有效載荷搭載在商業(yè)衛(wèi)星上，就存在若干需要解決的問題。搭載的軍事有效載荷往往使用極高頻（UHF）和X頻段等商業(yè)市場不使用的頻段，而不是C和Ku等商業(yè)頻段，就需要進行一些特別處理。再如美國軍隊和澳大利亞國防部隊(ADF)在國際通信衛(wèi)星-22（Intelsat-22）上搭載有效載荷，為部署在中東和阿富汗的兩國部隊提供極高頻通信。從簽訂合同到實現(xiàn)軌道能力竟然用了35個月之久的時間，因為這種途徑要求澳大利亞國防部隊對極高頻有效載荷增加的特殊比特進行壓縮，需要時間。但因為選擇搭載極高頻途徑節(jié)省資金超過1.5億美元，美、澳軍隊仍表示支持這種途徑。該計劃的客觀分析表明，搭載有效載荷相比單獨研制衛(wèi)星飛行有效載荷，經(jīng)濟上可節(jié)省50%，比租用能力節(jié)省資金180%。需要克服的另一個障礙是，從軍事角度某些國防部的能力以搭載方式部署有效載荷仍有尺寸、功率、穩(wěn)定性和敏捷性等難以解決的問題，如何突破利用專用的和定制的衛(wèi)星才能滿足的障礙還需要時日。保持國防部的專用衛(wèi)星，利用搭載有效載荷解決增加回彈性的能力，不失為近期克服障礙的一種途徑。

國際通信衛(wèi)星- 22示意圖

對大型衛(wèi)星有效載荷進行拆分

預計美國空軍將在2015年作出對某些關(guān)鍵的空間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飛行在大型衛(wèi)星平臺上的任務有效載荷拆分后裝載到多顆小衛(wèi)星上。這一分解有效載荷的概念，初期主要考慮兩個具體的關(guān)鍵空間任務領(lǐng)域即核能指揮控制的保密通信和氣象預報。

如果最后決策利用分解式概念發(fā)展分布式空間系統(tǒng)，將對空軍最大的保密太空計劃產(chǎn)生重大影響。防護型的“先進極高頻”衛(wèi)星由不同的有效載荷分別處理戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信鏈路，空軍考慮將這兩種有效載荷拆分后，分別搭載和裝載在小衛(wèi)星上，這一思路很可能引起“先進極高頻”計劃的重大調(diào)整。這種分解思路可使空軍的防護型通信應對敵人的攻擊具有更強的彈性，當然也可能提升空軍保密通信能力的成本。

洛馬公司用了多年的時間獲得先進極高頻的設計權(quán)，現(xiàn)在不可能輕易放棄或改變原設計方案，但洛馬公司承認拆分的確是一個值得重視的途徑?？哲娔壳霸谲夁\行著2顆“先進極高頻”衛(wèi)星，還要研制2顆以上的這種衛(wèi)星，并已經(jīng)為研制這些衛(wèi)星訂購了元器件。改變設計進行拆分需要在這些衛(wèi)星之后考慮。

從采購和預算角度，拆分較容易實現(xiàn)，較之戰(zhàn)場需要的其他方面的設計改變，具有可行性和更大優(yōu)勢?，F(xiàn)在推動面向拆分轉(zhuǎn)型的計劃，采用小型、低成本的衛(wèi)星在用戶通知后相對短的時間即可研制和發(fā)射，從而支持快速反應任務。由于不是所有的衛(wèi)星有效載荷都要求抗核輻射加固，分解AEHF系統(tǒng)，按戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)拆分將有重要意義。

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(zhàn)，因此分解軍事氣象衛(wèi)星任務也具有很大的意義。

軍民分開后，空軍的軍事氣象衛(wèi)星計劃取消，主要原因是衛(wèi)星的敏感器組合太復雜。將敏感器拆分分散裝載到多個飛行器上，可能成為降低成本的途徑。對性質(zhì)上不適合融合的有效載荷進行技術(shù)上的分離，而不是設法勉強拼湊裝載在同一顆衛(wèi)星的公用艙內(nèi)，這種方式可防止由于其他要求而使有效載荷負擔過重，就可以最低成本實現(xiàn)更佳的任務設計。這種分解式概念，有利于開發(fā)高、低成本系統(tǒng)的混合星座。如果將研制頂層的、成本高、數(shù)量少的系統(tǒng)，與研制這種低成本的系統(tǒng)相結(jié)合，就可承受較高的風險，以更高的效費比方式構(gòu)建更高級系統(tǒng)性能的星座，并實現(xiàn)較快的技術(shù)升級，提升系統(tǒng)能力。

發(fā)展混合型星座

所謂混合型星座，即一個衛(wèi)星星座可以利用各種不同的軌道，有效載荷可以采取搭載和專用平臺不同的方式、商業(yè)公用艙和定制公用艙相結(jié)合等多種方式，為使產(chǎn)生和處理的數(shù)據(jù)能更好地滿足任務需求，各種有效載荷可以分散也可以集中。

對于空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最好的選擇是小型、不太復雜和更多數(shù)量平臺的分散能力。這與目前將主要的能力集中于大型、更大能力和更少數(shù)量飛行器的趨勢剛好相反。這種分布式途徑，對于一個具體的任務最好一個最多兩個有效載荷系統(tǒng)的配置具有最佳化的特點。它適用于先進的有效載荷和平臺技術(shù)，簡化系統(tǒng)復雜性，降低成本。不但適合于更快速和低風險的研制周期，而且對關(guān)鍵分系統(tǒng)和有效載荷技術(shù)的升級提供了更頻繁的機會。這種方式將引導更平穩(wěn)、更連續(xù)的生產(chǎn)計劃，而且對空間系統(tǒng)集成者供應鏈的需求具有更強的預測性。由于單顆衛(wèi)星較小也不太昂貴，發(fā)射運載的能力不會將性能和成本推到上限。基于同樣的原因，任務保證活動也較容易做到。最終使得這種分解型和分布式結(jié)構(gòu)將具有更強的生存能力和靈活性，在某種程度上也更有益于國際合作伙伴的參與?；旌闲亲O計具有提供更強可使用性和回彈力的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在星座中引入低成本、短壽命和簡單衛(wèi)星系統(tǒng)的概念，和更昂貴、長壽命和高級的衛(wèi)星系統(tǒng)相結(jié)合，不但可增強整個星座的系統(tǒng)性能和彈性，還可降低整個系統(tǒng)成本。

快速部署開發(fā)二級有效載荷發(fā)射新業(yè)務

美國空軍正準備開發(fā)發(fā)射二級有效載荷新業(yè)務。計劃從2014年開始，在美國政府發(fā)射大型衛(wèi)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(fā)射二級有效載荷，初步計劃每年將飛行6次。2007年在聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的宇宙神-5運載上發(fā)射了第一個“改進型一次性運載火箭”二級有效載荷適配器（ESPA），將一個空間實驗計劃任務送入軌道，此后空軍和工業(yè)部門都積極推進這種服務。2009年，美國國家航空航天局（NASA）使用發(fā)射月球勘測軌道器的宇宙神-5火箭剩余的能力，搭載了“月球坑觀測與感知衛(wèi)星”（LCROSS）作為二級有效載荷，美國航空航天局艾姆斯研究中心和諾格公司的工程師利用該衛(wèi)星觀測到埋在月球坑中的水冰，對業(yè)界產(chǎn)生很好影響。受此啟發(fā)，今后5年空軍將利用“改進型一次性運載火箭”任務的質(zhì)量裕度，開發(fā)發(fā)射二級有效載荷的機會。按尺寸定做的二級有效載荷適配器環(huán)，裝配有敏感器、天線、推力器、通信和導航系統(tǒng)，將信息系統(tǒng)集中于半人馬座上面級，然后將二級有效載荷投射到軌道?！案倪M型一次性運載火箭”的二級有效載荷適配器計劃包括目前研制二級有效載荷適配器環(huán)和從2014年開始預計每年發(fā)射一次二級有效載荷適配器所提供的標準服務。未來的二級有效載荷適配器標準服務飛行將根據(jù)足夠的剩余能力利用和任務配置要求進行。

作為二級有效載荷搭載的美國“月球坑觀測與感知衛(wèi)星”

被選為美國國家航空航天局向“國際空間站”的貨運飛行器，即由空間探索技術(shù)公司研制的獵鷹-9火箭和由軌道科學公司研制的新大星火箭，就采用了了二級有效載荷設計。與此同時，該公司還在研制更大能力的二級有效載荷適配器新型號。最初二級有效載荷適配器環(huán)只簡單地設計成在主有效載荷和火箭上面級之間裝載每個質(zhì)量180kg的6個有效載荷，現(xiàn)在客戶要求裝載自己的電子系統(tǒng)、太陽電池陣和能在軌道上機動的系統(tǒng)，二級有效載荷適配器需要增強。位于西雅圖的空間飛行公司也在進行獵鷹-9火箭二級有效載荷市場空間的開發(fā)。該公司專門研制了二級有效載荷系統(tǒng)（SSPS），這是類似于二級有效載荷適配器的環(huán)行器，配有電子、電源和遙測系統(tǒng)，可增加每個質(zhì)量達300kg的5個有效載荷作為二級有效載荷發(fā)射。另外該公司和安德魯斯空間公司正在合作研制夏爾巴（Sherpa）飛行器，這是一種能進一步增加二級有效載荷系統(tǒng)能力的飛行器，可將二級有效載荷從主有效載荷任務軌道位置轉(zhuǎn)移運送到希望的軌道位置。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟計劃擴大其二級有效載荷業(yè)務，正在開發(fā)發(fā)射運載剩余性能和容積的方案。宇宙神-5火箭發(fā)射保密的國家偵察局（NRO）有效載荷時，也作為二級有效載荷發(fā)射了11顆立方體衛(wèi)星。小衛(wèi)星裝載在該火箭稱為半人馬座上面級靠近尾部的搬運器上，這一由美國國家偵察局和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟研制的外部平臺可容納的二級有效載荷最大質(zhì)量77kg。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟可以為不同形狀和尺寸的二級有效載荷提供各種內(nèi)部和外部平臺空間，所能容納的二級有效載荷范圍可從1kg的立方體衛(wèi)星到按雙星發(fā)射配置接近另一顆大衛(wèi)星發(fā)射入軌的5000kg質(zhì)量的衛(wèi)星。

推動購買與租用衛(wèi)星業(yè)務等多種商業(yè)模式

商業(yè)性衛(wèi)星遙感業(yè)務和衛(wèi)星通信業(yè)務用于軍事都遇到了新問題。國家地理情報機構(gòu)商業(yè)衛(wèi)星圖像的購買計劃要進行調(diào)整，該機構(gòu)和兩個主要的圖像提供商簽訂合同還不到2年，提供商又提出為下一代的衛(wèi)星及基礎(chǔ)設施投資的要求，為此國家地理情報機構(gòu)不得不提出原來的購買計劃規(guī)?？s減的決定。每年由美國政府購買商業(yè)通信衛(wèi)星容量的投資超過10億～12億美元，以適應軍事上不斷增加的需求。美國政府使用的衛(wèi)星帶寬的80%從商業(yè)運營商購買，現(xiàn)在是世界上商業(yè)衛(wèi)星容量短期租用的最大客戶。在獨立煙囪模式下，使用帶寬的不同客戶，不和政府相關(guān)客戶協(xié)調(diào)，甚至確定購買容量的用戶是誰都很困難。如果某一用戶簽署合同但實際上并沒有使用，其頻譜也不能再分配。諸如這類問題，國防信息系統(tǒng)局（DISA）解決的途徑之一是通過稱為“未來商業(yè)衛(wèi)星通信業(yè)務采購”（FCSA）的新型采購模式對衛(wèi)星能力采購程序施以現(xiàn)代化。國防信息系統(tǒng)局相信，“未來商業(yè)衛(wèi)星通信業(yè)務采購”可允許研制者快速更新新技術(shù)，使供應商實現(xiàn)更優(yōu)化的競爭。

4 注重將提高彈性和作戰(zhàn)效能相結(jié)合

繼續(xù)驗證具有彈性的新型微小衛(wèi)星系統(tǒng)

多年來，美國曾為解決戰(zhàn)場成像偵察進行過諸多嘗試，為提升彈性，美國軍方開始轉(zhuǎn)向微小衛(wèi)星探索分散化發(fā)展思路。

美國天空衛(wèi)星-1、2

美國天空箱成像公司（SKYBOX）還在為國防部建造稱為“天空衛(wèi)星”（SKYSAT）成像微小衛(wèi)星星座，利用基于因特網(wǎng)的交付平臺，向各種用戶提供及時的數(shù)據(jù)。第一顆搭載俄羅斯火箭作為二級有效載荷于2013年發(fā)射。衛(wèi)星的重要特點是采用“高性能綠色推進”（HPGP）系統(tǒng)，采用二硝酸胺燃料，較之常規(guī)軌道推進燃料，性能高，更簡便更安全。衛(wèi)星質(zhì)量91kg，幅寬400km，分辨率1m，重訪周期1天。

美國空軍研究室正和薩里公司合作，開發(fā)將小衛(wèi)星用于增強現(xiàn)有GPS系統(tǒng)，提出小衛(wèi)星只裝載GPS有效載荷，對現(xiàn)在信號難以到達的地區(qū)（位置）提供覆蓋?？哲娧芯繉嶒炇医M織對“確認和分析怎樣的小衛(wèi)星能夠改進諸如精度、覆蓋和強健性等GPS系統(tǒng)系統(tǒng)性能，而成本又遠低于過去的采購”，重點解決使GPS星座有更強的生命力和可選擇體系結(jié)構(gòu)等回彈力。使用小衛(wèi)星迫使重新考慮系統(tǒng)要求及實現(xiàn)，必須依靠更多創(chuàng)新選擇最佳方案。

提高彈性的快速發(fā)射和快速訪問新能力

“機載發(fā)射輔助空間訪問”（ALASA）計劃的目標是較之目前的軍事和美國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射，成本降低至1/3。目前小衛(wèi)星的發(fā)射一般3萬美元／磅，而且需和其他衛(wèi)星共用運載器。“機載發(fā)射輔助空間訪問”計劃尋求每一次能發(fā)射100磅的、包括測距支持成本在內(nèi)低于100萬美元的小型發(fā)射系統(tǒng)。在發(fā)射系統(tǒng)中，尋求研制和利用的根本進步，包括發(fā)展不要求維護和支持的完整的發(fā)射飛行器，發(fā)射準備不要求特別的集成?！皺C載發(fā)射輔助空間訪問”的驗證系統(tǒng)將采用新出現(xiàn)的技術(shù)，以大幅提高推進劑脈沖，穩(wěn)定推進劑工況，構(gòu)造混合推進系統(tǒng)，無需基礎(chǔ)設施的低溫生產(chǎn)，新型發(fā)動機容器材料，新的飛行控制和任務規(guī)劃技術(shù)，新型噴嘴技術(shù)，改進的推進引導方法和新型關(guān)機途徑。

劉佳/本文編輯