小卫星大场面美国防部欲以小卫星打造响应性空间能力

张 灿 方志英

继发布《2010四年防务报告》和《2010核态势评估报告》之后，美国防部将于2010年9月发布最新的《空间态势评估报告》。据称，在副部长林恩将向国会提交的《空间态势评估报告》中，作战响应性空间（ORS）概念将是其中的重点之一。作战响应性空间概念的核心是开发“响应性不断增强的体系结构”，以实现对空间系统的快速部署，为作战人员提供支持。林恩称：“作战响应性空间可以帮助我们应对太空面临的威胁。通过建设基于小卫星的系统，并利用模块化元件，作战响应性空间将为我们提供能够快速增强空间系统的能力。”

小卫星概念

目前，业界对小卫星并没有统一的定义。通常，就卫星重量而言，小于1000千克的均属于广义上的小卫星。如果继续细分的话，500～1000千克称为小卫星，100～500千克称为微卫星，10～100千克称为显微卫星，1～10千克称为纳米卫星（NanoSat），小于1千克的则被称为皮卫星（PicoSat）。

小卫星具有重量轻、体积小、成本低、研制周期短、轨道低、发射容易、生存能力强、风险小及技术含量高等特点，其应用涉及航天、通信、遥感、计算机网络、能源、材料、微系统等方面。随着相关通信、微电子、能源和集成技术的不断发展，美军所开发的小卫星系统又兼具了覆盖广、通信延迟小、功能和抗毁性强、安全性高、应急能力和灵活性强等优势，因此特别适用于局部战争和突发性事件，可以为战场和重点地区提供短期通信、监视、导航、跟踪和信息传输等服务。

小卫星随反卫星技术的发展而得到广泛应用

实际上，小卫星的历史几乎与人类航天事业的历史一样长，卫星试验最初就是从微小卫星开始的，只不过那时候的小卫星集成化程度低、功能单一，只能算是简单的试验卫星。小卫星实际军事应用的开发在很大程度上得益于反卫星技术的发展。

美军于20世纪80年代开始开发反卫星技术，并逐步形成了“以导反星”、“以星反星”、“以能反星”等多种卫星攻击方式。反卫星概念刚一提出，极具忧患意识的美军便开始担心，一旦哪天卫星失灵，或者被敌方摧毁的话，到底还有什么能暂时填补美军通信与侦察手段的空白呢？美国防部曾经尝试使用高空飞行的“全球鹰”无人驾驶侦察机、气球载的无线电转发系统以及空中预警机等来填补，但这些手段都达不到卫星通信的全球覆盖能力，也不能像卫星那样从其他国家上空无碍掠过。

最终，美军选择了灵活性高、成本低、性能好的小卫星解决方案，并于2007年先后成立了作战响应性空间办公室和卫星快速反应部队，力求在大型军事卫星遭受敌方攻击后，迅速反应，立即发射个小、量多、质优的小型卫星填补空白，确保美军作战的持续顺畅。图1即为美国空军假想的激光武器击中空间卫星的想定图。

“百星计划”的提出

作战响应性空间办公室和卫星快速反应部队成立以后，美军陆续推出了“小卫星技术创新计划”、“新盛世”等一系列小卫星的发展计划。法国甚至宣布在太空轨道上发现了20到30颗美国的秘密小卫星。2007年，美国防部更是提出了令人不可思议的“百星计划”。

“百星计划”又被称作“太空快速反应联盟”计划。根据这项计划，美国将联合其北约成员国，以每个国家各“承包”5颗左右卫星的方式，向太空部署100颗左右的小型卫星。有了这些小卫星，美军及其盟友的战场指挥官可以在作战时非常灵活地调动这些卫星，利用它们对相关地区进行侦察，获取所需要的情报。不仅如此，北约的指挥官们还可以根据战局发展的需要，迅速实施卫星的应急发射，以弥补可能被敌方击落的卫星。

但“百星计划”提出不久后，便由于经费、技术等问题遭到了盟国和国会的一片质疑，之后不久便杳无音信。该计划虽然最后没有能够实施，但从中也足以看出美军在小卫星方面的勃勃雄心。

图1 美国空军假想的激光武器击中空间卫星的想定图

F6卫星计划的发展

在大力发展独立小卫星系统的同时，美军更是创新性的提出了模块化和组合概念，即像动画片《变形金刚》组合机器人一样，将一些飞得很近的小卫星模块组成一个星群，之间则用无线网络互联。根据这一概念，美国防预先研究计划局于2007年提出了F6卫星计划。F6是指未来（Future）、快速（Fast）、灵活（Flexible）、分离（Fractioned）和自由飞行（Free Flying）等6个首字母为F的单词，这六个单词充分体现了F6卫星计划的特点和内涵。

F6卫星是许多以模块化编队飞行的小卫星，用于探索构建分布式卫星体系结构。该体系结构将把传统的单个大卫星分成多个功能模块，各模块间依靠无线方式连接，以进行数据、能量传输以及完成分布式计算，多个分离的模块将在一个松散、邻近的群集轨道上飞行，每个模块提供一项独特的能力，如计算与数据处理、通信中继、制导与导航以及有效载荷感应等。这些模块可构建一颗虚拟卫星，可提供与整体卫星相媲美的任务能力，还可大大提高功能和计划上的灵活性与鲁棒性，降低整个卫星开发与任务执行周期的风险，实现系统的逐步部署。同时，它也能让美军十分轻松地更换过期或损坏的卫星零部件。

美国防预先研究计划局将F6计划分为4个阶段进行实施。前三个阶段主要开展概念研究，进行设计评估并突破关键技术，完成地面试验和集成；第四阶段发射模块化卫星并进行在轨演示验证。2008年2月，国防预先研究计划局将价值3840万美元的第一阶段合同授予了4家公司，主要进行先期概念与技术研究。2009年3月，该局选定轨道科学公司作为第二阶段的合同承包商，11月正式签定了价值7700万美元、为期12个月的F6卫星计划合同。2009年底，国防预先研究计划局酝酿调整F6卫星计划的在轨演示验证，2010年3月，该局决定在地球同步轨道进行演示验证，而不是在先前计划的近地轨道，预计F6卫星计划在轨演示验证合同的金额为1.5～2亿美元。

卫星航母构想

在美军不断探索小卫星实际军事应用的同时，小卫星的理论应用研究也取得了进一步的发展。2009年，在洛杉矶举行的“响应性空间”大会上，空军空间与导弹系统中心的雷明·钱格提出了卫星航母的概念。

构想中的卫星航母能在轨徘徊，可携带许多在轨小卫星，并可随时按需部署。每个卫星航母将携带一组相同的小卫星或一组具有不同有效载荷的小卫星，每组数量4～18颗不等，需携带的小卫星数量和有效载荷的类型则由任务计划人员根据责任区域内的用户需求灵活决定。一旦该构想成为现实，卫星舰母将具备实际航母编队一样的威慑力，可为美军提供真正的响应性空间能力和绝对的制空能力。

结束语

虽然目前美军的许多小卫星计划遇到了各种困难，而且有些人，特别是业界，仍在嘲讽美国防部投入过多的资源去构建作战响应性空间，然而，情况正在发生变化。例如，雷声公司已经在2009年6月的巴黎航空展上，展示了一系列适合小卫星搭载的模块化、可快速部署的空间有效载荷；“铱”星的快速部署也已经证明，建立作战响应性空间是可能的。因此，尽管目前小卫星仍然不可能马上成为具有颠覆性的军事应用，但就像微处理器引发计算机变革一样，未来，小型卫星甚至微卫星也必将开创出属于自己的大场面。