美国弹性空间体系最新发展

二战以后，美国始终将军事航天视为影响国家安全的核心基石，尤其在近10年，美国高度重视未来军事斗争形势和样式的研判，开始对军事航天体系进行重大转型调整。2013年起，美军连续发布两版白皮书，明确了美国新一代军事航天体系要向“弹性”转型发展，构建在未来强对抗环境下能够持续完成军事任务使命、有效应对太空威胁的军事航天体系。目前，相关论证和研发工作已经在美国国防部所属的各航天装备领域全面展开，一旦未来系统研发成熟并投入运行使用，美国航天系统将向真正的武器装备化方向发展，具备体系化、批量化和冗余化的特征。

1 “弹性”转型的主要动因

“弹性”航天装备体系的思想源于近10年美国对太空系统依赖性的快速增长和太空安全观认识的逐步深入，由主导美国军事航天力量发展和应用的空军航天司令部首先提出，受到了美国国防部的高度重视。美国实施“弹性”空间体系的主要目的是形成太空威慑力、强化空间体系抗毁能力，并为太空这一新的作战域构建强大的装备体系。

1）航天系统是“太空威慑”的重要组成部分，未来在航天系统支持下的全球即时、精确作战模式，可以快速消灭敌方战略力量和斗争潜力，摧毁敌方斗争意志，实现战略作战意图，达到与“核威慑”相当的作战效果（同时不会产生核大战造成的重大、持续性的破坏）。

2）现代军事斗争和军事行动日益全球化、全域化，对航天系统的依赖不可避免地日益增强。美军在作战时对卫星的依赖性和航天系统固有脆弱性之间的矛盾越发突出。

3）太空已经成为一个作战区域，各国都已将其作为军事行动和对抗的重要区域，太空系统已经成为对抗的重要目标，甚至可能是首选目标，太空系统的脆弱性日益明显。美军重新审视当前在没有挑战的情况下发展起来的面向友好环境的太空系统装备，发现暴露出诸多根本性问题。

2 “弹性”的实现途径

为构建成“弹性”的军事航天体系，美国目前已经提出了6种实现途径，意图将天上功能分解、节点分散、多星冗余，地上统一运管、综合运用、信息聚合，改变传统单一大卫星“将所有鸡蛋放在一个篮子里”的模式，增加潜在对手选取空间攻击目标的难度，降低实施攻击的效果，提升空间攻击的代价，增强空间系统的抗毁性。6种实现途径的定义如下：

1）分散（disaggregation）。分散定义为将不同的功能分离到不同的平台和有效载荷上。典型示例是将防护卫星通信的战术和战略功能分散，有助于消除危机或冲突非受控升级的风险。此外，通过分散可以降低系统的复杂性，使弹性更容易实现。

2）分布（distribution）。分布定义为大量节点共同工作，作为一个节点执行同一个任务或功能。例如，“全球定位系统”（GPS）就是一个分布式系统。

3）多样化（diversification）。多样化定义为利用不同平台、不同轨道或不同系统，以及商业、民用或国际合作伙伴的能力，执行同一个任务。此外，多样化还包括具备灵活性和适应性的、能够支持多种任务的系统或体系。

4）防护（protection）。防护定义为确保美国及其伙伴的空间系统在各种作战环境和条件下按所需数量和质量提供任务支持而采取的主动和被动措施。已采取的传统防护措施包括抗干扰、抗核加固等，还可以扩展到卫星机动、携带诱饵和其他星上对抗措施。防护也包括在系统内部采取的更好地探测对手攻击和确定攻击源的措施（也称为“自感知”）。

5）扩散（proliferation）。扩散定义为部署大量相同的平台、有效载荷或相同类型的系统来执行相同的任务。例如在“宽带全球卫星通信”（WGS）卫星星座中部署多颗WGS卫星，或者增加下行链路和数据处理站的数量等。

6）欺骗（deception）。欺骗是指挥官对敌隐藏自己力量和弱点的惯用方法。用欺骗来掩饰意图，达成战略和战役的突然性。同样，国家安全空间资产的指挥官也必须在制定空间作战计划中考虑欺骗，以保存自己，确保其遂行空间任务的弹性。鉴于空间防御和进攻的物理特性，欺骗可能是提升特定空间系统弹性的一个关键要素。

3 美国“弹性”航天装备体系发展情况

导弹预警卫星领域

美军正采用弹性体系理念，综合运用“分散”、“分布”等弹性措施途径，构建高低轨结合的分层天基预警体系。新一代导弹预警卫星系统的主要设计需求是提升卫星系统的防御能力；提升导弹防御系统的可靠性，建立用户信心；提升交战能力和威胁应对数量；应对先进导弹威胁。目前，美军新一代天基预警弹性体系已基本成形，高轨方面发展“下一代过顶持续红外”（Next-Gen OPIR）系统，低轨方面发展“天基传感器层”（SSL）。

（1）高轨“下一代过顶持续红外”系统

高轨“下一代过顶持续红外”是“天基红外系统”（SBIRS）的后续系统，包含两个系统，即战略导弹预警系统和战区导弹预警系统。前者采取多种抗毁措施，通过与核威慑捆绑确保系统安全；后者采用专用卫星或有效载荷搭载的方式，分散能力，按战区需求部署。“下一代过顶持续红外”系统采用螺旋式发展路线，目前规划了Block-0和Block-1两个阶段。

Block-0阶段由3颗静止轨道卫星（NGG）和2颗极区覆盖卫星（NGP）组成。Block-0阶段的卫星是在SBIRS卫星基础上进行改进和简化而成，具体包括增加近场感知载荷和轨道机动能力，预警载荷从SBIRS的扫描加凝视可能简化为一种载荷，具体是扫描还是凝视目前还未对外公布。Block-0采取了快速采办模式，计划研制时间由通常的9年缩短为5年，NGG卫星计划2023年首发，NGP卫星计划2027年首发，整个Block-0卫星计划2029年部署完毕。

Block-1卫星系统目前正在论证过程之中，系统体系还没有确定。卫星平台是在洛马公司A2100平台基础上开发的高防护抗核加固平台，采用开放式模块化设计，既可用于战略预警又可用于战略通信，具备多种轨道适应性，还将具备在轨服务和燃料补加能力。星上还采用滤光器、限幅器、防激光涂层等被动防护技术，以及威胁告警传感器等附加载荷，采用激光通信链路进一步提升抗干扰和保密性能。美军还在研发结构附着感知技术、可展开触角技术、星上诱饵技术等所谓的弹性技术，对这种高价值目标予以重点保护。Block-1系统计划2025-2027年进行原型试验卫星飞行试验，业务星计划2030年具备初始发射能力。

“下一代过顶持续红外”系统示意图

（2）低轨“天基传感器层”

低轨“天基传感器层”由导弹防御局（MDA）、空军和国防高级研究计划局（DARPA）联合论证。其主要任务是对弹道导弹和高超武器进行从生到死的全程观测，提供光学手段目标识别，为拦截武器提供目标指示和火控链路，从而支持遥发射/遥交战概念，为导弹防御系统提供拦截效果评估，从而为进一步拦截决策提供支持。

目前“天基传感器层”论证工作启动不久，最终方案尚未确定。当前提出的“天基传感器层”方案包括“导弹防御跟踪系统”（MDTS）、“精确火控跟踪”（PFCT）系统和“拦截效果评估”（SKA）系统3种有效载荷，采取功能分离的方式，每颗卫星只携带有一种载荷。采取节点分散的方式部署在多个轨道面和多个轨道高度上。采取手段多样的方式，有些载荷可以搭载在商业和盟国卫星上，进一步分散系统布局。采用伪装欺骗的方法，所有卫星均采用DARPA在“黑杰克”（BlackJack）项目下发展的通用平台，这类平台将广泛用于其他卫星系统和民/商用星座，卫星外观特征相似，之间通信链路相连，令对手难以选择目标。

测试中的GPS-3卫星

通信卫星领域

在通信卫星领域，综合利用“分散”、“分布”、“多样化”、“防护”、“扩散”等弹性实施途径，构建新一代的通信卫星体系，将是由高轨战略通信系统、高轨战区通信系统、低轨网络通信系统构成的“弹性”通信卫星体系。高轨系统施行“核常分离”，达到更易判断敌人意图、更易实施战争升级控制、使战略系统更安全等目的；低轨系统积极发展战术专用通信小卫星星座和星群，支持多域广泛散布的有人和无人平台，在反介入/反拒止（A2AD）环境和复杂地形条件下提供机对机（M2M）业务，以及短报文通信和数据渗透等业务。

总体来看，美军将以“1+1+3”的模式来实施其体系转型思路，即“1”是指下一代的战略通信卫星研发项目，“1+3”是指下一代战术通信卫星系统的1项波形技术与空间、地面、用户3个段的研发、升级与改造项目，5个项目相互独立但又互为支撑，以提高整个军用通信卫星体系的防护能力为目标，分批、按序实施，目前进展较为顺利，部分项目已进入研制合同招标阶段。

导航卫星领域

新一代导航卫星体系的发展思路是大力研发全数字抗干扰导航卫星，军码防欺骗抗干扰终端，借助GPS星座固有的多轨分散特性，使GPS系统具备较高系统弹性。同时，美国积极与盟国开展合作，已就共用导航卫星系统与欧盟和日本开展谈判，结合多模接收终端，使美军的卫星导航能力有了非常高的保障，也使对手可能放弃对导航卫星系统的攻击。

从航天装备体系转型的6种实现途径的角度看，GPS系统在某些方面已经实现了美军新一代军事航天装备体系转型发展的要求。

一是通过“节点分散、冗余备份”的方式提升弹性。分布在6个轨道面的30余颗卫星已经使GPS系统实现了多轨分散；同时，30余颗卫星在轨并提供导航服务，使GPS系统在全球任意地点的可见卫星数量达到6～8颗，远远超过了4颗可见卫星即可满足定位、导航与授时（PNT）服务的要求，即摧毁数颗GPS卫星（可多达5颗）不会对GPS系统服务产生重大影响。

二是通过“手段多样”的方式提升弹性。为保证GPS系统服务性能的优势与服务可靠性、可用性和完好性，美军积极推动先进技术在GPS卫星上的应用。目前，首星发射的GPS-3卫星导航有效载荷的数字化率已经达到70%，其后续型号GPS-3F将达到100%，加上在轨可编程技术、软件无线电技术的支持，将实现GPS-3F卫星的在轨功能升级与信号重构，有效地提供导航战能力。目前，GPS系统已经装备了星上信号功率可调功能（GPS-2F卫星开始），可实现对敌方使用GPS民用信号的拒止和军用信号功率增强7dB；美国正在研发可移动双点波束增强技术，计划装备GPS-3F卫星，点波束区域内的信号功率将增加20dB；未来美军既可拒绝敌方使用GPS系统民用信号，又具备军用信号增强27dB的能力，有效增强GPS系统的抗干扰能力。

三是通过星上与地面防护手段提升弹性。GPS卫星全面采用抗核加固技术，具有一定的抗辐射与抗核爆能力；就地面运行控制系统而言，GPS新一代运行控制系统正在发展赛博安全和信息保障技术与能力，其中赛博安全技术与功能于2018年2次通过了空军组织的赛博对抗测试与验证，计划于2021年左右装备，使其运行控制系统对抗赛博攻击、保证GPS系统运行安全与运行控制权的能力大为提升。

“气象卫星后续-微波”卫星飞行示意图

“世界观测”飞行示意图

气象监测卫星领域

美国将采用军民融合方式构建下一代气象监测卫星体系。新体系将原有集成了8种气象观测有效载荷的“国防气象卫星”（DMSP）的功能分解到2种新型小卫星上，包括“气象卫星后续-微波”（WSF-M）卫星和“气象卫星后续-光电红外”（WSF-E）卫星，并计划由军方接管部分民用静止轨道气象卫星，以有效降低遭受攻击后体系能力大幅降低的风险。

侦察卫星领域

美国在持续改进低轨详查系统的同时，积极发展战术小卫星星座，研发高轨监视系统，构建高低轨搭配、多国合作、军民融合的天基情报侦察监视体系。总体来说，采用“多样化”和“扩散”的途径实现弹性。

美国国家侦察局持续发展“锁眼”（KH）、“未来成像体系-雷达”（FIA-Radar）大型综合型国家侦察卫星系统，分辨率领先其他国家一代。国家侦察局还负责采购商业卫星数据，扶植美国商业遥感卫星的发展。目前，美国数字地球公司（Digital Globe）的“世界观测”（WorldView）卫星达到甚至超过其他国家军用侦察卫星水平。同时，国家地理空间情报局（NGA）积极探索利用新兴遥感卫星公司的大规模微纳卫星星座为国家情报机构和军方服务。美国还与英国、加拿大、新西兰和澳大利亚共享情报数据。这些实施情况已充分说明美国正在利用“多样化”提升弹性。

同时，美国国防部致力于发展用于军事作战的军用成像侦察小卫星。美国军兵种已经接纳吸收了该发展理念，以陆军为代表，开始大力进行成像侦察卫星的研发和在轨能力验证，已完成鹰眼-2M（KE-2M）光学成像侦察小卫星的发射和在轨能力验证。此外，美国陆军也还在发展雷达成像侦察小卫星。

为完善体系，美国致力于研制高轨高分辨率成像侦察卫星，并行发展大口径薄膜衍射成像技术、空间分块可展开成像技术、单镜面大口径反射镜技术等大口径光学成像技术，以实现高轨持续观测能力，最终实现较为完善的高低轨搭配体系。

鹰眼-2M光学成像侦察小卫星飞行示意图

4 结束语

美军通过推进构建多国共建、共用的“弹性”航天体系，且推行太空集体防御，共同执行太空作战任务，实质上形成了新的军事太空联盟。在行动决策方面，将使对手面临“一对多”的不利局面；在国际合作方面，美国作为太空同盟主导者必将进一步围堵制约对手发展。

同时，美军“弹性”航天体系部署布局更加合理，且具备冗余。一方面将推动未来航天系统的批量化建设和发展；另一方面，美军面向未来对抗环境的新系统体系一旦建成，将对对手产生不利影响。