小衛(wèi)星大場面美國防部欲以小衛(wèi)星打造響應(yīng)性空間能力

張 燦 方志英

繼發(fā)布《2010四年防務(wù)報(bào)告》和《2010核態(tài)勢評估報(bào)告》之后，美國防部將于2010年9月發(fā)布最新的《空間態(tài)勢評估報(bào)告》。據(jù)稱，在副部長林恩將向國會提交的《空間態(tài)勢評估報(bào)告》中，作戰(zhàn)響應(yīng)性空間（ORS）概念將是其中的重點(diǎn)之一。作戰(zhàn)響應(yīng)性空間概念的核心是開發(fā)“響應(yīng)性不斷增強(qiáng)的體系結(jié)構(gòu)”，以實(shí)現(xiàn)對空間系統(tǒng)的快速部署，為作戰(zhàn)人員提供支持。林恩稱：“作戰(zhàn)響應(yīng)性空間可以幫助我們應(yīng)對太空面臨的威脅。通過建設(shè)基于小衛(wèi)星的系統(tǒng)，并利用模塊化元件，作戰(zhàn)響應(yīng)性空間將為我們提供能夠快速增強(qiáng)空間系統(tǒng)的能力?！?/p>

小衛(wèi)星概念

目前，業(yè)界對小衛(wèi)星并沒有統(tǒng)一的定義。通常，就衛(wèi)星重量而言，小于1000千克的均屬于廣義上的小衛(wèi)星。如果繼續(xù)細(xì)分的話，500～1000千克稱為小衛(wèi)星，100～500千克稱為微衛(wèi)星，10～100千克稱為顯微衛(wèi)星，1～10千克稱為納米衛(wèi)星（NanoSat），小于1千克的則被稱為皮衛(wèi)星（PicoSat）。

小衛(wèi)星具有重量輕、體積小、成本低、研制周期短、軌道低、發(fā)射容易、生存能力強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)小及技術(shù)含量高等特點(diǎn)，其應(yīng)用涉及航天、通信、遙感、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、能源、材料、微系統(tǒng)等方面。隨著相關(guān)通信、微電子、能源和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，美軍所開發(fā)的小衛(wèi)星系統(tǒng)又兼具了覆蓋廣、通信延遲小、功能和抗毀性強(qiáng)、安全性高、應(yīng)急能力和靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢，因此特別適用于局部戰(zhàn)爭和突發(fā)性事件，可以為戰(zhàn)場和重點(diǎn)地區(qū)提供短期通信、監(jiān)視、導(dǎo)航、跟蹤和信息傳輸?shù)确?wù)。

小衛(wèi)星隨反衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展而得到廣泛應(yīng)用

實(shí)際上，小衛(wèi)星的歷史幾乎與人類航天事業(yè)的歷史一樣長，衛(wèi)星試驗(yàn)最初就是從微小衛(wèi)星開始的，只不過那時(shí)候的小衛(wèi)星集成化程度低、功能單一，只能算是簡單的試驗(yàn)衛(wèi)星。小衛(wèi)星實(shí)際軍事應(yīng)用的開發(fā)在很大程度上得益于反衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展。

美軍于20世紀(jì)80年代開始開發(fā)反衛(wèi)星技術(shù)，并逐步形成了“以導(dǎo)反星”、“以星反星”、“以能反星”等多種衛(wèi)星攻擊方式。反衛(wèi)星概念剛一提出，極具憂患意識的美軍便開始擔(dān)心，一旦哪天衛(wèi)星失靈，或者被敵方摧毀的話，到底還有什么能暫時(shí)填補(bǔ)美軍通信與偵察手段的空白呢？美國防部曾經(jīng)嘗試使用高空飛行的“全球鷹”無人駕駛偵察機(jī)、氣球載的無線電轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)以及空中預(yù)警機(jī)等來填補(bǔ)，但這些手段都達(dá)不到衛(wèi)星通信的全球覆蓋能力，也不能像衛(wèi)星那樣從其他國家上空無礙掠過。

最終，美軍選擇了靈活性高、成本低、性能好的小衛(wèi)星解決方案，并于2007年先后成立了作戰(zhàn)響應(yīng)性空間辦公室和衛(wèi)星快速反應(yīng)部隊(duì)，力求在大型軍事衛(wèi)星遭受敵方攻擊后，迅速反應(yīng)，立即發(fā)射個(gè)小、量多、質(zhì)優(yōu)的小型衛(wèi)星填補(bǔ)空白，確保美軍作戰(zhàn)的持續(xù)順暢。圖1即為美國空軍假想的激光武器擊中空間衛(wèi)星的想定圖。

“百星計(jì)劃”的提出

作戰(zhàn)響應(yīng)性空間辦公室和衛(wèi)星快速反應(yīng)部隊(duì)成立以后，美軍陸續(xù)推出了“小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃”、“新盛世”等一系列小衛(wèi)星的發(fā)展計(jì)劃。法國甚至宣布在太空軌道上發(fā)現(xiàn)了20到30顆美國的秘密小衛(wèi)星。2007年，美國防部更是提出了令人不可思議的“百星計(jì)劃”。

“百星計(jì)劃”又被稱作“太空快速反應(yīng)聯(lián)盟”計(jì)劃。根據(jù)這項(xiàng)計(jì)劃，美國將聯(lián)合其北約成員國，以每個(gè)國家各“承包”5顆左右衛(wèi)星的方式，向太空部署100顆左右的小型衛(wèi)星。有了這些小衛(wèi)星，美軍及其盟友的戰(zhàn)場指揮官可以在作戰(zhàn)時(shí)非常靈活地調(diào)動這些衛(wèi)星，利用它們對相關(guān)地區(qū)進(jìn)行偵察，獲取所需要的情報(bào)。不僅如此，北約的指揮官們還可以根據(jù)戰(zhàn)局發(fā)展的需要，迅速實(shí)施衛(wèi)星的應(yīng)急發(fā)射，以彌補(bǔ)可能被敵方擊落的衛(wèi)星。

但“百星計(jì)劃”提出不久后，便由于經(jīng)費(fèi)、技術(shù)等問題遭到了盟國和國會的一片質(zhì)疑，之后不久便杳無音信。該計(jì)劃雖然最后沒有能夠?qū)嵤?，但從中也足以看出美軍在小衛(wèi)星方面的勃勃雄心。

圖1 美國空軍假想的激光武器擊中空間衛(wèi)星的想定圖

F6衛(wèi)星計(jì)劃的發(fā)展

在大力發(fā)展獨(dú)立小衛(wèi)星系統(tǒng)的同時(shí)，美軍更是創(chuàng)新性的提出了模塊化和組合概念，即像動畫片《變形金剛》組合機(jī)器人一樣，將一些飛得很近的小衛(wèi)星模塊組成一個(gè)星群，之間則用無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。根據(jù)這一概念，美國防預(yù)先研究計(jì)劃局于2007年提出了F6衛(wèi)星計(jì)劃。F6是指未來（Future）、快速（Fast）、靈活（Flexible）、分離（Fractioned）和自由飛行（Free Flying）等6個(gè)首字母為F的單詞，這六個(gè)單詞充分體現(xiàn)了F6衛(wèi)星計(jì)劃的特點(diǎn)和內(nèi)涵。

F6衛(wèi)星是許多以模塊化編隊(duì)飛行的小衛(wèi)星，用于探索構(gòu)建分布式衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)將把傳統(tǒng)的單個(gè)大衛(wèi)星分成多個(gè)功能模塊，各模塊間依靠無線方式連接，以進(jìn)行數(shù)據(jù)、能量傳輸以及完成分布式計(jì)算，多個(gè)分離的模塊將在一個(gè)松散、鄰近的群集軌道上飛行，每個(gè)模塊提供一項(xiàng)獨(dú)特的能力，如計(jì)算與數(shù)據(jù)處理、通信中繼、制導(dǎo)與導(dǎo)航以及有效載荷感應(yīng)等。這些模塊可構(gòu)建一顆虛擬衛(wèi)星，可提供與整體衛(wèi)星相媲美的任務(wù)能力，還可大大提高功能和計(jì)劃上的靈活性與魯棒性，降低整個(gè)衛(wèi)星開發(fā)與任務(wù)執(zhí)行周期的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逐步部署。同時(shí)，它也能讓美軍十分輕松地更換過期或損壞的衛(wèi)星零部件。

美國防預(yù)先研究計(jì)劃局將F6計(jì)劃分為4個(gè)階段進(jìn)行實(shí)施。前三個(gè)階段主要開展概念研究，進(jìn)行設(shè)計(jì)評估并突破關(guān)鍵技術(shù)，完成地面試驗(yàn)和集成；第四階段發(fā)射模塊化衛(wèi)星并進(jìn)行在軌演示驗(yàn)證。2008年2月，國防預(yù)先研究計(jì)劃局將價(jià)值3840萬美元的第一階段合同授予了4家公司，主要進(jìn)行先期概念與技術(shù)研究。2009年3月，該局選定軌道科學(xué)公司作為第二階段的合同承包商，11月正式簽定了價(jià)值7700萬美元、為期12個(gè)月的F6衛(wèi)星計(jì)劃合同。2009年底，國防預(yù)先研究計(jì)劃局醞釀?wù){(diào)整F6衛(wèi)星計(jì)劃的在軌演示驗(yàn)證，2010年3月，該局決定在地球同步軌道進(jìn)行演示驗(yàn)證，而不是在先前計(jì)劃的近地軌道，預(yù)計(jì)F6衛(wèi)星計(jì)劃在軌演示驗(yàn)證合同的金額為1.5～2億美元。

衛(wèi)星航母構(gòu)想

在美軍不斷探索小衛(wèi)星實(shí)際軍事應(yīng)用的同時(shí)，小衛(wèi)星的理論應(yīng)用研究也取得了進(jìn)一步的發(fā)展。2009年，在洛杉磯舉行的“響應(yīng)性空間”大會上，空軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心的雷明·錢格提出了衛(wèi)星航母的概念。

構(gòu)想中的衛(wèi)星航母能在軌徘徊，可攜帶許多在軌小衛(wèi)星，并可隨時(shí)按需部署。每個(gè)衛(wèi)星航母將攜帶一組相同的小衛(wèi)星或一組具有不同有效載荷的小衛(wèi)星，每組數(shù)量4～18顆不等，需攜帶的小衛(wèi)星數(shù)量和有效載荷的類型則由任務(wù)計(jì)劃人員根據(jù)責(zé)任區(qū)域內(nèi)的用戶需求靈活決定。一旦該構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)，衛(wèi)星艦?zāi)笇⒕邆鋵?shí)際航母編隊(duì)一樣的威懾力，可為美軍提供真正的響應(yīng)性空間能力和絕對的制空能力。

結(jié)束語

雖然目前美軍的許多小衛(wèi)星計(jì)劃遇到了各種困難，而且有些人，特別是業(yè)界，仍在嘲諷美國防部投入過多的資源去構(gòu)建作戰(zhàn)響應(yīng)性空間，然而，情況正在發(fā)生變化。例如，雷聲公司已經(jīng)在2009年6月的巴黎航空展上，展示了一系列適合小衛(wèi)星搭載的模塊化、可快速部署的空間有效載荷；“銥”星的快速部署也已經(jīng)證明，建立作戰(zhàn)響應(yīng)性空間是可能的。因此，盡管目前小衛(wèi)星仍然不可能馬上成為具有顛覆性的軍事應(yīng)用，但就像微處理器引發(fā)計(jì)算機(jī)變革一樣，未來，小型衛(wèi)星甚至微衛(wèi)星也必將開創(chuàng)出屬于自己的大場面。