美國(guó)國(guó)防太空架構(gòu)未來(lái)5年發(fā)展分析及啟示

◎中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 孫璞

2019年10月7日，據(jù)美國(guó)航天新聞網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)太空發(fā)展局（Space Development Agency，SDA）計(jì)劃于2021-2025財(cái)年投資110億美元，用以部署軍用衛(wèi)星星座——國(guó)防太空架構(gòu)（National Defense Space Architecture，NDSA）。該衛(wèi)星星座共七層，由數(shù)百顆可承載多種有效載荷的小型衛(wèi)星組成，采用靈活、彈性、敏捷的系統(tǒng)架構(gòu)，旨在保持美國(guó)在太空領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，搶占未來(lái)大國(guó)太空競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。

一、背景分析

太空已成為美國(guó)贏得未來(lái)大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵領(lǐng)域。特朗普上臺(tái)以來(lái)，將國(guó)家戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)，而保持美國(guó)在太空領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)贏得未來(lái)大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的勝利至關(guān)重要。為此，美國(guó)在太空領(lǐng)域頻頻加碼。2017年6月30日，特朗普簽署行政命令重啟國(guó)家太空委員會(huì)。2018年3月23日，美國(guó)政府發(fā)布新版《國(guó)家太空戰(zhàn)略》，提出“維持美國(guó)在太空領(lǐng)域強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力”的戰(zhàn)略目標(biāo)。2018年8月9日，美國(guó)國(guó)防部向副總統(tǒng)彭斯提交了《關(guān)于國(guó)防部國(guó)家安全航天構(gòu)成的組織和管理結(jié)構(gòu)的最終報(bào)告》，報(bào)告提出要組建美國(guó)太空軍，并將太空司令部、太空軍作戰(zhàn)部隊(duì)、太空發(fā)展局、太空軍管理和保障部作為支撐太空軍運(yùn)行的4個(gè)重要職能部門。2019年3月12日，美國(guó)代理國(guó)防部長(zhǎng)沙納漢簽發(fā)《成立太空發(fā)展局》備忘錄，五角大樓正式設(shè)立太空發(fā)展局，太空發(fā)展局旨在制定及運(yùn)用創(chuàng)新性解決方案，刺激國(guó)防部太空能力創(chuàng)新、引入私營(yíng)機(jī)構(gòu)推進(jìn)新興技術(shù)應(yīng)用，預(yù)先應(yīng)對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的威脅。2019年8月29日，特朗普在白宮宣布成立美國(guó)太空司令部，太空司令部的成立進(jìn)一步凸顯太空作為美國(guó)“戰(zhàn)爭(zhēng)疆域”的重要地位，加快美國(guó)天基作戰(zhàn)資源整合。2019年12月20日，《2020年國(guó)防授權(quán)法案》的簽署，標(biāo)志著美國(guó)太空軍的正式成立。美國(guó)不斷推進(jìn)太空領(lǐng)域軍事化，強(qiáng)化太空威懾與作戰(zhàn)能力，以維持其在太空領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

2019年12月20日，《2020年國(guó)防授權(quán)法案》的簽署標(biāo)志著美國(guó)太空軍的正式成立。

美國(guó)認(rèn)為其傳統(tǒng)太空力量難以滿足大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的需要。近年來(lái)，俄羅斯、中國(guó)、印度等大國(guó)在太空領(lǐng)域發(fā)展迅猛。美國(guó)認(rèn)為其太空力量已難以保持絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如：美認(rèn)為其現(xiàn)有導(dǎo)彈預(yù)警、跟蹤衛(wèi)星對(duì)高超聲速助推滑翔武器難以形成有效跟蹤能力，無(wú)法對(duì)高超聲速武器實(shí)現(xiàn)有效防御；其太空資產(chǎn)在戰(zhàn)時(shí)容易受到攻擊而失效，甚至面臨擊毀的危險(xiǎn)；俄羅斯等國(guó)研究GPS拒止環(huán)境下新興作戰(zhàn)裝備和作戰(zhàn)樣式將抵消美國(guó)在太空的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其帶來(lái)了巨大威脅。因此，美國(guó)迫切需要調(diào)整其太空發(fā)展戰(zhàn)略、政策和力量，發(fā)展一種新的太空體系架構(gòu)，保持其在太空領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位，以滿足未來(lái)大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略需求。

二、國(guó)防太空架構(gòu)發(fā)展解析

為保持美國(guó)在太空領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，贏得未來(lái)大國(guó)太空競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展靈活、彈性、敏捷的軍用衛(wèi)星星座已成為其必然的戰(zhàn)略選擇。2018年3月23日，特朗普政府發(fā)布新版《國(guó)家太空戰(zhàn)略》，在該戰(zhàn)略中強(qiáng)調(diào)的一個(gè)關(guān)鍵詞即是“彈性”，強(qiáng)調(diào)要增強(qiáng)太空架構(gòu)的彈性、防御能力以及在遭受打擊后的重建能力。在《關(guān)于國(guó)防部國(guó)家安全太空部門組織和管理結(jié)構(gòu)的最終報(bào)告》中，國(guó)防部提出未來(lái)太空力量發(fā)展愿景及必須具備的八大能力，即：對(duì)先進(jìn)導(dǎo)彈目標(biāo)的持續(xù)全球監(jiān)視；針對(duì)先進(jìn)導(dǎo)彈威脅的預(yù)警、跟蹤、指示；GPS拒止環(huán)境下的定位、導(dǎo)航、授時(shí)（PNT）能力；全球近實(shí)時(shí)空間態(tài)勢(shì)感知；發(fā)展太空威懾能力；快速響應(yīng)、彈性的通用地面基礎(chǔ)支持設(shè)施；跨域、網(wǎng)絡(luò)化、與節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)的指揮控制和通信能力（BMC3），包括核指揮、控制與通信（NC3）；基于人工智能的大規(guī)模、低延遲、持久全球監(jiān)控能力。2019年7月1日，為滿足新的戰(zhàn)略需求和目標(biāo)，美國(guó)防部太空發(fā)展局發(fā)布該局自正式成立以來(lái)的第一份信息征詢書(shū)“下一代太空體系架構(gòu)”，試圖基于微小衛(wèi)星技術(shù)、快速發(fā)射技術(shù)和人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)下一代靈活、彈性、敏捷的軍用衛(wèi)星星座——國(guó)防太空架構(gòu)，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)太空領(lǐng)域的威脅和挑戰(zhàn)。

國(guó)防太空架構(gòu)是一種靈活、彈性、敏捷的系統(tǒng)架構(gòu)，由數(shù)百顆衛(wèi)星組成，將整合整個(gè)國(guó)防部及航天工業(yè)的下一代太空能力。該架構(gòu)由包括太空傳輸層、跟蹤層、監(jiān)視層、感知層、導(dǎo)航層、作戰(zhàn)管理層、支援層在內(nèi)的7個(gè)功能層組合而成。其中，太空傳輸層是基于DARPA“黑杰克”項(xiàng)目開(kāi)展的，它是一種可以隨時(shí)擴(kuò)展或補(bǔ)充的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，可以提供7×24小時(shí)的全球數(shù)據(jù)和通信服務(wù)；跟蹤層可實(shí)現(xiàn)對(duì)先進(jìn)導(dǎo)彈威脅及其他攻擊載體（包括高超聲速滑翔飛行器）的探測(cè)、預(yù)警、跟蹤、瞄準(zhǔn)和指示；監(jiān)視層可對(duì)已識(shí)別時(shí)敏目標(biāo)進(jìn)行全天候、全時(shí)段的持續(xù)監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)手導(dǎo)彈系統(tǒng)、指揮控制節(jié)點(diǎn)、雷達(dá)站等關(guān)鍵資產(chǎn)進(jìn)行發(fā)射前攻擊；感知層將提供近地軌道和地月空間的態(tài)勢(shì)感知能力；導(dǎo)航層將開(kāi)發(fā)替代性GPS方案，彌補(bǔ)現(xiàn)有GPS能力，提供GPS拒止環(huán)境下備選的定位、導(dǎo)航、授時(shí)（PNT）能力；作戰(zhàn)管理層將通過(guò)基于人工智能的指揮、控制和通信網(wǎng)絡(luò)，提供分布式作戰(zhàn)管理和通信（BMC3）能力，包括自主任務(wù)規(guī)劃，對(duì)采集數(shù)據(jù)的自主優(yōu)先級(jí)排序，星載數(shù)據(jù)處理、分發(fā)，向戰(zhàn)術(shù)用戶提供太空傳感器數(shù)據(jù)等；支援層提供大規(guī)模的地面指揮控制設(shè)施和用戶終端及快速響應(yīng)的發(fā)射服務(wù)。

根據(jù)美國(guó)太空發(fā)展局提交的預(yù)算草案，國(guó)防太空架構(gòu)2021-2025財(cái)年的預(yù)算主要分為兩大部分。一部分為5.82億美元的基線預(yù)算，用于國(guó)防太空架構(gòu)路線圖開(kāi)發(fā)、將國(guó)防部現(xiàn)有太空項(xiàng)目融入國(guó)防太空架構(gòu)以及傳輸層傳感器的研究和樣機(jī)開(kāi)發(fā)；另一部分106億美元的預(yù)算將用于“衛(wèi)星層”建設(shè)，用來(lái)研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與測(cè)試大型軍用衛(wèi)星星座。其中，太空傳輸層5年預(yù)算為36億美元，2022年開(kāi)始部署20顆衛(wèi)星，2025年衛(wèi)星數(shù)量將超過(guò)250顆，將為地面、海上與空中平臺(tái)提供衛(wèi)星通信能力；跟蹤層5年預(yù)算為18億美元，將采用類似導(dǎo)彈防御局“高超聲速與彈道跟蹤太空傳感器”（HBTSS）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以檢測(cè)并跟蹤高超聲速威脅，同時(shí)還將增加跟蹤彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的能力，增強(qiáng)美空軍下一代“過(guò)頂持續(xù)紅外”導(dǎo)彈預(yù)警星座的能力；監(jiān)視層5年預(yù)算為2.32億美元，太空發(fā)展局將部署超過(guò)200顆衛(wèi)星與傳感器，對(duì)關(guān)鍵時(shí)敏目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤；感知層5年預(yù)算為4.51億美元，2023年開(kāi)始部署6顆衛(wèi)星，到2025年增至30多顆衛(wèi)星，將提供近地軌道以遠(yuǎn)直至地月空間的態(tài)勢(shì)感知能力；導(dǎo)航層5年預(yù)算為5600萬(wàn)美元，用于開(kāi)發(fā)替代性GPS方案，彌補(bǔ)現(xiàn)有GPS能力，該層可能使用傳輸層的通信信號(hào)；作戰(zhàn)管理層5年預(yù)算為5600萬(wàn)美元，主要用于軟件開(kāi)發(fā)與升級(jí)；支援層5年預(yù)算為14億美元，將用于資助約40次發(fā)射任務(wù)以及地面設(shè)施與地面終端的建設(shè)。

三、國(guó)防太空架構(gòu)對(duì)我國(guó)航天領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的啟示

從國(guó)防太空架構(gòu)的預(yù)算內(nèi)容，我們不難看出：國(guó)防太空架構(gòu)致力于打造一種面向美國(guó)未來(lái)太空能力和需求的全新多層架構(gòu)，以謀求有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前潛在威脅及贏得未來(lái)大國(guó)太空競(jìng)爭(zhēng)。該架構(gòu)一改以往發(fā)展大型衛(wèi)星星座的傳統(tǒng)太空發(fā)展思路，呈現(xiàn)出許多鮮明的特征及衛(wèi)星星座發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)航天領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了諸多啟示。

一是大規(guī)模采用分布式、可擴(kuò)展的小型衛(wèi)星，突出強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)彈性。近年來(lái)，隨著各國(guó)網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)和反衛(wèi)星能力的發(fā)展，美軍傳統(tǒng)太空資產(chǎn)的脆弱性日益突出，普通軍用衛(wèi)星的反攻擊能力較差，一旦遭受打擊或破壞，需要數(shù)年才能更新，防護(hù)衛(wèi)星系統(tǒng)的成本高昂。大規(guī)模采用分布式、可擴(kuò)展的小型衛(wèi)星星座，加強(qiáng)太空資產(chǎn)及衛(wèi)星系統(tǒng)的彈性，已成為美軍未來(lái)部署太空資產(chǎn)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。這對(duì)我國(guó)部署太空系統(tǒng)也具有很好的借鑒意義。

二是充分利用商業(yè)航天公司的力量和資源，注重軍民融合。國(guó)防太空機(jī)構(gòu)，從一開(kāi)始就將商業(yè)航天公司引入到了開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，不論是在美國(guó)政府聯(lián)邦商機(jī)網(wǎng)發(fā)布信息征詢書(shū)，還是“工業(yè)日”活動(dòng)，隨處都可以看到商業(yè)航天公司的身影。太空發(fā)展局充分利用私營(yíng)企業(yè)的投資及相關(guān)成熟配套技術(shù)，采用靈活、螺旋式發(fā)展的模式，大大降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及運(yùn)維成本和效率。對(duì)于我國(guó)航天領(lǐng)域而言，也應(yīng)加大軍民融合力度，將商業(yè)航天企業(yè)做到能融則融，逐漸發(fā)展形成公私相互配合、相得益彰的航天領(lǐng)域發(fā)展格局。

三是積極構(gòu)建全方位、多層次的太空架構(gòu)，不斷加強(qiáng)太空態(tài)勢(shì)感知能力。國(guó)防太空架構(gòu)是一個(gè)全方位、多層次的太空架構(gòu)，它基于人工智能、無(wú)人自主等多項(xiàng)前沿技術(shù)，具備全面完整的偵察監(jiān)視、預(yù)警跟蹤、近實(shí)時(shí)通信、導(dǎo)航、指揮控制，甚至威懾能力，建成后將大幅提升美國(guó)的太空態(tài)勢(shì)感知能力。近年來(lái)，隨著高超聲速武器的飛速發(fā)展和部署應(yīng)用，傳統(tǒng)太空態(tài)勢(shì)感知能力已捉襟見(jiàn)肘。因此，我國(guó)應(yīng)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，將增強(qiáng)太空態(tài)勢(shì)感知能力作為未來(lái)的優(yōu)先發(fā)展方向，積極發(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載火箭、導(dǎo)航衛(wèi)星、光學(xué)成像、軍事通信衛(wèi)星等太空態(tài)勢(shì)感知能力關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)雷達(dá)、光電望遠(yuǎn)鏡和無(wú)線電偵測(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)發(fā)展，提高衛(wèi)星平臺(tái)的柔性化，增強(qiáng)衛(wèi)星的防護(hù)能力，逐步形成全天候、全覆蓋的態(tài)勢(shì)感知能力體系，不斷增強(qiáng)我國(guó)太空態(tài)勢(shì)感知能力。