美国国防太空架构未来5年发展分析及启示

◎中国航天系统科学与工程研究院 孙璞

2019年10月7日，据美国航天新闻网报道，美国太空发展局（Space Development Agency，SDA）计划于2021-2025财年投资110亿美元，用以部署军用卫星星座——国防太空架构（National Defense Space Architecture，NDSA）。该卫星星座共七层，由数百颗可承载多种有效载荷的小型卫星组成，采用灵活、弹性、敏捷的系统架构，旨在保持美国在太空领域的优势，抢占未来大国太空竞争制高点。

一、背景分析

太空已成为美国赢得未来大国竞争胜利的关键领域。特朗普上台以来，将国家战略重心转向大国竞争，而保持美国在太空领域的绝对优势，对赢得未来大国竞争的胜利至关重要。为此，美国在太空领域频频加码。2017年6月30日，特朗普签署行政命令重启国家太空委员会。2018年3月23日，美国政府发布新版《国家太空战略》，提出“维持美国在太空领域强大竞争力”的战略目标。2018年8月9日，美国国防部向副总统彭斯提交了《关于国防部国家安全航天构成的组织和管理结构的最终报告》，报告提出要组建美国太空军，并将太空司令部、太空军作战部队、太空发展局、太空军管理和保障部作为支撑太空军运行的4个重要职能部门。2019年3月12日，美国代理国防部长沙纳汉签发《成立太空发展局》备忘录，五角大楼正式设立太空发展局，太空发展局旨在制定及运用创新性解决方案，刺激国防部太空能力创新、引入私营机构推进新兴技术应用，预先应对未来可能出现的威胁。2019年8月29日，特朗普在白宫宣布成立美国太空司令部，太空司令部的成立进一步凸显太空作为美国“战争疆域”的重要地位，加快美国天基作战资源整合。2019年12月20日，《2020年国防授权法案》的签署，标志着美国太空军的正式成立。美国不断推进太空领域军事化，强化太空威慑与作战能力，以维持其在太空领域的领导地位。

2019年12月20日，《2020年国防授权法案》的签署标志着美国太空军的正式成立。

美国认为其传统太空力量难以满足大国竞争的需要。近年来，俄罗斯、中国、印度等大国在太空领域发展迅猛。美国认为其太空力量已难以保持绝对优势，如：美认为其现有导弹预警、跟踪卫星对高超声速助推滑翔武器难以形成有效跟踪能力，无法对高超声速武器实现有效防御；其太空资产在战时容易受到攻击而失效，甚至面临击毁的危险；俄罗斯等国研究GPS拒止环境下新兴作战装备和作战样式将抵消美国在太空的优势，对其带来了巨大威胁。因此，美国迫切需要调整其太空发展战略、政策和力量，发展一种新的太空体系架构，保持其在太空领域的优势地位，以满足未来大国竞争的战略需求。

二、国防太空架构发展解析

为保持美国在太空领域的绝对优势，赢得未来大国太空竞争，发展灵活、弹性、敏捷的军用卫星星座已成为其必然的战略选择。2018年3月23日，特朗普政府发布新版《国家太空战略》，在该战略中强调的一个关键词即是“弹性”，强调要增强太空架构的弹性、防御能力以及在遭受打击后的重建能力。在《关于国防部国家安全太空部门组织和管理结构的最终报告》中，国防部提出未来太空力量发展愿景及必须具备的八大能力，即：对先进导弹目标的持续全球监视；针对先进导弹威胁的预警、跟踪、指示；GPS拒止环境下的定位、导航、授时（PNT）能力；全球近实时空间态势感知；发展太空威慑能力；快速响应、弹性的通用地面基础支持设施；跨域、网络化、与节点无关的指挥控制和通信能力（BMC3），包括核指挥、控制与通信（NC3）；基于人工智能的大规模、低延迟、持久全球监控能力。2019年7月1日，为满足新的战略需求和目标，美国防部太空发展局发布该局自正式成立以来的第一份信息征询书“下一代太空体系架构”，试图基于微小卫星技术、快速发射技术和人工智能技术，开发下一代灵活、弹性、敏捷的军用卫星星座——国防太空架构，以应对当前和未来太空领域的威胁和挑战。

国防太空架构是一种灵活、弹性、敏捷的系统架构，由数百颗卫星组成，将整合整个国防部及航天工业的下一代太空能力。该架构由包括太空传输层、跟踪层、监视层、感知层、导航层、作战管理层、支援层在内的7个功能层组合而成。其中，太空传输层是基于DARPA“黑杰克”项目开展的，它是一种可以随时扩展或补充的网状网络，可以提供7×24小时的全球数据和通信服务；跟踪层可实现对先进导弹威胁及其他攻击载体（包括高超声速滑翔飞行器）的探测、预警、跟踪、瞄准和指示；监视层可对已识别时敏目标进行全天候、全时段的持续监视，可实现对对手导弹系统、指挥控制节点、雷达站等关键资产进行发射前攻击；感知层将提供近地轨道和地月空间的态势感知能力；导航层将开发替代性GPS方案，弥补现有GPS能力，提供GPS拒止环境下备选的定位、导航、授时（PNT）能力；作战管理层将通过基于人工智能的指挥、控制和通信网络，提供分布式作战管理和通信（BMC3）能力，包括自主任务规划，对采集数据的自主优先级排序，星载数据处理、分发，向战术用户提供太空传感器数据等；支援层提供大规模的地面指挥控制设施和用户终端及快速响应的发射服务。

根据美国太空发展局提交的预算草案，国防太空架构2021-2025财年的预算主要分为两大部分。一部分为5.82亿美元的基线预算，用于国防太空架构路线图开发、将国防部现有太空项目融入国防太空架构以及传输层传感器的研究和样机开发；另一部分106亿美元的预算将用于“卫星层”建设，用来研究、设计、开发与测试大型军用卫星星座。其中，太空传输层5年预算为36亿美元，2022年开始部署20颗卫星，2025年卫星数量将超过250颗，将为地面、海上与空中平台提供卫星通信能力；跟踪层5年预算为18亿美元，将采用类似导弹防御局“高超声速与弹道跟踪太空传感器”（HBTSS）系统的设计，以检测并跟踪高超声速威胁，同时还将增加跟踪弹道导弹战斗部的能力，增强美空军下一代“过顶持续红外”导弹预警星座的能力；监视层5年预算为2.32亿美元，太空发展局将部署超过200颗卫星与传感器，对关键时敏目标进行实时跟踪；感知层5年预算为4.51亿美元，2023年开始部署6颗卫星，到2025年增至30多颗卫星，将提供近地轨道以远直至地月空间的态势感知能力；导航层5年预算为5600万美元，用于开发替代性GPS方案，弥补现有GPS能力，该层可能使用传输层的通信信号；作战管理层5年预算为5600万美元，主要用于软件开发与升级；支援层5年预算为14亿美元，将用于资助约40次发射任务以及地面设施与地面终端的建设。

三、国防太空架构对我国航天领域未来发展的启示

从国防太空架构的预算内容，我们不难看出：国防太空架构致力于打造一种面向美国未来太空能力和需求的全新多层架构，以谋求有效应对当前潜在威胁及赢得未来大国太空竞争。该架构一改以往发展大型卫星星座的传统太空发展思路，呈现出许多鲜明的特征及卫星星座发展趋势，为我国航天领域未来发展带来了诸多启示。

一是大规模采用分布式、可扩展的小型卫星，突出强调系统弹性。近年来，随着各国网络作战和反卫星能力的发展，美军传统太空资产的脆弱性日益突出，普通军用卫星的反攻击能力较差，一旦遭受打击或破坏，需要数年才能更新，防护卫星系统的成本高昂。大规模采用分布式、可扩展的小型卫星星座，加强太空资产及卫星系统的弹性，已成为美军未来部署太空资产的重要发展趋势之一。这对我国部署太空系统也具有很好的借鉴意义。

二是充分利用商业航天公司的力量和资源，注重军民融合。国防太空机构，从一开始就将商业航天公司引入到了开发进程中，不论是在美国政府联邦商机网发布信息征询书，还是“工业日”活动，随处都可以看到商业航天公司的身影。太空发展局充分利用私营企业的投资及相关成熟配套技术，采用灵活、螺旋式发展的模式，大大降低了系统开发及运维成本和效率。对于我国航天领域而言，也应加大军民融合力度，将商业航天企业做到能融则融，逐渐发展形成公私相互配合、相得益彰的航天领域发展格局。

三是积极构建全方位、多层次的太空架构，不断加强太空态势感知能力。国防太空架构是一个全方位、多层次的太空架构，它基于人工智能、无人自主等多项前沿技术，具备全面完整的侦察监视、预警跟踪、近实时通信、导航、指挥控制，甚至威慑能力，建成后将大幅提升美国的太空态势感知能力。近年来，随着高超声速武器的飞速发展和部署应用，传统太空态势感知能力已捉襟见肘。因此，我国应借鉴国外经验，将增强太空态势感知能力作为未来的优先发展方向，积极发展可重复使用运载火箭、导航卫星、光学成像、军事通信卫星等太空态势感知能力关键技术，推动雷达、光电望远镜和无线电侦测系统等系统发展，提高卫星平台的柔性化，增强卫星的防护能力，逐步形成全天候、全覆盖的态势感知能力体系，不断增强我国太空态势感知能力。