新一代导弹预警卫星订单马斯克拿走一半

文/ 迟惑

▲ 美国打算用预警卫星监视高超声速武器

马斯克的另外一个军火订单是新一代导弹预警卫星。严格来说，马斯克拿到了这个订单的一半——8颗卫星中的4颗。

观测层的导弹预警卫星

美军不会让马斯克赢家通吃。毕竟，老牌军火巨头们在军政高层有着深厚的影响力和强大的游说集团。因此，美军采用了一种具有美国特色的模式：一份合同给老军火商，一份合同给新兴军火商。这个老军火商就是著名的L3哈里斯公司，新军火商当然就是马斯克的太空探索技术公司。

10月5日，L3哈里斯公司和太空探索技术公司获得了为美国国防部航天发展局研制新一代弹道导弹预警卫星的合同。如此，参与导弹预警卫星研制的美国总体承包商达到了4个之多。这样大干快上的局面，在军事航天发展史上是很罕见的。请注意，这份合同的发出者不是传统上的责任单位导弹防御局或者空军航天与导弹中心，而是成立不久的国防部航天发展局，这个局的局长就是曾经担任美国宇航局局长的格里芬。而航天发展局的任务也不是开发传统意义上的卫星和火箭，而是努力寻求颠覆、开发出和此前完全不同的东西，或者特别便宜，或者特别好用，或者两者兼有之。目前的重点，是让卫星系统的价格能降低一个数量级。

▲ 洛·马公司制造的卫星上搭载了宽视场过顶红外凝视相机

航天发展局在声明中说，L3哈里斯公司获得了1.936亿美元的合同，太空探索技术公司获得了1.492亿美元的合同，来设计、开发和发射卫星。这些卫星将部署在低轨道上，使用宽视场过顶红外凝视相机（OPIR）来观察和跟踪导弹发射，构成一个称为近地轨道“跟踪层”的星座，预计到2023年发射完。

这意味着两家企业都只能用低价来制造预警卫星。具体到马斯克，单星成本只有3000多万美元。这么便宜的预警卫星能用吗？

宽视场过顶红外凝视相机

天基红外敏感器的研制难度比较大，即使马斯克也很难在两三年之内搞出一个能用的型号来。因此，比较大的可能性还是使用现有的红外敏感器。那么这种敏感器是什么呢？任务书中已经明确指出，它的名字叫做“宽视场过顶红外凝视相机”。这并不是特性描述，而是专指一种特定的红外相机型号，和如今用于“天基红外系统”的型号并不相同。

美军认为，虽然自己已经是几十年的天基红外用户了，使用着天基红外系统和其他设备，但信息还是不够用。在更早的2007年，美国国防部就启动了一个叫做“替代红外卫星系统”（AIRSS）的新计划，打算在天基红外系统高轨道部分退役后取而代之，并在上述工作的基础上，研制了这种叫做宽视场红外凝视相机的设备。整个项目叫做“商业搭载红外有效载荷”（CHIRP）。

宽视场红外凝视相机的主要特点是采用大型红外凝视阵列，这种相机有一个3000×3000单元的焦平面阵列，视场角可以在4～14度变化。单纯依靠光学系统本身就能覆盖星下的大片地球表面，不需要用机械设备把镜头摇来摇去。它的具体内容包括：不再采用光路元件，如反射镜组件；不再采用移动镜头的机械结构；取消用来控制机械结构的地面任务软件；采用商业现货来构成低成本相机。

▲ 美国试图研制具有导弹预警能力的小卫星来降低系统成本

为了进一步降低成本，CHIRP项目没有安排单独的发射任务，而是考虑搭载某一颗商业通信卫星来进入地球静止轨道。商业卫星制造和发射批量大，因此整个任务成本比较低。但是把高度机密的导弹预警卫星搭载到其他国家制造的通信卫星上，只能通过美国制造商。众所周知，美国有三大一小共4个通信卫星制造商。其中轨道科学公司（如今已经被诺格公司收购）就是那个“小”制造商。其时，这家公司正好接到了欧洲SES公司的合同，研制一颗叫做SES-2的中型静止轨道通信卫星。SES-2的研制和发射档期正好符合CHIRP项目的进度，因为美国空军需要为搭载服务给SES公司付钱，所以这家卫星业主也非常乐意，几方一拍即合。

2011年9月，SES-2带着宽视场红外凝视相机升空，运行了1年多的时间。美国国防部事后总结说，CHIRP计划比传统的单独装星飞行模式少花费4亿美元，部署速度快了3到10年。美军对这次搭载活动给予了高度评价。

显然，这样的红外相机主要研制目的，就是尽量降低成本。这种选择是有时代背景的。奥巴马上台后，航天与导弹中心的预算被砍掉了4.87亿美元，以前那种大手大脚的导弹预警卫星研制模式已经无以为继了。但是宽视场红外凝视相机的研制费用却不低，从项目启动到发射，用掉了大约4亿美元。实际飞行证明，这4亿美元并没有白花，宽视场红外凝视相机的首次飞行取得了很大成功。

因此，从某种意义上说，马斯克是个后来者。他沿用了自己在“猎鹰9号”和龙飞船上的成功模式，也就是充分利用前人已经取得的科研成果，优化管理模式、降低成本、提高产能，后发制人。

▲ SES-2卫星

▲ 观察层卫星工作示意图

划算不划算

按照马斯克的说法，“星链”卫星的单价不过百万美元，那么1.492亿美元和400万美元之间的差价，就可以认为是“卫星集成测试+红外相机+观察层与传输层通信载荷”所需要的费用。至于卫星本身的发射成本，平摊到“星链”当中之后，是非常低的。按照太空探索技术公司的说法，如果重复使用火箭第一级和整流罩，“猎鹰9”单次飞行成本可以降低到2800万美元，按照一次发射60颗卫星计算，每颗卫星的发射费用只有不到47万美元。这笔钱用来买汽车，足够换一辆豪华跑车了，但是对发射卫星来说，简直和不要钱没什么区别。

按照航天与导弹中心公布的数字，8颗观察层卫星将把观测到的图像发送给洛克希德·马丁公司、约克航天系统公司研制的通信卫星，再发送回地面。这些通信卫星被称为“传输层”，轨道高度略高于预警卫星。航天发展局所采购的这些观察层+传输层卫星属于所谓的“第0批次”。这个批次就可以形成一个全球导弹预警网络了。如果在轨运行取得成功，导弹防御局将跟进采购。

▲ 全球导弹预警网络示意图

然而做个简单的推算就会发现这件事没那么简单。宽视场红外凝视相机的视场角最大只有14度，即使从1000千米的轨道高度向下观察，只能覆盖一个直径不到250千米的区域。如果扩大视场角，就形同研制一台新相机了，时间肯定不够用。所以，这个星座应该还属于技术验证性质，为后续更大规模星座的部署铺平道路。

传统上，美国的导弹预警卫星由空军负责，如今划归太空军。也就是说，航天发展局自己搞的这个导弹预警星座，实际上是有点手伸太长的意味。因此五角大楼表示，这个低轨星座并不是替代现有“天基红外系统”的，而是对其加以补充，特别是用来跟踪高超音速导弹，为导弹防御局提供支持。

动手更早的L3哈里斯公司

拿到另外4颗卫星合同的是老牌军火商L3哈里斯公司。它是由两家前军用通信专业公司L3和哈里斯合并而成的。合并之前，这两家企业就以分包商的身份参加过一些军事卫星系统的研制。合并之后，这家新的垄断企业开始把触角更深地伸入军事航天市场。在导弹预警卫星这个市场上，L3哈里斯公司比马斯克行动早得多。

▲ L3哈里斯公司的导弹预警卫星工作示意图

负责具体卫星平台研制和总装总测的，是美国波音公司下属的子公司“千年空间系统”。2019年，这家企业就在航天和导弹系统中心的监督下，完成了宽视场红外凝视相机的空间环境模拟测试工作。

早在2020年4月，美国媒体就报道说，哈里斯公司从美国太空军获得了价值930万美元的合同，负责维护和准备一颗打算在2021年发射的卫星。

该合同的具体内容，是为广角视场导弹探测卫星提供发射前和发射后服务。星上的红外相机是L3哈里斯公司自己开发的，波音千年空间公司为之提供了卫星平台。

与这一轮合同不同的是，4月份合同涉及到的这颗卫星，是要部署在地球同步轨道上的。而且它的重量要比10月份合同涉及的卫星大得多，达到1000千克。所采用的具体平台，是千年空间系统公司的Aquila-M8，红外相机本身重200千克。★