美“扩散型作战人员太空架构”传输层作战运用场景构设与思考

刘强 鲁静 李鲡瑶

2023 年10 月30 日，太空发展局（SDA）授予诺格公司（NG）7.32 亿美元合同，用于设计和建造38颗传输层2 期卫星。按照前期太空发展局负责人德里克·图尼尔（Derek Tournear）理念，传输层是“扩散型作战人员太空架构”（PWSA）其他各大能力层信息流转枢纽，是整个架构实现互联互通的基石，更是联合全域指挥控制愿景实现的关键驱动要素。本文通过对美近年来官方发布的信息征询书、授予的合同文件等内容进行深入挖掘，厘清其构建背景、发展现状、应用与特点，并构设其在联合全域指挥控制中可能运用的场景，对挖掘商业低轨卫星融入军事应用场景具有十分重要的意义。

1 概述

当前，美大多数卫星通信系统是由冷战时期的传统需求和设计所驱动的，几乎未考虑像联合全域指挥控制这样广泛的概念所需的体系架构。美国防部（DoD）意识到，现有信息传输能力既难以应对日益增长的新兴威胁，也无法满足信息时代联合全域作战所需要的速度、规模和范围。美认为，需要重新审视太空新兴威胁，立足未来大国高端战争，大力推进以扩散型作战人员太空架构为代表的低轨卫星星座建设，以提高太空体系弹性。

扩散型作战人员太空架构项目背景

2018 年8 月，美国防部发布《关于国防部国家安全太空部门组织和管理结构最终报告》，提出“五大举措”：一是将太空技术发展纳入《国防战略》中概述的现代化优先事项；二是建立太空发展局，发展下一代空间架构；三是建立美国天军（USSF）；四是建立低成本、高效的天军服务和支持机构；五是建立新的太空司令部，改进和发展太空作战。与此同时，美国防部还配套提出“八项太空领域优先需求”（图1）：一是对先进导弹目标的持续全球监视；二是针对先进导弹威胁的预警、跟踪、指示；三是全球定位系统（GPS）拒止环境下的定位、导航与授时（PNT）能力；四是全球近实时空间态势感知；五是发展太空威慑能力；六是快速响应、弹性的通用地面基础支持设施；七是跨域、网络化及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）；八是基于人工智能的大规模、低延迟、持久全球监控能力。

图1 八项太空领域优先需求

为进一步督促上述系列举措落地，2019 年3月12 日，美专门成立太空发展局；2019 年7 月，太空发展局发布信息征询，提出集传输层、跟踪层、导航层、威慑层、作战管理层、监管层、支持层为一体的新一代“国防太空架构”；2023 年1 月23 日，为更好凸显太空架构“向联合作战人员提供所需的天基能力”这一职能使命，太空发展局将原新一代“国防太空架构”正式更名为“扩散型作战人员太空架构”（图2），以强调基于微小卫星技术、快速发射技术和人工智能技术，代替现有的少量、大型、高价值卫星，进而提高天基系统的弹性、抗毁能力。

图2 扩散型作战人员太空架构

传输层建设发展现状

根据太空发展局发布的信息，传输层由300～500颗低轨卫星组成，旨在为全球范围的各类作战平台提供可靠、弹性、低时延的军事数据和通信连接，实现天地之间、不同功能层卫星之间及同一功能层不同卫星之间的互联互通，如图3 所示。太空发展局以2 年为周期，采用螺旋上升的方式推进建设进程，截至2023 年12 月，传输层0 期已发射8 颗卫星，传输层1 期两家公司已完成关键设计审查，传输层2 期已发布信息征询书，并授出部分卫星生产合同。

图3 传输层示意图

传输层0 期由20 颗卫星构成，分布在轨道高度1000km、倾角80°～100°的两个极地轨道平面，每个平面部署7 颗A 组卫星和3 颗B 组卫星，A 组卫星搭载4 条星间链路，B 组卫星搭载2 条星间链路。20 颗卫星生产合同分别授予给洛马公司（LM）和约克空间系统公司（York Space Systems），每家公司生产10 颗卫星。2023 年4 月，约克空间系统公司成功发射8 颗传输层0 期卫星，并成功建立通信链路。

传输层1 期由126 颗卫星构成，分布在6 个轨道平面上，每个平面21 颗卫星，轨道高度为1000km，轨道倾角为81°。2022 年2 月，太空发展局宣布，分别授予洛马、诺格公司和约克空间系统公司传输层1 期生产合同。按照合同内容，每家公司需交付42 颗卫星。2023 年4 月，诺格公司宣布完成关键设计审查，2023 年8 月，洛马公司宣布完成关键设计审查（约克空间系统公司尚未公开卫星生产进度）。按照计划，第一个轨道平面21 颗卫星发射时间不晚于2024 年9 月30 日，然后每隔一个月发射一个轨道平面卫星。

传输层2 期由72 颗卫星构成，分布在6 个轨道平面，每个平面12 颗卫星，每颗卫星配备3 个光通信终端、1 个Ka 频段有效载荷、1 个数据路由有效载荷、1 个导航有效载荷、1 个S 频段备份控制系统。2023 年5 月发布了100 颗“阿尔法”（Alpha）卫星信息征询书，每颗卫星配备3 个光通信终端、1 个Ka 频段有效载荷、1 个16 号数据链（Link-16）有效载荷。2023 年8 月，太空发展局将“贝塔”（Beta）卫星生产合同分别授予洛马公司和诺格公司。根据合同内容，每家公司需交付36 颗卫星，并于2026 年完成发射。

传输层的应用与特点

传输层可利用激光链路、Ka 数据链路与地面上用户进行高带宽、低延迟的通信，能兼容现有战术16 数据链路，以及情报部门使用的综合广播系统（IBS），实现信息的互联互通传输，并搭载指挥、控制与通信模块。传输层具有全时可用、全域赋能、全球作战3 大特点：一是全时可用。传输层突破传统通信卫星只能在指定时间和地点，利用无缝接力来大幅拓展视距范围，提供7×24 小时的持久通信能力。二是全域赋能。传输层协同高中低轨其他卫星，共同构成太空网状网，向各作战域提供通信中继网络，跨域连通陆、海、空、网络空间与电磁频谱作战体系，消除了杀伤链中间隙。三是全球作战。传输层利用太空域的全球覆盖能力，以抗毁、顽存、弹性、分布式的网络架构助力美实现全球兵力机动、全球监视、全球预警、全球通信、全球交战与评估。

2 作战运用场景构设

美基于联合全域指挥控制概念构建全域作战网络，提供陆、海、空、天、网、电各作战域战场态势，允许任一军种的作战人员在任何时间、任何地点访问、传输信息。传输层与各大功能层紧密耦合，协同高、中、低轨其他星座，构建了一个抗毁顽存、灵活敏捷、路径多样的太空网状网络，提供跨域态势感知、全域全维信息融合、智能辅助决策、跨军种指挥控制能力。

作战运用模式分析

传输层以杀伤链闭合为目的，以向各军种提供杀伤链方案为目标，对杀伤链“发现-定位-跟踪-瞄准-交战-评估”全链条一体化赋能，打通联合全域作战联通“壁垒”，提升杀伤链闭合成功率，其作战运用模式大致可描述为：①发现、定位。监管层卫星无缝过顶对重点区域持续不间断监视；数据经星上处理后通过卫星通信链路传至指挥控制系统，结合多域传感器数据，经判读处理，生成并持续更新通用作战图，快速发现导弹发射车、水面舰艇群、空中机群等重点目标，获取目标位置、速度等信息，通过传输层与全域作战单元共享，实现战区情报一体化获取、处理、分发，将太空能力推送到战术边缘。②跟踪。跟踪层对目标进行接力式跟踪，持续更新目标信息。根据不同目标特性，调配陆、海、空、天基传感器或引导火控系统，瞄准目标，生成高精度目指信息。③瞄准。指控系统融合处理多域传感器信息，实现对目指信息的全面掌控，确认打击目标，形成作战指令。④交战。传输层快速传输目指信息和全域指控系统生成的作战指令，连通作战单元，实现传感器到射手的链接，引导陆、海、空等全域打击力量高效协同，形成对时敏目标的杀伤链实时闭合、全域毁伤能力。⑤评估。利用持续获取天基情报、监视与侦察（ISR）数据，对比打击前后变化，判断毁伤效果，评估作战效能，规划后续行动，实现杀伤链的快速闭合与重置。

作战运用场景构设

场景一：对抗环境下的自组网通信。传输层卫星利用星间光学链路，自动构建“无线自组织网络”，通过不断执行邻域自我发现、自我加入和自我修复操作，即便网络的一部分由于故障或对抗性攻击而降级或无法运行，传输层网络能够使用剩余的网络元素检测中断、恢复和自我修复，具备强对抗环境下的弹性抗毁通信能力。

场景二：跨星座情报信息分发。在地球一端获取的侦情信息可能受限于视距范围与地面站地理位置，无法直传地球另一面的战术末端。传输层通过配备Ka 频段链路、16 号数据链、综合广播系统、指挥控制与通信模块，能够将战术末端作战单元进行耦合。例如：地球同步轨道捕获的信息可分发至传输层，传输层既可利用综合广播系统将信息发送至区域指控和情报中心，也可以通过激光通信链路进行星间接力，将信息传输至所需的战术用户（航母、飞机、作战人员）。这种跨星座之间的协同配合，可以实现跨域态势感知、全域信息融合。

场景三：全球范围内的实时天基测控。传输层卫星由于其强大的光学星间链路通信中继能力，任何1 颗卫星均可实时与另外任意轨道的卫星进行光速通信，能在天基测控领域发挥重大作用，助力美军实现“一处测控、全球响应”的星座在轨管理模式。

场景四：拒止环境下的GPS 导航备份。传输层通过光学星间链路可确保每颗卫星实时知晓自己的精确位置和时间信息，再将位置和时间信息编码到各种数据信号中进行传输，可助力美军构建起独立于GPS的备份导航网络。

场景五：增强超高声速武器的拦截能力。美军将高超声速导弹、洲际弹道导弹等先进武器视为重大威胁。跟踪层对先进导弹跟踪识别后，可利用传输层将威胁信息近实时传输给一体化防空和导弹防御网络，提供实时信息支撑，提高对运载火箭、导弹的防御作战能力。

3 几点思考

（1）传输层是驱动联合全域指挥控制愿景实现的关键要素，旨在提供一种新的能力

目前，美国各军种都有自己的方式来整合联合全域指挥控制，本质上联合全域指挥控制只是确保它们都有相同的网络基础设施来相互交换信息。太空发展局负责人德里克·图尼尔表示，传输层就像是骨干，是实现一切互相联系互相通信的基础，主要解决集成问题，即将多个军种工作整合到一个具有凝聚力的体系中。按照太空发展局计划，美国防部及各军种所有的指挥和控制（C2）系统都将链接到传输层，以实现联合全域指挥控制，包括：空军的“先进战斗管理系统”（ABMS），该系统研发可互联包括卫星在内的不同传感器的联网技术；陆军的可扩展的远征情报地面站（TITAN），其目的是将来自多个军事战术情报、监视与侦察卫星的数据融合到战场指挥官的通用作战图像；海军的“海军综合火控-防空”（NIFC-CA）系统，可将机载传感器平台与水面舰艇相连接（如：E-2D 预警机、F-35C 战斗机），发现敌机或导弹后，可将数据传输到“宙斯盾舰”（Aegis Combat Ship），并由舰艇发射防空导弹进行攻击。

（2）传输层与高轨星座协同配合，助力广域、泛在通联

美高轨通信卫星包括以宽带卫星通信系统（WGS）、窄带卫星通信系统（MUOS）、受保护卫星通信系统（Milstar）为代表的38 颗军事通信卫星。这些卫星部署在地球同步轨道,具有“以天瞰地”的高位优势，理论上3 颗即能实现全球覆盖,但对于单颗卫星，在具体某一时刻受限于地面站地理位置分布与视距范围，仅能实现区域范围内可见。传输层作为星座最底层，先天具有低时延特性，通过配备Ka 数据链路、16 号数据链、综合广播系统等通联技术，能够将高、中轨星座与战术末端紧密耦合，实现“一点触发，直达末端”高效通联模式，发挥广域、泛在通联最后“一公里”。需要说明的是，按照美军观念，传输层等低轨星座与高轨通信卫星并非完全取代关系，考虑到目前低轨星座采用的均为小卫星，单星容量与抗干扰能力仍相对较弱，尤其在复杂的电磁冲突中，仍需依赖高轨卫星作为保底通信手段。

（3）传输层与其他低轨星座冗余备份，提供多路径、弹性信息通联手段

通过商业方面成熟、新兴的太空技术和新颖的系统架构，快速弥补现有军事通信卫星在带宽、敏捷、弹性等方面的不足，扩展、分散、多样化其卫星通信路径选择，已成为国防部卫星通信向弹性抗毁转型升级的重要举措。这些既包括以“星链”（Starlink）为商业性质代表的军事应用开发，也涵盖以太空发展局为代表的军用性质传输层搭建。从星座布局看，两者均是基于商业技术部署的大规模低轨星座，采用全新的大规模多层系统体系设计理念，采取大规模和分布式提升应对现实威胁的弹性，以及应对新兴威胁的快速演进更新能力。这与美国天军前期在《美国天军卫星通信愿景》提出的“作战型”卫星通信弹性、抗毁等概念是一脉相承的，可视为其初步探索实践。尽管在军商性质上有所差异，但本质上均提供了多路径、弹性的信息通联手段。一旦爆发类似俄乌冲突等事件，可互为备份，即便其中一个系统全部瘫痪，另一个系统也可为作战人员持续提供通信保障，确保对抗条件下的信息通信不间断。