美“国防太空体系架构”传输层与跟踪层预计2024年具备初始能力

美太空发展局(SDA)局长德里克·图尼尔于2月11日表示,太空发展局计划在2021年夏天发布需求书,生产150颗传输层与跟踪层卫星以提供作战通信和导弹跟踪能力。这些卫星将于2024年9月发射,是太空发展局七层“国防太空体系架构”的第一批卫星。在此之前,太空发展局将于2023年发射“国防太空体系架构”第0批卫星(30颗),包括20颗为提供数据通信的传输层卫星,以及10颗跟踪层卫星用于导弹预警与跟踪,以进行相关能力的演示。

1. “国防太空体系架构”总体目标

“国防太空体系架构”的总体目标是实现对地面与海面时间敏感目标的超视距瞄准,以及对高超声速和先进导弹威胁的预警和跟踪。也就是说,将作为美军现有卫星网络的备份卫星网络,通过在低地球轨道(最高2000千米)部署数百颗小型卫星以提供以下能力:军事卫星通信;定位、导航和授时(PNT);进行导弹预警和跟踪;对地面/海面目标进行成像。

相比之下,目前的美军星座由大型、价格昂贵、位于地球同步轨道(约36000千米)的卫星组成,被美参联会副主席约翰·海顿将军形容为“大、胖、多汁的目标”。

2. 传输层卫星将作为美军骨干通信网络

根据国防部前部长马克·埃斯珀2020年5月发布的命令,由300到500颗卫星组成的传输层星座将作为“骨干”通信网络,最终美军及国防部所有的指挥和控制(C2)系统都将链接到该网络,以实现联合全域指挥和控制(JADC2)。包括:空军的“先进战斗管理系统”(ABMS),该系统不研发新的卫星,而是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TITAN移动地面站,其目的是将来自多个ISR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、并由舰艇发射防空导弹进行攻击。

图尼尔称,通过激光链路互联的传输层卫星可直接与地面上的最终用户进行高带宽、低延迟的通信,并兼容美军现有战术数据链路如LINK-16数据链以及情报部门使用的“综合广播系统”(IBS),“不需要用户购买新通信系统,传输层卫星可实现所有通信系统的互联”。一旦传输层第1批卫星启动并开始工作后,可提供:低延迟的数据连接、直接向武器提供数据、并将数据分发给战区。太空发展局已经授予洛克希德·马丁公司和约克航天系统公司的合同,每个公司为传输层的第0阶段各制造10颗数据中继卫星,合同价值分别为1.875亿美元、9400万美元。

3. 跟踪层卫星可探测高超声速导弹

跟踪层卫星是“国防太空体系架构”中的三个传感器星座之一,其他还包括用于探测和跟踪地面目标的监管层,以及进行包括地月空间在内的太空域态势感知的威慑层。

第1批中的导弹预警/跟踪卫星将提供:高超声速助推滑翔武器和其他先进导弹威胁的探测信息;目标瞄准数据;并直接与指挥控制交战管理与通信(C2BMC)系统进行通信。太空发展局于2020年10月授予SpaceX公司(1.49亿美元)和L3哈里斯公司(1.94亿美元)合同,分别为传输层第0阶段制造四颗卫星。导弹防御局于2021年1月授予L3哈里斯公司(1.21亿美元)和诺斯罗普·格鲁曼公司(1.55亿美元)的合同,为传输层卫星研发“高超声速与弹道导弹天基传感器”,这些卫星也有望在2023年进入轨道。

4. 将与国家侦察局合作发展监管层卫星

关于监控地面目标的监管层,太空发展局并不打算研发新的卫星,只是希望将现有的卫星(包括商业成像卫星和由国家侦察局运营的间谍卫星)链接到该机构的传输层卫星,实现对时间敏感目标的探测与跟踪,为作战人员提供近实时的地面目标跟踪和目标瞄准信息。

太空发展局和国家侦察局(NRO)正在讨论如何将图像从间谍卫星更快地转移到作战人员,将制定“共同路线图实现间谍卫星与运输层卫星的集成”。一种选择是开发星间光学链路,将NRO间谍卫星直接与SDA的数据传输层星座进行连接;另一种则是“弯路”解决方案,将NRO图像下行到地面控制中心,将其与商业卫星的图像进行集成,然后将合并的数据上传到SDA的传输层,然后再下行到用户。

5. 太空发展局近期工作重点是能力演示

太空发展局2021年和2022年的工作将集中在第0阶段卫星的能力演示上,主要包括传输层、跟踪层以及部分地面系统。具体包括:

●“红外载荷样机”(PIRPL)。与导弹防御局合作,由诺斯罗普·格鲁曼公司负责,旨在开发中视场、用于“下一代过顶持续红外”(OPIR)的多光谱成像仪,以证明其可行性。

●Mandrake II。与DARPA和空军研究实验室(AFRL)共同建造了两颗实验卫星,以展示两颗卫星之间的光学链路、与地面系统的光学链路以及与机载系统的光学链路。由Astro Digital和Photonics制造的两颗Mandrake II卫星是DARPA“黑杰克”计划的一部分。本来应在1月发射,由于卫星被损坏,已被推迟到今年6月发射。

●“激光互联和网络通信系统”(LINCS)。通用动力公司正在开发两颗光学互联演示卫星。

●XVI。空军研究实验室和Viasat公司共同开发的实验卫星,以演示与地面Link-16数据链的互联。

此外,太空发展局还与DARPA在“黑杰克”计划上紧密合作。DARPA计划从2021年开始发射18颗演示卫星,并一直持续到2022/2023年。

目前,太空发展局最感兴趣的是得到商业公司的帮助,以开发星上自主和实时处理能力,“太空发展局需要进行大量的算法开发工作,以确保可自动进行提示和排队,以及处理和融合数据”。

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