美軍商業化LEO衛星星座項目概況及展望

2020-11-15 騰訊網

衛星與網絡

2019 02 01

裝備真的很重要

來源 |高端裝備發展研究中心（chinaequip）

作者 | 太陽穀

美國一直將國家安全空間（NSS）資產視為至關重要的作戰能力。傳統上軍事衛星被置於地球同步軌道（GEO）上，以便為地球上的任何一點提供持續的任務支持。但在競爭日益激烈的空間環境中，這些昂貴且相對落後的系統越來越成為易受攻擊的目標，一旦遭受降級或破壞需要數年才能更新。為此，美軍計劃藉助商業力量構建低地球軌道（LEO）高速網絡骨幹網，即「二十一點」項目（Blackjack）。

一、項目概況

目前DARPA正在開發人工智慧、高超聲速、新興生物、先進電子等顛覆性創新技術以應對未來戰爭中面臨的挑戰。除了高超聲速技術，DARPA在航空航天領域的另一重點項目就是與美國空軍合作研發的「二十一點」（Blackjack）項目，該項目旨在利用商業部門完成小體積、小重量、低功率、低成本（SWaP-C-Optimized）低地球軌道（LEO）衛星星座的研發。最終目標是實現軍方衛星有效載荷的高度網絡化並且兼具彈性和持久性，能夠持續在全球範圍內為軍方提供無限超視距遙感、信號和通信功能。

「二十一點」項目的目標是證明低成本分布式LEO星座在性能上並不低於現有的GEO軍用衛星，且擁有極大的成本優勢。該項目計劃在衛星平臺總線研製、星間鏈路、頻繁發射、星座管理等方面利用多方引入商業投資。以期將每顆衛星的設備製造和發射成本控制在600萬美。項目預計2021年實現LEO在軌演示，首先是為期六個月的雙星雙平面系統，隨後將雙平面系統中衛星數量填充至20顆，並在衛星上驗證搭載單個或多個有效載荷的性能。

實現整體計劃而需要完成的任務目標及挑戰

計劃驗證階段完成後將建立90顆衛星組成的全新軍用LEO星座

二、研發重點

根據2018年4月DARPA的戰術技術辦公室（TTO）發布的「二十一點」項目廣泛機構公告（BAA）招標方案，目前主要針對有效載荷和商品化總線的設計研發進行供應商招標。

衛星平臺總線的商品化

「二十一點」項目重點考慮現有或正在開發的衛星平臺總線，該平臺需要可以容納各種軍用有效載荷類型，無需為各種載荷重新設計或裝配生產線。

有效載荷模塊化

項目中有效載荷的設計與商品總線設計方式相反，供應商在設計初期要根據接口文件草案，考慮有效載荷實現模塊化，並連接到多種尺寸和類型的商品總線上的可能，其中機械、電力和網絡接口的簡易化設計是關鍵要求。

計劃實現的不同有效載荷配置

自主控制元件（Pit Boss）

為了降低各種有效載荷和總線之間的集成風險，項目將研發一個名為「Pit Boss」的由高速處理器和加密設備組成的電子元器件，以便為每個有效載荷提供通用的電氣接口、任務級自主功能、在軌邊緣計算、管理在軌節點與地面的通信、提供到總線的CMD/TLM連結、加密有效載荷數據等功能。

三、項目規劃

根據招標文件，DARPA針對該項目設置包括有效載荷（TrackA）、商業化衛星平臺（TrackB）、自主/集成、發射和運營五個維度的研發思路方案，並將該計劃分為三個階段，總預算為1.175億美元，最終以期對2~8個衛星平臺及載荷進行驗證。而PitBoss、算法開發、系統工程，以及發射、地面系統等方面的招標將另外發布單獨的BAA文件。另外，招標文件中還定義了不同商業化總線和有效載荷的具體設計參數。

截止2019年1月，DARPA已經與四家公司籤署了「二十一點」項目的合同。

其中Telesat和Airbus為商業化總線供應商，另外兩個為有效載荷供應商。根據規劃，DARPA還可以與四家公司籤訂有效載荷研製合同。到項目的最後階段將只在Telesat和Airbus中選擇一家作為衛星平臺總線的合作企業。這不僅是對企業能夠實現快速響應生產實力的判斷，更需要美軍從如何有效利用商用衛星通信資源的角度進行考慮。

五、結語

美國參議院軍事委員會在2019財年國防預算中對DARPA的「二十一點」項目新增1.1億美元，用以加速太空網絡基礎設施建設及軍事飛彈預警星座在軌驗證。美國空軍也向國會申請為「二十一點」項目增加了5000萬美元預算。這些足以證明美國軍方對加速發展低軌軍事衛星星座的重視。

鑑於歐美成熟的商業航天資源，「二十一點」項目BAA招投標進行的很流暢，有望按照規划進行。

2019年「二十一點」項目最引人關注的是自主系統工程及自主控制元件PitBoss的開發與集成。DARPA方面希望藉助人工智慧軟體對PitBoss進行開發，通過基於數據的訓練、深度學習等在檢測並識別跟蹤目標的動態，並發展星座和衛星的自主軌道操作能力。

本文轉載自「高端裝備發展研究中心（chinaequip）」，原標題《美軍商業化LEO衛星星座項目概況及展望》，作者 | 太陽穀

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