【智庫聲音】美國商用低軌衛星的軍事借鑑

來源：學術plus

引 言

空間領域目前正在發生重大變化，進入空間的成本突然大幅下降，以及越來越小、越來越便宜的衛星不斷出現，這些小衛星可以幾十顆同時發射，部署在低地球軌道，建立一個比傳統衛星功能更強大的全球星座。這些商用低軌衛星正在瞄準突破傳統的空間工業模式，實現向全球用戶提供新業務和開闢新市場。這些變化推動著空間領域不斷革新，未來將對軍事作戰的性質產生重大影響。

美國商用低軌衛星的發展正處在全球最活躍的狀態，從2010年左右開始，美國以銥星、鴿群、鷹眼360等為代表的新一代低軌小衛星星座建設計劃成功掀起了小衛星系統研究和發展浪潮，成為了當前空間領域最受關注的熱點。相較於軍事衛星，商用低軌衛星不僅成本低廉，而且能更快地實現在軌能力，並可以在更多的衛星上分配威懾和彈性能力，進而增加了敵方潛在目標的數量和種類。另外，新技術還可以通過低軌衛星的更新迭代，不斷被納入空間系統。研究並分析美國商用低軌衛星可供軍方借鑑的關鍵技術和發展趨勢，並結合商用低軌衛星的發展動向總結值得軍方借鑑的經驗教訓，也能同時為我國不斷增長的空間軍事應用需求提供借鑑方法。

1． 美國商用低軌衛星的發展現狀及其軍事應用

與上一輪90年代的商用低軌衛星熱潮相比，本輪星座建設的最大特點就是成本的大幅度下降。上一輪星座的投資都在數十億美元乃至上百億美元級別（三十年前計價方式），而本輪星座的投資只有數億美元（當前計價方式）。同時，新的商用低軌衛星雖然小巧，但功能強大、技術先進，能彌補美軍目前在軍事衛星能力方面的缺口，實現更快、更精確、更全面的戰術通信、作戰偵察和射頻監測能力，因此吸引了美軍的多項投資和研究[1]。

1.1 發展現狀

1.1.1 通信

在所有的商用低軌衛星應用領域中，美國低軌通信衛星星座的發展最為活躍，這些衛星尤以網際網路星座最多，例如Starlink和OneWeb星座。它們吸引了來自商業、軍方、政府的各項融資，目前有些已經發射升空，有些正在逐步開展系統建設，並且在衛星複製化生產、及時部署、應用等方面顛覆了傳統的行業格局，這對美國軍方來說不僅是一個可選方案，更是其對未來作戰樣式和技術發展的探路者。

1）新一代低軌通信衛星系統傳輸性能已接近於地面通信網絡。目前，美國新興低軌衛星星座大都以提供全球覆蓋為目標，其包含的衛星數量從一百多顆到幾千上萬顆不等，並且單顆衛星的性能也大幅提升，大量引入高性能的星上任務載荷、星上數據存儲和處理能力、精確指向和姿態控制以及高速下行鏈路等先進技術，使得新興低軌衛星星座的傳輸性能大幅提升，可提供接近於地面通信網絡的性能。新興低軌通信星座大都能夠實現50 ms以內的時延，與地面光纖網絡相當，相較於傳統的同步軌道衛星的傳輸時延一般為500 ms左右[2]。

2）未來的高容量和挑戰。通過在星座中增加更多的衛星，可以很容易地以邊際成本增加容量，從而增加每個用戶的吞吐量。但如今隨著越來越多新的參與者正競相推出新的星座項目，在全球範圍內，所有低軌上的衛星提供的總容量將超過150 Tbps。因此，現在面臨的主要問題是市場上是否有足夠的位置來容納所有衛星[3]。

3）數據服務成為核心業務：上個世紀90年代的銥星和全球星等星座都主要提供話音通信服務，而數據服務只有少量，因為其服務成本相比地面移動通信運營商來說過高，因此它們只能選擇地面移動通信覆蓋範圍之外的市場，因此用戶數量不足，接連面臨破產的命運。如今，新興商用低軌衛星星座都將業務轉向了數據服務，例如SpaceX公司宣稱的應用服務主要有兩類：遠程網際網路交換和家庭連接，而OneWeb也瞄準了家庭和建築物連接需求 [2]。

4）Ka頻段是低軌星座項目的首選頻段。頻段是提高吞吐量的關鍵，但可用性有限，隨著視頻消費、雲訪問等新的數據密集型應用的發展，持有有限數量的頻段不再是一種選擇。因為不是所有的頻段都具有相同的特性，因此頻段對運營商來說具有不同的價值，同時頻段的寬度也很重要。高的頻段更難利用，但是有更多的帶寬可供使用。C頻段和Ku頻段已使用多年，資源緊張；V頻段由於頻段較高，技術實現困難；而Ka頻段的使用，儘管增長迅速，卻是最近才開始。總的來說，Ka頻段是低軌星座項目的首選頻段，但將來很難接入[3]。

1.1.2 遙感

遙感世界就像衛星通信世界一樣，正在被顛覆。未來5年內，對地觀測低軌衛星星座將佔市場的50%以上[7]。

目前，立方體衛星平臺在遙感領域廣受歡迎，其近年來的發射數量面臨極大增長，這主要得益於行星公司、斯派爾等遙感運營商的強勢表現。其次，合成孔徑雷達衛星也逐漸發展，高解析度的卡佩拉空間公司正在加緊布局合成孔徑雷達衛星星座。然後，低軌衛星遙感運營商更加重視產品交付速度，以滿足用戶不斷發展的需求。行星公司通過優化星上軟體，採用雷射通信技術等方式對用戶需求做出更快速反應。美國黑空公司推出黑空星座以實現對重要設施的高頻重訪[8]。

另外，衛星圖像的數量在過去五年中顯著增加，如果說過去進入空間是真正的挑戰，而獲得空間能力的可能性是關鍵的有利因素，那麼現在情況已經改變，挑戰將是獲取、存儲、管理、處理和提供可靠和及時信息的能力。利用人工智慧（AI），雲計算和物聯網（IoT）的多源數據分析現在具有巨大的潛力，將顛覆傳統衛星業務模式，推動數字轉型並創造巨大的長期價值。

還有，衛星遙感服務進一步多元化，圖像服務不再是唯一服務。2018年，斯派爾公司、地理光學公司和GHGsat公司發布的公告，都提到了開展無線電掩星、溫室氣體監測、紅外線業務，試圖通過新的方法滿足客戶需求。北方天空公司報告預測，到2027年非圖像數據的收入機會將增長到近2.55億美元，複合年增長率為45.7%，高於圖像數據增長速度。

最後，數據資源合作與共享將不斷推進。空客防務與空間公司和行星公司、軌道洞察公司、行星觀察者公司合作，加強遙感數據共享，共同開發衛星數據的應用價值。E-Geos公司推出了一個基於雲的實時海事監控平臺與軌道洞察公司和Ursa公司分享數據[8]。

1.1.3 無線電頻譜監測

目前，用於無線電頻譜監測的地面系統越來越不能滿足精確確定目標位置的需求，因此美國提出了一種在全球範圍內更有效地監測無線電頻譜的方法，即部署衛星。這種衛星能夠持續監測世界各地的頻率使用情況，並且還能夠識別世界各地沒有使用或利用不足的頻譜。第一個尋求在全球範圍內提供頻譜使用的全面和近實時監控的商用衛星系統是鷹眼360小衛星星座，該衛星系統利用在全球範圍內採集特定的無線電上行發射信號，能實現高精度無線電測繪和上行射頻信號定位。

2018年12月，鷹眼360公司發射了首批三顆衛星組成的星座編隊，第二批三顆衛星目前已完成環境測試。2019年12月10日，美國聯邦通信委員會向鷹眼360公司頒發許可證，批准其額外再發射並運行15顆低軌道衛星用於繪製射頻地圖，此外該許可證還允許鷹眼360公司在15年內發射多達80顆衛星。至今為止，鷹眼360公司已經籌集超過1億美元的資金[9]。

1.2 軍事應用

在一個以信息為主導的未來，軍事單位必須能夠快速集結，同時擁有擊敗局部敵軍並迅速鞏固效能的作戰能力。商用低軌星座分布式、模塊化、低成本的主要技術特點較好契合了美國作為軍事大國對空間作戰能力的新需求，從技術上、平臺上均具備軍事應用的潛力，值得關注。2017年，美空軍航天司令部制定「空間作戰架構」（SWC），其中特別強調軍民商夥伴關係的重要作用，這意味著軍民商融合是美國未來空間力量體系的重要基礎之一。

具體來說，美國將通過合理使用商用低軌衛星，或者採用其先進技術建設一個更加富有彈性和靈活性的空間體系架構，以期繼續維持其作戰優勢，並加速推進商用低軌衛星資源在軍事領域的融合和應用。

1.2.1 通信

美軍在借鑑商用低軌通信衛星技術方面一直比較積極。2019年，美國新成立的空間發展局(Space Development Agency，SDA)正式提出發展以低軌星座為基礎的下一代空間體系，計劃在2022年之前完成傳輸層的星座部署和運營，即在低軌部署軍用通信衛星網絡，通過星間光學交叉鏈路將陸海空天多域節點連接起來，提供近實時和基礎的數據傳輸服務。SDA構想的傳輸層將由上百餘顆小衛星組成，據稱會利用黑傑克項目以及商用低軌網際網路衛星星座的研究成果。建成後的傳輸層將有能力在全球任意兩點之間提供超低延時的數據通信服務，支持美軍作戰管理，指控和通信能力將進一步提升。黑傑克項目是美國國防高級研究計劃局於2018年發起的項目，旨在利用最新的商用低軌衛星技術構建起一個小型、安全、低成本、短周期的低軌軍事衛星通信星座，其能力與目前在地球同步軌道運行的軍事通信衛星類似[4]。通俗來講，該項目的基本套路是要將具有軍用特色的有效載荷裝到商用衛星平臺上。

除了借鑑商用低軌衛星的各項技術和系統研發軍事項目以外，美軍還直接利用各個商用低軌衛星星座來增強其軍事能力。例如下一代銥星星座，可以說銥星已充分融入美軍作戰[5]，2018年，美國防部成為了銥星公司最大的收入來源，將在5年時間內為該公司提供價值4億美元的融資。與此同時，美軍將能獲取銥星的使用權，並且還完全掌握了銥星星座部署在夏威夷關口站的運行和控制權。

此外，美軍還先後啟動了「銥星增強衛星移動服務」（EMSS）、「分布式戰術通信系統」（DTCS）等多個項目，積極開發銥星終端設備。還有多條線索指示，至少22顆下一代銥星搭載了天基殺傷評估（SKA）載荷，從而構成了一個天基殺傷評估系統。

另外，SpaceX公司的4萬顆Starlink衛星星座近期也是大家關注的熱點，並且也成為美國空軍的目標。美國空軍已經向SpaceX公司授予了一項名為「商業空間網際網路國防實驗」(DEUCSI)的合同，旨在探索利用商用低軌通信衛星星座，為美空軍在空間構建全球範圍高彈性、高可用性、高帶寬、低延時的通信設施，支持空軍的各項作戰行動。美國軍方希望作為這些新興通信業務的前期採用者，在衛星星座開始發射前期，就可以和商業衛星公司籤約進行測試，而不用等到這些星座具有全網通信能力才啟動合作[6]。如此一來，美軍就能從這些新興發展項目中得到更多信息，處於有利的位置，並做出明智的決定。

1.2.2 遙感

對於軍方來說，商用低軌衛星對地觀測系統的一個優點是，它們不受國家主權權利的影響，因而能獲得目標領域的信息，而不會面對各國對衛星進行任何幹預。此外，軍事戰略規劃尤其依賴於在尚未部署軍隊的情況下收集的信息，現在行星公司的鴿群衛星幾乎能夠提供覆蓋全球的近實時信息，這將極大增強美國軍方的戰術能力。過去，偵察衛星圖像僅允許人們看到非連續地區的圖像，而行星公司連續的衛星圖像可以讓軍方監視並且了解全球活動，並快速獲取所有圖像。軍方還可以瀏覽從2009年至今的所有數據，並且每天監視核心區域。行星公司和美國國家地理空間情報局（NGA）籤訂了很多次合同，可以看出NGA及其支援的部隊（美國國防部及情報機構）對該公司產品價值的認可。

另外一個美軍方利用商用低軌衛星星座的案例是美國黑空公司的商用遙感衛星，該衛星星座和美國軍方的鷹眼衛星均由美國空間飛行工業公司完成設計，可以發現，兩種衛星的平臺性能、有效載荷能力均高度相似。黑空公司採用低成本、衛星小型化、快速技術更新以及多軌道運行的理念，完全和美軍彈性和分散化的軍事航天要求一致。

未來，天空中的眼睛只會越來越清晰。如果任何國家試圖隱藏戰略設施或設備，他們只有轉移到地下，這樣才能避免遙感小衛星的監控。

1.2.3 無線電頻譜監測

2019年12月11日，美國國家偵察局（NRO）宣布授予美國射頻信號監測與定位公司鷹眼360一份商業射頻遙感的數據集成研究合同。通過該合同，鷹眼360將研究集成公司的商用射頻功能和產品到NRO的地理空間情報體系架構中。鷹眼360的客戶包括政府、公司和國防機構，他們認為這種新系統能提供目標的射頻地理位置信息和使用數據(或濫用數據)的情況，而這些是地面探測方法無法提供的，或者提供的數據精度不夠高。鷹眼360的主要應用將集中在通信、廣播、運輸和數據分析市場，以及協助政府監管。該衛星的質量只有15 kg，具有非常細微和複雜的設計，能在18個月的時間表內設計、建造、飛行合格並投放市場[9]，其用於美國軍方可以說是無疑的事實，甚至一些報導直接將這種衛星稱為「空間情報偵察衛星」。

2． 美國商用低軌衛星領域可供軍方借鑑的關鍵技術

目前，商用低軌衛星領域開發的產品為美國及其盟國的軍隊和政府提供了許多關鍵能力，且特定軍事開發技術和商用技術之間的界限越來越模糊。雖然許多功能源自軍方的要求，但它們是在商用基礎上開發的。商用空間領域的關鍵技術，尤其是當今的低軌衛星採用的新技術，能為美國軍方提供發展的思路。

2.1 自動化技術

隨著小衛星星座規模的擴大，其飛行任務控制必須實現一定程度的自動化，並最大限度地減少人機互動。

第一代銥星星座開始正常運轉後，衛星網絡管理中心的操作員每天需完成大量星座維護工作，且大部分工作都是重複和機械的。為了改善這種情況，銥星地面指揮控制系統通過多方面的自動化，不僅大大減少了操作員的錯誤，而且可以讓操作員集中精力完成系統的主要任務。另外，在二代星的更新過程中，一代星和二代星組成的混合星座要運行2年之久，面臨的挑戰是需要完成一個一代星和二代星的綜合任務規劃系統，推動兩代衛星和地面站的自動化。為了實現二代星外部自動化指揮過程的執行，銥星公司廣泛使用了InControl的程序平臺CORBA API。自動化系統的實現以及其他流水線式操作使操作團隊將工作重點從操控衛星星座轉移到網絡運行[10-11]。

行星公司旗下的天空衛星也是實現自動化的一個成功案例，其「熄燈操作」概念要求解決異常分類所需的工作量日益增加的問題，因而建立了自動異常反應系統，最後在空間資產增加了五倍的情況下，將每人每周操作衛星所需的時間減少了三倍，所開發的系統使公司不再需要在一個專門的操作中心配備全天候工作人員[12]。自動化不是一蹴而就的，自天空1號衛星發射以來，飛行任務小組逐步開發了各種系統和程序，為不斷增加的衛星進行例行維護。如果自動化是預先設計到系統中的，那麼星座運行的節奏和風險評估將是僵硬的，就無法對衛星不斷變化的需求做出反應，因此「迭代」對於行星公司來說是一個非常重要的概念。

2.2 軟體定義無線電（SDR）

隨著大量商用低軌衛星發射升空，地面站的部署變得極為重要。為了應對新形勢下多顆衛星同時測控通信的需求，地面站必須滿足一些技術要求，其中用到的關鍵技術就是SDR。另外，為及時更新或改變空間相關任務程序，星上SDR載荷也剛好契合了這一需求。

為滿足大量小衛星的測控通信需求，首先地面站必須能在任何給定時間內處理多個衛星信號。如今很多小衛星都佔用業餘無線電頻段，加上小衛星領域使用各種不同的調製技術、數據速率和協議，因此，地面站需要將多種通信標準集成到一個單一的平臺上。另外，現在的頻段越來越擁擠，因此需要對頻段進行更有效的利用。普遍認為，可以採用通用的可編程硬體來解決這一問題，這種SDR在有噪聲或有爭議的頻譜中也很穩健，並且能最大限度地利用先驗信息以最小化初始捕獲和檢測帶寬[13]。

其次，需要可部署的移動地面站網絡，以增加接入時間，如歐空局的全球衛星操作教育網(GENSO)系統和衛星網絡開放地面站(SatNOGS)。基於SDR硬體的地面站適用於全球分布式系統，這樣即使更新包含與新波形通信的軟體，也能在不同的遠程地面站之間共享，而不需要硬體升級[13]。

最後，SDR的發展為小衛星提供了改進空間任務開發和操作空間通信網絡收發機的新方式。一旦SDR部署到空間，就能通過軟體改變無線電的工作特點，這樣不僅能適應新的科學機會，並保證了有效載荷或通信系統異常恢復的靈活性。此外，通過SDR建造通用的空間平臺以滿足具體飛行任務的要求，還能降低開發成本和風險。

2.3 雲計算

當今新一輪的小衛星熱潮產生了多種類的巨大數據集，為了從這些數據集中及時獲取信息，遙感領域需要配備一個更好、更強大的計算和存儲平臺。雲計算平臺能以最低的使用付費成本提供所需的計算能力，因此是一個很好的選擇。作為全球雲服務的領先企業，美國亞馬遜網服務（AWS）一直在為遙感衛星運營商和衛星數據供應商提供雲計算服務。

首先，在測控方面，如何完成大量小衛星的測控一直是空間領域的難題，Kratos公司利用AWS雲計算完成了1 000顆衛星測控仿真[14]；

其次，在數據處理方面，如何完成海量數據的處理和分析目前也是一個研究熱點，根據文獻資料顯示，利用AWS雲服務和現有的美國國家海洋和大氣局（NOAA）產品完成衛星數據處理的經驗，可以用於小衛星大數據處理，提供一種靈活、可擴展和低成本的能力[15]；

最後，如果AWS只是提供雲服務，企業還是面臨數據接收和遷移的問題，這樣不僅耗費成本並且整個數據獲取流程緩慢，AWS通過建立地面站服務，以及與洛馬公司合作，解決了這個問題，並且將其用於軍方。

如果美國國防部和矽谷或者其他計算研究中心建立更加緊密的合作，形成例如國防創新單元實驗類似的機構，這種多平臺網絡將使美軍作戰更具備彈性，讓敵方不容易襲擊地面系統至其癱瘓。

2.4 帶有電子跟蹤功能的平板天線

地球同步軌道衛星的主要優點是用戶天線不需要實際跟蹤衛星在天空中的移動，而低軌軌道衛星通常在5 min～10 min內穿越天空，因此需要具有快速跟蹤能力的地面終端。在這種情況下，採用電子跟蹤而不是傳統機械跟蹤衛星的方法，地面站的可靠性將會大大提高。目前，小衛星星座通信組網能力的部署涉及的一個關鍵技術就是具有電子跟蹤功能的新型地面系統，現在這種地面天線主要做成平板樣式，其既可用於衛星應用終端，也可用於地面測控站。

這種帶有電子跟蹤功能的平板天線的第一個優點是能實現在新的或通常受限制的地方，如飛機，較小的輪船和遊艇，以及在農村和偏遠地區，快速安裝地面設備，這對於大型衛星星座服務而言尤其重要。另一個優點是移動部件極少甚至沒有。如果配備多個協同的平板天線，可以實現近半球或全半球覆蓋，沒有任何移動部件。最後，通中動（COTM）也是平板天線技術的一個有利因素。與移動的飛機、艦船或車輛連續通信的需求推動了對適應環境而不是受限於環境的技術投資。

決定平板天線需求的最重要因素是外形，平板天線小巧、緊湊、便攜，所需功率小，提供的數據量卻極大。目前新湧現的技術還能實現高頻譜效率，用於低軌和地球中軌道（MEO）衛星操控時可以從一個波束移到另一個波束，也可同時跟蹤2顆衛星。另外，軟體無線電和輻射方向圖重構的發展可以實現用一個終端與多顆具有多個頻段和多個軌道的衛星通信。

新技術的出現推動新型平板天線快速投入市場以滿足這些需求。隨著大規模小衛星通信星座的加快研製和部署，各天線供應商也在加緊研製新型平板天線，以儘快佔領地面市場。其中，Kymeta公司的平板天線因為使用meta材料，最受關注，如圖1所示。Phasor公司開發了能夠電子跟蹤LEO衛星信號的天線模塊化設計，該公司正在開發一種扁平天線，該天線將提高靈敏度性能，並可適應飛機側面，用於飛機與低軌衛星之間的移動通信[1]，如圖2所示。

圖1帶電子跟蹤的Kymeta平板天線[1]

圖2 相量模塊化扁平天線，可成形為符合飛機側面[1]

目前，這些平板天線（或共形天線）的成本相對於傳統的填充天線而言比較昂貴，但大規模生產的規模經濟正在迅速降低這些成本。SpaceX已經向美國聯邦通信委員會提交了一份請願書，要求獲得100萬個寬帶用戶終端收發器的類型許可，以配合其Starlink衛星星座，這樣大規模的平板用戶天線部署將顯著降低成本。

3． 商用低軌衛星的發展趨勢

3.1 通信頻段向Ka和光通信轉變

隨著數據高速傳輸以及對S頻段和X頻段通信需求的增加，S和X頻段的可用頻譜越來越擁擠，已不能滿足小衛星任務的通信需求，因此，小衛星星地通信將考慮應用Ka頻段和光通信技術。目前NASA已計劃將26 GHz的Ka頻段用於未來小衛星任務中。對於美國軍方來說，已有文獻顯示，美國空軍資金支持過休斯網絡系統公司研究Ka頻段商用通信衛星架構在軍方的應用。該文獻介紹了四種Ka點波束衛星設計方案，這些方案採用了成熟的轉發器技術，以實現低風險和低成本[16]。

雷射通信技術對於小衛星是很有吸引力的，因為其終端設備體積小，數據速率高，安全且成本更低，同時可滿足小衛星運行尺寸、重量和功率受限的需求。目前很多星座在星間鏈路中都採用了雷射通信技術，但是星地通信在很長一段時間內由於各種原因並未大規模使用，不過各種星地鏈路的試驗衛星越來越多了。目前，星地光通信仍然面臨視距阻擋的難題，但地面站分集技術有望解決這個問題。未來的地面站網將不可避免地使用雷射通信技術。

另一種成熟度還比較低的技術是非對稱雷射通信。鏈路一端的雷射硬體位於地面（不需要星上信號載波），另一端的調製後向反射器（MRR）位於星上。MRR調製雷射波束（用衛星數據對其進行編碼），然後將其反射回地球。美國海軍空間與海上作戰系統指揮部（SPAWAR）正在開發這種技術，使用基於微機電系統（MEMS）的MRR，而NASA埃姆斯研究中心也在研發相似的能力，使用調製量子阱（MQW）設備作為MRR[17]。

由於光通信的諸多優點，預計未來10~15年，衛星到地面光通信將得到較大發展。當前商用雷射通信系統並沒有作為專門的網絡來支持軍方鏈路，但是值得注意的是，射頻通信對於民用和軍用分配了不同的頻段，而光波沒有進行任何類型的分配，因而對於雷射服務來說，將軍用和商用通信服務相結合不會有任何頻譜分配的限制。

3.2 面向未來的量子計算

商用衛星軍事化應用需要面對的一個重要挑戰就是網絡安全問題，商業衛星運營商需要通過多種方式來抵禦網絡攻擊。因此，未來的軍事和國防相關衛星系統，無論是專用的軍事網絡還是用於戰略目的的商業系統，都需要加密並防止各種形式的網絡攻擊。

在空間的真空中，幾乎沒有原子幹擾量子信號。美國國防部在2012年至2017年間對量子計算、人工智慧、大數據的投資從56億美元增加到74億美元，可以看出美國也在嘗試用量子技術保護其軍事衛星通信。洛馬公司曾提到，不便於具體討論美國的量子通信研究，但首要任務仍然是整個工業在防護技術方面獲得進步[18]。目前，為軍事通信預見的最大挑戰，是以合理的價格交付能夠處理來自敵人的多種威脅的系統，要解決這個問題，就需要結合美國的商用低軌衛星系統，研究其普通衛星部件和新技術在網絡安全方面的設計方案。

3.3 大數據和人工智慧尚有發展空間

如今大量遙感小衛星獲取的大數據給及時、全面的數據分析帶來了巨大挑戰，解決該問題的兩個重要辦法是機器處理和人工智慧算法，即數據「自動」分析或更高級的人工智慧來進行「推理」分析。

從歷史上看，在安全防禦環境中，信息是通過主觀分析方法得到的，主要基於經驗和分析人員的技能，這些分析人員可以直觀地解釋圖像。當分析需要覆蓋大範圍、執行定量調查、實施複雜監測以及需要快速突出特徵的時候，分析過程的（半）自動化可促進解釋過程。雖然應用魯棒算法/模型將能頻譜信息轉化成「有用的」信息，但是卻需要精確參數化信息，這種方法需要學習大量的知識、進行重複測試和環境建設，以確定物理聯繫。而在國防安全領域，上述有些需求無法滿足，因此需要使用替代算法來促進分析過程。對頻譜信息和信息相關現象的待評估關係進行統計分析，能減少或者轉換數據維數，增加計算效能（例如圖像分類）。多時相數據合併和變化檢測計算能力能更好地支持（半）自動監測不同時間間隔的地表變化，這也簡化了對日益增加的圖像數據的處理[19]。

如果上述分析都無法確定不同可用信息之間的關係，可以使用人工智慧方法，其正逐漸顯示出更徹底和更完整地分析數據的潛力。近年來，隨著數據量和計算能力呈指數級增長，神經網絡計算在衛星圖像中的應用也越來越多，可自動發現遙感圖像中的相關背景特徵。然而，其從遙感數據中精確識別和提取物體面臨的主要問題仍然是進行算法培訓的時間和成本，特別是在安全防禦領域。

從社交媒體收集的附帶信息在支持圖像分析方面也有一定價值，使用起來也越來越複雜。人工智慧在這方面能提高識別啟發性證據的速度和準確性，允許分析師擴大能力，創建新的分析產品等等。由於人工智慧，可靠的信息收集工作取得了明顯的進展；然而，它仍然處於一個新的階段，需要不斷地調整和修改，以建立和維持一個知識資料庫，並需要專家解釋過程來處理不確定性和不完整的信息提取。因此的未來相關發展仍有足夠的空間。

3.4 利用新型商用中繼衛星星座提供快速數據分發

鷹眼360系統能向各國政府、商業利益、國防單位提供近乎實時的可操作數據，這種監測結果的快速傳遞是通過利用新的商用數據中繼星座來實現的。這種方法的優勢在於，不必籤訂著陸許可協議，能更快地為客戶提供分析數據。鷹眼360已經考慮的一個選擇是利用Audacy公司的數據中繼衛星網絡，以便即時下載獲得的頻率使用數據[9]。該網絡旨在及時下載數據，並且發送到位於全球位置的地面站。

越來越多的衛星運營商都需要避免一個問題，即只能在衛星經過合適位置的地面站時才能下載數據。鷹眼360星座已經確定，如果其數據能夠以儘可能接近實時的方式提供給其商業客戶，那麼因此而獲得的增值能力將使其更有效地銷售其射頻地理位置數據。如果這種射頻地理定位小衛星服務在商業上獲得成功，很可能會有其他衛星系統尋求提供能力相似的競爭性商業服務，包括射頻使用的即時下載服務。未來，美國軍方用戶不僅可以利用這個思路發展自己的衛星系統，還可以使用更多的相關服務來增加軍事能力。

4． 值得軍方借鑑的商用低軌衛星發展經驗教訓

歷史再次重演，提供高速網際網路服務的LeoSat公司因缺乏投資而停止運作，著名的衛星網際網路公司OneWeb申請破產保護，揭示了發展商用低軌網際網路星座面臨的諸多風險。為此，美國軍方必須認真總結髮展商用低軌網際網路星座的經驗教訓，制定一項適合軍事衛星的發展戰略。本章主要分析通信和遙感商用低軌衛星的經驗教訓。

4.1 通信

在成本問題上，雖然Oneweb公司通過批量生產可以降低衛星的成本，但其使用的火箭發射成本仍然很高，而且發射進度不斷拖延。

第二是頻譜資源佔領與落地權難度大的問題。衛星頻譜資源是全球的稀缺資源，也是一個國家太空基礎設施建設的基礎，現在的通信低軌衛星公司都競相向FCC申請佔領可用的頻譜資源，以獲得優先權，但這和落地權問題一樣，非常難協調。

第三是低軌空間環境的考驗問題。低軌通信衛星對衛星抗輻射能力提出了很高的要求。此外，衛星還存在與微流星和軌道碎片碰撞的風險，而且，衛星數量眾多，退役後一旦成為新的太空垃圾，將會對後續衛星的部署產生很大影響。

第四是衛星地面終端平板天線技術目前還不成熟。Starlink用戶終端採用機械調向平板天線以降低成本，但其價格和性能是否適應消費者寬帶市場仍有待觀察。

第五是低軌衛星傳輸時延遠低於同步軌道衛星，但是目前大部分寬帶應用對時延並不敏感。LEO星座的時延在30 ms左右，與地面網絡接近，遠低於GEO衛星的480 ms。但是目前視頻通話、視頻點播、網頁瀏覽等大部分寬帶應用對傳輸時延並不敏感。

4.2 遙感

首先，商用低軌遙感衛星雖然數量眾多，能產生大量高效有用的數據集，但因為數據公開，因而對於軍方來說雖然能獲得可用的數據，但是這些數據敵方國家同樣也能獲取，不具備非對稱性。因此軍方應在使用商用低軌衛星數據的時候關注保密性和安全的問題，與商業公司籤訂保密協議，或者聯合使用軍事和商用衛星等；其次，遙感低軌衛星現在面臨的巨大問題是大數據處理，行星公司所擁有的衛星群每天可拍攝140萬幅圖像，總覆蓋面積達3億平方公裡。

隨著組網工作的完成，行星公司如今面臨的主要挑戰是把大批圖像轉化成數據產品。因此，把數據變成有用的觀點和見解是當前的研究熱點，這就需要使用機器學習技術對圖像進行自動化分析，但目前這種技術的水平還不夠智能，仍然非常依賴人的參與和專家的分析，因此軍方需要著力突破這方面的技術難題。另外，小衛星因為平臺空間受限，用於照相的載荷也受到限制，因此解析度相較中高軌衛星來說較低，對於軍方來說，想要獲取一些高清情報可能無法滿足需求。

結 語

現如今美國商用低軌衛星正處在發展的高點，各類創新理念、新技術、新思想層出不窮。美國軍方抓住了這個發展的契機，利用商用低軌衛星星座完成更及時、更高效、更低成本的軍事服務，並著力學習其先進技術，有力地彌補了軍事各方面能力的缺口。我國目前還在進行各類低軌衛星的部署，研究並分析美國商用低軌衛星的軍事潛力，能為我國商用低軌衛星的軍事化應用以及軍事衛星的未來發展提供新的思路。