美国太空部队及其支撑技术
访问次数： 1896 次 作者： 远望智库技术预警中心 李楠 发布时间： 2021-08-18
美国太空部队是美国国防部序列里的新军种，在人类生存空间的上限作战。它的作战领域从地球表面100公里处开始，向外延伸。美国太空部队专注于卫星、运载火箭、雷达、光电传感器、通信和赛博安全。
太空部队的管辖范围覆盖卫星的军事用途，包括全球定位系统(GPS)卫星、情报卫星、高超音速导弹探测卫星、通信卫星、遥感卫星、雷达和运载火箭。除了处理物理威胁，太空部队的一个组成部分还负责太空军事系统的数字安全。
作为美国空军的一部分，太空部队在2021年要求为大约6400名军事人员和3600名文职人员提供经费支持。鉴于各个基地和人员归属要么明确落在空军或太空部队，要么介于两者之间，目前处于过渡期。具体来说，太空部队是由空军太空司令部发展而来的，该司令部自1982年成立以来就有着传奇的历史。太空司令部还在卫星、运载火箭和早期预警弹道导弹系统——特别是雷达领域开展军事活动。截至2021年，美国政府有三股力量从事明确不同的军事太空活动。太空部队是一个明显不同于美国太空司令部的组织，美国太空司令部是美国空军的一个分支，如果需要，太空部队可以为它提供支持。第三个是叫做太空开发署(SDA)的一个规模较小的组织，负责建立名为“国防太空架构”(National Defense Space Architecture)的跟踪卫星网络。它有别于国家侦察局(NRO)，后者仍然是对美国情报卫星拥有最大管辖权的机构。当然，所有这些机构都会在一定程度上进行合作和交流。太空部队仍然只负责大约一半的美国军事发射和卫星。自然，即使是太空部队的领导人也和空军有联系。太空作战部长杰伊·雷蒙德将军目前负责掌管太空部队。他是由美国前总统唐纳德·特朗普任命的，之前是空军太空司令部司令。太空部队将利用空军基地来建立其行动。首先，政府在2020年12月将卡纳维拉尔角空军基地和帕特里克空军基地重新命名为太空部队基地。更多的基地将紧随其后，特别是那些具有相关能力和专长的基地，如位于夏威夷的前Ka'ena Point卫星跟踪站。
对工业界来说，更重要的是太空部队的成立将如何改变现有的国防项目或影响合同签订。美国国防部官员在《2020年国防太空战略》中表示，太空部队把加强与工业界合作作为指导原则。工业界也将密切关注拜登总统领导下的政府将在多大程度上接纳前总统建立的太空部队。
就一个小军种而言，太空部队的研发经费非常庞大:2021年为103亿美元。根据美国国际战略研究中心的一份报告披露，这些资金中的一大块(35%，即36亿美元)用于机密事项。然而，了解该分支的范围意味着我们可以做出一些有根据的猜测，它还将涉及导弹预警系统、卫星星座、通信、军用太空飞机，以及同等重要的数字和物理安全等。2021年是太空部队完全独立控制自己的预算流程的第一年，这导致了议员之间的一些争论。拜登政府正在寻求将太空部队2022年的预算增加到174亿美元，比前一年多出约20亿美元。这些额外的资金将用于让美国与中国和俄罗斯的反卫星武器保持一个平等的竞争环境。太空作战部队司令约翰·雷蒙德将军说，“我们可以利用正在蓬勃发展的商业航天。我们需要做的另一件事是在更大程度上利用我们的国际合作伙伴。”2021年，雷蒙德将公众对商业太空飞行的热情与加入太空部队的兴趣增加联系起来。那么工业界内部呢?一开始，人们认为太空部队可能会为小公司提供机会。莱克星顿研究所的洛伦·汤普森2018年接受《华盛顿邮报》采访时表示:“由于(太空部队)将是一个规模较小、资源更少的服务，它可能更依赖于工业界的技术建议和政策投入。”莱克星顿研究所接受国防承包商的资助。其他意见各不相同。美国战略与国际研究中心防预算分析与航空航天安全项目主任托德•哈里森(Todd Harrison)表示:“现在说是否会有任何变化还为时过早。太空部队的采购业务是从空军继承下来的。”上面提到的太空防御局(SDA)也可能引起工业界的兴趣。虽然该机构规模较小，但其路线图包括发射越来越多的国防支持卫星。因此，正如一位国防部特约作者所说，“SDA严重依赖于工业，并鼓励工业内部以新的方式思考如何为政府提供能力。SDA希望业界明白，卫星市场将持续存在，而且是大量的卫星，而不是那种最终会生产新飞机或航母的大合同。”在宏观层面上，这意味着大量发射。太空部队在2020年授予由波音公司和洛克希德·马丁公司组成的联合发射联盟(ULA)一份合同。合同显示，这个联合体将承担太空部队60%的发射任务。剩下的40%给了SpaceX公司。
布莱斯空间与技术公司首席执行官卡里萨·克里斯滕森在2019年的未来战争会议上表示:“我们看到商业太空领域出现了数十亿美元的新资金，推动了小型卫星和运载火箭的创新。”
今年6月，《国防新闻》报道称，商业卫星通信办公室将转变为一个“商业服务办公室”，不仅包括卫星，还包括大多数与太空相关的服务。太空部队签订服务合同的方式也说明了它采用介于政府和工业之间的运作方式。今年4月，彭博社报道称，军方正在考虑使用商业解决方案开放(CSO)合同，该合同通常适用于尖端商业技术，用于管理咨询服务。彭博社表示，这完全在政府授权使用公民社会组织用于“创新商业技术或服务”的范围内，可能会影响太空部队为未来的行政服务招聘人员。L3Harris技术空间与机载系统公司的多领域战略与业务发展副总裁Tim Lynch说，工业界将寻找“清晰的组织章程、范例任务场景和特殊许可，以便我们能够提供最有知识的产品。”据《太空新闻》5月报道，政府问责局(GAO)警告说，太空部队在预算和采购方面试图另起炉灶。众议院军事委员会此前曾批评国防部的太空项目成本超过预期，没有达到有效使用尖端工业技术的目标。部分问题在于，最近对航天机构的重新安排可能无法完全消除部门重叠和航天部门的繁文缛节。例如，自2005年以来，国防部已经拥有了能够广播抗干扰GPS信号的卫星。然而，广泛使用这一技术所需的用户设备仍然不到位。Lynch说:“L3Harris技术公司正在特别评估并实施技术的横向转移，也包括国防部之外的任务。在过去的几年里，我们一直在研究所有能够使作战人员进入太空的跨领域、多领域技术。总而言之，我们支持太空部队的努力真正集中在美国的作战人员以美国的对手无法支持的速度执行任务。”
总体而言，太空部队的支撑技术包括卫星、运载火箭、类雷达传感器、通信和赛博安全等。
Lynch说:“最重要的支撑技术是能够提供低延迟、直接面向作战人员的任务相关信息的通信和处理。这些关键信息可以用来避免冲突，也可以用来赢得冲突。”国际战略研究中心的哈里森强调通信，特别是更有弹性的通信。他说，如果一个通信链路中断或受到干扰，或者一颗卫星被反卫星武器摧毁，另一条替补通信路径就是至关重要的。被关注的项目包括SpaceX的近地轨道Starlink卫星，OneWeb卫星(OneWeb和空客的合资企业)，以及亚马逊即将推出的柯伊伯星座。星链的数千颗卫星将是太空中弹性网络的一个很好的例子。哈里森说:“在遥感的商业航天中，有很多真正有趣的事情正在发生。我说的是图像卫星和雷达卫星，对于图像卫星，我们看到的是商业公司建立了非常大的图像卫星星座，有更高的重访率，所以他们可以每天在地面上的同一个地方拍摄多张照片。它的分辨率可能不像情报界从NRO获得的那样高，但你可以更频繁地获得图像。”哈里森说，合成孔径雷达卫星是军方利用现有商业技术的另一个有前途的领域。商业领域才刚刚开始建造这个系统，但“我们看到很多公司正在建造和发射合成孔径雷达卫星，这些卫星可能具有各种军事用途，能够在恶劣天气下对地面昼夜不间断成像。”雷达可以透过云层，透过烟雾，可以在晚上获得影像。这些卫星也非常擅长捕捉移动物体。高超音速导弹跟踪卫星。千禧空间系统公司和雷神技术公司情报与空间部门将发射能够跟踪高超音速导弹的中轨道传感器。在这项任务中软件具有与硬件几乎同等的分量。作为拥抱数字技术计划的一部分，位于加州洛杉矶空军基地的太空部队空间和导弹系统中心被要求首先提供数字设计方案。据《太空新闻》报道，波音公司在“数字孪生”技术方面积累了许多经验，可以在“太空部队”最终敲定之前对原型传感器进行迭代。这种双数字架构将使太空部队提前看到预警卫星如何与跟踪传感器相互作用。随着卫星杂波的增加，以及在地面与低轨道和中轨道卫星之间交换信息的最佳方式的变化，这一点变得更加重要。其中一种预警卫星，下一代高空持久红外卫星，将取代太空红外系统(SBIRS)。今年1月，太空部队授予洛马公司价值49亿美元的三颗下一代高空持久红外卫星和地面任务软件的合同。GPS和情报卫星。在不同类型的卫星中，许多支撑技术面临着与许多国防部项目相同的挑战:及时和经济有效地交付真正创新的产品。除了导弹预警项目外，太空部队还致力于未来作战弹性地面进化(FORGE)地面控制，以支持下一代高空持久红外卫星;用于保护卫星通信的战略卫星通信;安全通信;和保护战术卫星通信安全卫星。让更多的卫星更快地进入太空也与太空部队正在尝试的另一项努力有关:无需发射场的发射。例如，6月13日，太空部队监督了诺格公司的Pegasus XL卫星的安装，该卫星于1990年首次升空。这枚带翼火箭本身是从洛克希德·马丁公司的L-1011 Tristar商业客机上发射的。这种类型的发射给太空部队更多的发射点选择，而不仅仅是美国加利福尼亚州和佛罗里达州的火箭发射场。一旦战争爆发，如果太空发射中心成为军事打击目标，商业机场可能成为唯一的备选选择。这次特别的发射也展示了一个新的卫星研制速度:用11个月制造一颗卫星，而不是更常见的24到60个月。太空飞机。波音幻影工厂X- 37B航天飞机是这个领域中最具传奇色彩的飞行器之一，它常被人们紧张地称为“神秘飞行物”。这个无人飞行器像航天飞机一样垂直发射，并使用跑道着陆。根据美国空军的一份简报，“X-37B的主要目标有两个:为美国未来在太空提供可重复使用的航天器技术，以及可以返回地球并在地球上进行检查的操作实验。”太空部队还使用波音公司的USA-299无人垂直起降太空飞机进行水平着陆。这个飞行器的用途是保密的，但我们知道它属于太空部队的管辖范围。赛博安全。有了所有这些连接的系统，以及从事尖端工业和提供尖端防御的双重目标，太空部队的职权范围也以该分支特有的方式涉及赛博安全。据《Fed Tech Magazine》引用的一份来自太空作战司令约翰·雷蒙德(John Raymond)的前瞻性文件称，赛博安全将成为“数字主导”。雷蒙德写道:“鉴于美国太空部队的规模相对较小，要实现这一目标，我们需要聚集一批技术娴熟、‘数字流利’的太空骨干，他们比历史上任何一支部队都更精通、更高效、更敏捷。”这意味着高带宽网络和“位置不可知解决方案”能够实现基于服务的分布式功能。太空部队正在与“数字原生代”一起成长。该文件中已经制定了“数字总部”的计划(这将是一个功能，而不是物理位置的替代)和数字优先通信。在过去的几年里，太空部队还通过商业解决方案开放(commercial Solutions open)发出了关于征集人工智能、天气、商业系统和信息技术(IT)等技术建议的招标公告。尽管仍在激烈的道德辩论中，美国军方正在探索在进攻和防守两端使用人工智能。“人工智能支持的地面和机载(边缘)传感器/数据处理有潜力在短期内对诺斯罗普·格鲁曼公司向太空部队提供的任务能力产生重大影响，”诺斯罗普·格鲁曼公司制导导航和控制工程师Matt Vandyke说。这些先进的算法使含义领会流水线得以发展，将原始数据转化为有用和可操作的知识，提高决策的优越性和信息的主导地位“未来的太空任务将需要高度的自主权。Al是高度自主系统的关键技术。下一代制导、导航和控制算法以及先进的故障管理将使用人工智能技术，以确保在相关速度下安全可靠地运行。”太空部队内部仍处于过渡阶段，正在增加预定的人员数量。因此，工业界有机会探索数字优先客户，并改变以适应其使命，以及潜在新客户和新类型的运营的不确定性。
