當(dāng)前，小衛(wèi)星在許多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。相比于其他類型的衛(wèi)星，小衛(wèi)星的開發(fā)周期更短，成本也更低，在經(jīng)濟(jì)方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。小衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)往往由幾百或幾千顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座組成，這將會(huì)帶來很多優(yōu)勢(shì)，如時(shí)間分辨率、重訪率的提升以及編隊(duì)飛行能力。

　　軍事用戶可將商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)用于軍事目的，即利用現(xiàn)有能力而無需再開發(fā)新系統(tǒng)。軍方必須尋求能更加充分利用這種趨勢(shì)的方法，包括使用商業(yè)服務(wù)和審視具體軍事應(yīng)用的機(jī)遇。各國軍方領(lǐng)導(dǎo)層也希望地面指揮官能夠請(qǐng)求獲取并接收戰(zhàn)場(chǎng)圖像，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。2020年10月，美國陸軍的“會(huì)聚工程”項(xiàng)目就對(duì)此能力進(jìn)行了試驗(yàn)。

　　本文將概述小衛(wèi)星技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和戰(zhàn)略意義，討論目前在這一領(lǐng)域的政府和商業(yè)工作，并說明潛在未來發(fā)展方向。

　　在過去十年中，在軌小衛(wèi)星數(shù)量迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)這一增長(zhǎng)在未來幾年將會(huì)更快。2011年，發(fā)射到地球軌道上重量低于600千克的衛(wèi)星不到100顆。而2020年，此類衛(wèi)星超過了1200顆，其中絕大多數(shù)為商業(yè)實(shí)體所有。已經(jīng)發(fā)放的許可證表明，還有數(shù)千顆衛(wèi)星將要發(fā)射。這些趨勢(shì)對(duì)全世界的軍事用戶有重要影響。雖說小衛(wèi)星提供了獨(dú)特的能力和經(jīng)濟(jì)機(jī)遇，但它同時(shí)也帶來了新的威脅。

　　由于技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵部件不斷小型化，小衛(wèi)星現(xiàn)在能在許多不同任務(wù)領(lǐng)域提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)和服務(wù)，包括遙感、通信、定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及在軌交會(huì)和接近操作。執(zhí)行這些任務(wù)的衛(wèi)星已經(jīng)由各類政府和商業(yè)實(shí)體開發(fā)，多項(xiàng)進(jìn)一步的開發(fā)也正在進(jìn)行中。雖然單個(gè)小衛(wèi)星的技術(shù)能力通常不如大型復(fù)雜衛(wèi)星，但其小衛(wèi)星屬性也會(huì)帶來一些優(yōu)勢(shì)。

　　小衛(wèi)星通常專注于一種范圍相對(duì)較窄的有效載荷技術(shù)或應(yīng)用，無需像大型衛(wèi)星那樣攜帶許多復(fù)雜的傳感器或有效載荷。小衛(wèi)星尺寸和復(fù)雜性的降低大大加快了開發(fā)速度。一顆大型衛(wèi)星可能需要數(shù)年時(shí)間設(shè)計(jì)和建造，而小衛(wèi)星可以在較短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出來——某些情況下，只需幾天。小衛(wèi)星開發(fā)時(shí)間短有重要意義，例如支持在軌衛(wèi)星快速更新，以及增加訓(xùn)練機(jī)會(huì)。

　　由于小衛(wèi)星可以快速開發(fā)，因此也就可以在更短時(shí)間內(nèi)更換在軌資產(chǎn)。傳統(tǒng)大型衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命可能長(zhǎng)達(dá)10年或更長(zhǎng)，而小衛(wèi)星通常只運(yùn)行1~3年。一些技術(shù)可以在軌道上測(cè)試，相應(yīng)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)也可以納入后續(xù)設(shè)計(jì)?？焖俑乱脖阌谖崭鼜V泛的技術(shù)改進(jìn)成果。鑒于電子和空間技術(shù)的快速發(fā)展，使用最尖端技術(shù)的能力（而不是十年前或更老的技術(shù)）非常重要。這對(duì)于軍事應(yīng)用尤其重要。

　　小衛(wèi)星相對(duì)簡(jiǎn)單，開發(fā)時(shí)間也較短，這樣就會(huì)降低成本。傳統(tǒng)大型衛(wèi)星的開發(fā)通常需要耗費(fèi)數(shù)億甚至數(shù)十億美元，而小衛(wèi)星的建造成本只有數(shù)千萬美元甚至更低。例如，Maxar公司重達(dá)2.5噸的WorldView-4衛(wèi)星建造和發(fā)射費(fèi)用高達(dá)8.5億美元，而Planet公司開發(fā)的重約5千克的Dove衛(wèi)星預(yù)計(jì)所需費(fèi)用不會(huì)超過100萬美元。小衛(wèi)星的較低成本有助于實(shí)現(xiàn)大型星座的開發(fā)，從而可產(chǎn)生新的能力和應(yīng)用。同時(shí)，由于小衛(wèi)星通常以大型星座形式部署，且壽命相對(duì)較短，需要快速更新，因此通常使用高效流水線方式進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，這一趨勢(shì)進(jìn)一步降低了小衛(wèi)星系統(tǒng)成本，縮短了其開發(fā)時(shí)間。

　　由于成本低，開發(fā)時(shí)間短，可以開發(fā)多顆小衛(wèi)星協(xié)同工作。這給編隊(duì)飛行帶來了新的機(jī)遇。例如，攜帶不同傳感器的多顆衛(wèi)星可以設(shè)計(jì)為同時(shí)飛越地球同一地區(qū)，這便于融合不同類型的數(shù)據(jù)。

　　由于能夠在不受光照條件和云層覆蓋影響的情況下收集觀測(cè)數(shù)據(jù)，合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)（SAR）受到了軍方的特別關(guān)注，它也可以從多顆衛(wèi)星協(xié)同工作中受益。有些人預(yù)測(cè)，小衛(wèi)星將與更大、更復(fù)雜的衛(wèi)星結(jié)合使用。例如，“SAR反射鏡”設(shè)計(jì)設(shè)想讓一顆大型SAR衛(wèi)星與圍繞其周圍的小衛(wèi)星集群合作。這些小衛(wèi)星配備有接收機(jī)，每個(gè)接收機(jī)都能夠探測(cè)雷達(dá)回波并將它們轉(zhuǎn)發(fā)給主衛(wèi)星。

　　“九游娛樂的游戲攻略有哪些？”

　　編隊(duì)飛行系統(tǒng)通常只包括少數(shù)幾顆衛(wèi)星。許多小衛(wèi)星應(yīng)用也設(shè)想可以由數(shù)百或數(shù)千顆衛(wèi)星組成更大的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常稱為巨型星座，有許多優(yōu)勢(shì)。其中最重要的是系統(tǒng)時(shí)間分辨率或重訪率的提高。在經(jīng)過地球上某區(qū)域后，一顆衛(wèi)星通常至少需要幾天時(shí)間才能再次經(jīng)過（或“重訪”）同一個(gè)地點(diǎn)。但是，如果許多衛(wèi)星一起工作，這一時(shí)間可大大縮短。Planet公司在低地球軌道（LEO）上擁有150多顆衛(wèi)星，每天可至少5次采集地球上任何位置的圖像。SpaceX公司4.2萬顆衛(wèi)星組成的“星鏈（Starlink）”星座在建造完成后，將能夠向地球上任何位置提供持續(xù)互聯(lián)網(wǎng)訪問。這種無處不在的持續(xù)覆蓋對(duì)于軍事應(yīng)用至關(guān)重要，如作戰(zhàn)云和部隊(duì)數(shù)字化。

　　擁有許多衛(wèi)星和可實(shí)現(xiàn)快速重訪時(shí)間的星座為軍事用戶在戰(zhàn)術(shù)層面使用衛(wèi)星創(chuàng)造了新機(jī)會(huì)。軍事領(lǐng)導(dǎo)人現(xiàn)在可以展望地面指揮官請(qǐng)求和接收戰(zhàn)場(chǎng)圖像，并用于實(shí)時(shí)決策。美國陸軍的“會(huì)聚工程”項(xiàng)目在2020年10月就對(duì)這種能力進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試中，美軍領(lǐng)導(dǎo)層利用商業(yè)和政府衛(wèi)星拍攝戰(zhàn)場(chǎng)圖像，并使用通信衛(wèi)星（包括商業(yè)星座）來快速傳輸瞄準(zhǔn)信息。通過結(jié)合數(shù)據(jù)融合和人工智能等新能力，美國陸軍可將傳感器到射手的時(shí)間從20分鐘縮短到20秒。

　　大型衛(wèi)星星座給軍事用戶帶來的另一個(gè)好處是韌性。美國參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議前副主席Hyten曾將大型軍事衛(wèi)星稱為對(duì)手的“巨大而誘人的目標(biāo)”。相比之下，由小衛(wèi)星構(gòu)成的大型星座將使對(duì)手瞄準(zhǔn)更加復(fù)雜。即使失去某顆衛(wèi)星，星座仍能繼續(xù)運(yùn)行。通過這種方式，小衛(wèi)星組成的大型星座可以提供拒止式威懾——如果攻擊沒有真正意義上使能力降級(jí)，那么對(duì)手可能根本不會(huì)選擇攻擊。除現(xiàn)有資產(chǎn)之外，各種部署的低地球軌道（LEO）系統(tǒng)也可提供冗余，從而進(jìn)一步提高韌性，即使是在主系統(tǒng)受到攻擊的情況下，系統(tǒng)功能也可以保留。

　　值得注意的是，盡管這提供了應(yīng)對(duì)動(dòng)能反衛(wèi)星武器（直接瞄準(zhǔn)衛(wèi)星的導(dǎo)彈）的韌性，但星座仍易遭受其他類型的攻擊。例如，空間核爆會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖和殘余輻射，將會(huì)無差別摧毀大量衛(wèi)星，包括小衛(wèi)星。類似地，網(wǎng)絡(luò)攻擊也可能以整個(gè)星座為目標(biāo)。

　　由于小衛(wèi)星開發(fā)時(shí)間非常短，在軌小衛(wèi)星可以被快速替換。在發(fā)生沖突的情況下，可以通過增加新技術(shù)或減少重訪時(shí)間來提升能力。同時(shí)，這也可用于重建一個(gè)已經(jīng)被敵人攻擊的星座，從而再次增強(qiáng)韌性并提供拒止式威懾。由于小衛(wèi)星成本較低，儲(chǔ)存一定量的小衛(wèi)星也是可行的，這將進(jìn)一步提高衛(wèi)星星座重建和改進(jìn)的速度。

　　盡管如上所述，小衛(wèi)星提供了許多優(yōu)勢(shì)，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。其中之一是在軌小衛(wèi)星探測(cè)和跟蹤難。這種能力對(duì)空間域感知（軍方理解和預(yù)測(cè)空間域活動(dòng)的能力）十分必要。跟蹤信息用于預(yù)測(cè)空間物體未來的位置，并對(duì)可能的在軌碰撞進(jìn)行預(yù)警（通常被稱為會(huì)合預(yù)警）。而小衛(wèi)星的固有特性可能使正常的預(yù)測(cè)分析無法進(jìn)行，進(jìn)而增加在軌碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，這還會(huì)造成太空資產(chǎn)的損失，產(chǎn)生大量碎片，污染太空環(huán)境，帶來更大風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前已提出許多該問題的技術(shù)解決方案，例如增加反射率或增加微小型RF發(fā)射機(jī)等，但是現(xiàn)有法規(guī)并沒有做出具體要求，這些方案也并未得到廣泛使用。

　　大量小衛(wèi)星，特別是由數(shù)千顆衛(wèi)星組成的巨型星座的出現(xiàn)，也給空間飛行安全帶來了不小的挑戰(zhàn)。隨著軌道中小衛(wèi)星數(shù)量的增加，潛在的會(huì)合風(fēng)險(xiǎn)也大大增加。同時(shí)，為避免會(huì)合而機(jī)動(dòng)的衛(wèi)星也會(huì)增多。這些機(jī)動(dòng)又進(jìn)一步增加了跟蹤衛(wèi)星并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其未來位置的難度。對(duì)于這些會(huì)合，國際上目前還沒有統(tǒng)一的解決流程——即沒有國際空間交通管理系統(tǒng)。各種情況都是由相關(guān)衛(wèi)星運(yùn)營商自行制定專門方案解決的。由于在軌小衛(wèi)星數(shù)量逐漸增多，這種專門的系統(tǒng)也很有可能無法確保衛(wèi)星飛行安全。

　　許多小衛(wèi)星星座都具有壽命短、更新快的特點(diǎn)，這會(huì)在軌道中產(chǎn)生更多的碎片——可能是發(fā)射失?。ㄔ诳山邮艿姆秶┑男l(wèi)星，也可能是到達(dá)壽命期限但尚未脫離軌道的衛(wèi)星。這樣，太空中的意外碰撞更加難以避免?，F(xiàn)行國際通用做法是要求衛(wèi)星在25年內(nèi)脫離軌道，但是由于一些上千顆衛(wèi)星組成的星座每隔幾年就會(huì)重新構(gòu)建，這樣的時(shí)間框架可能不足以滿足要求。

　　小衛(wèi)星的難以探測(cè)也給空間武器領(lǐng)域創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)和威脅。小衛(wèi)星能夠執(zhí)行會(huì)合和接近的操作，這樣就可以被用作反衛(wèi)星武器，逼近對(duì)手航天器，破壞或摧毀對(duì)手衛(wèi)星。如果探測(cè)小衛(wèi)星很困難，那么就意味著小衛(wèi)星可以執(zhí)行某些不被探測(cè)到的任務(wù)。即使被探測(cè)到，大量預(yù)期的會(huì)合和意外碰撞的增多也會(huì)給確定工作增加難度。不過，盡管小衛(wèi)星反衛(wèi)應(yīng)用可以視為一種機(jī)遇，但當(dāng)其被對(duì)手利用時(shí)，也會(huì)構(gòu)成明顯威脅。

　　小衛(wèi)星系統(tǒng)近期發(fā)展大多發(fā)生在商業(yè)領(lǐng)域。這給軍事用戶帶來的再次是機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。最明顯的好處是軍事用戶能夠?qū)⑸虡I(yè)系統(tǒng)用于軍事目的，即可以利用現(xiàn)有能力，而無需內(nèi)部開發(fā)新系統(tǒng)。這也可以節(jié)省大量成本，因?yàn)檫@些系統(tǒng)的成本將由多個(gè)用戶分?jǐn)偂Ｈ欢?，商業(yè)系統(tǒng)無法具備和軍事系統(tǒng)一樣的韌性，如果面對(duì)像網(wǎng)絡(luò)攻擊這樣的攻擊，使用商業(yè)系統(tǒng)可能會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。軍方使用商業(yè)系統(tǒng)也可能造成威懾方面的不確定性。與軍事系統(tǒng)相比，尚不清楚對(duì)手攻擊商業(yè)系統(tǒng)的意愿是更強(qiáng)還是更弱。

　　許多國家成立了依托于小衛(wèi)星的商業(yè)遙感公司，并提供了廣泛服務(wù)。美國Planet公司目前已經(jīng)建造并成功發(fā)射了450多顆衛(wèi)星，并在軌道上維護(hù)著一個(gè)由150顆衛(wèi)星組成的星座，其中最小的衛(wèi)星只有鞋盒大小。它們能提供快速重訪率和一系列空間分辨率服務(wù)。阿根廷Satellogic公司還利用一個(gè)小衛(wèi)星編隊(duì)進(jìn)行全球范圍內(nèi)的每日更新。雖然該公司目前只有17顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，但它計(jì)劃到2025年擁有一個(gè)300顆衛(wèi)星（每顆衛(wèi)星有一臺(tái)微波爐那么大）組成的星座。

　　許多商業(yè)遙感衛(wèi)星公司并不依賴光學(xué)傳感器。Spire公司運(yùn)營著一個(gè)由110顆衛(wèi)星組成的星座，這些衛(wèi)星攜帶無線電掩星、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視傳感器。這使該公司能夠監(jiān)測(cè)天氣、海上交通和航空活動(dòng)。Capella Space公司利用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)對(duì)地球進(jìn)行全天候晝夜監(jiān)視。該公司已經(jīng)發(fā)射了其36顆衛(wèi)星中的前兩顆衛(wèi)星。鷹眼360公司的9顆衛(wèi)星則使用了編隊(duì)飛行和射頻傳感器來收集與海事和軍事用戶相關(guān)信息。

　　商業(yè)實(shí)體運(yùn)營通信衛(wèi)星已經(jīng)有幾十年了。然而，新一波公司正在利用小衛(wèi)星技術(shù)優(yōu)勢(shì)開發(fā)由數(shù)百或數(shù)千顆LEO衛(wèi)星組成的巨型星座。與過去的系統(tǒng)相比，這些星座可提供非常低的延遲和持續(xù)全球覆蓋。這些公司中有很多都專注于為全球地面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不佳的地區(qū)（如農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)）提供互聯(lián)網(wǎng)連接。

　　據(jù)這些公司預(yù)測(cè)，基于物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，需求還會(huì)增加。天基星座可以提供持續(xù)覆蓋，讓這些互聯(lián)網(wǎng)使能型設(shè)備可以在任何地方連接。在將5G連接擴(kuò)展到蜂窩網(wǎng)絡(luò)未覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)、空中和海上時(shí)，這種能力將會(huì)發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　SpaceX公司的“星鏈（Starlink）”星座在市場(chǎng)中最為活躍，截至2022年初已經(jīng)發(fā)射了近2000顆衛(wèi)星。最終，“星鏈（Starlink）”星座將包括多達(dá)4.2萬顆衛(wèi)星。由英國政府和跨國組織共同所有的OneWeb公司目前擁有近400顆在軌衛(wèi)星，未來整個(gè)星座將有648顆衛(wèi)星。亞馬遜公司的“柯伊伯（Kuiper）”項(xiàng)目計(jì)劃在2022年開始為其3236顆衛(wèi)星的星座發(fā)射衛(wèi)星。法國初創(chuàng)企業(yè)Kineis公司也計(jì)劃在2023年向低地球軌道發(fā)射25顆衛(wèi)星。

　　美國和俄羅斯等國軍事組織都投資了小衛(wèi)星技術(shù)，并且各自都已經(jīng)在軌道上運(yùn)行了許多這樣的衛(wèi)星。雖然幾乎沒有有關(guān)于這些資產(chǎn)性質(zhì)的信息，但有一些活動(dòng)和計(jì)劃已經(jīng)公開，特別是涉及美國的部分。

　　美國陸軍多年來一直在試驗(yàn)使用小衛(wèi)星。根據(jù)Kestral Eye計(jì)劃，美國陸軍在2017年和2018年發(fā)射了兩顆小衛(wèi)星，旨在以與戰(zhàn)術(shù)用戶相稱的方式提供圖像。2021年，3顆面包大小的Gunsmoke衛(wèi)星用于進(jìn)一步測(cè)試這一能力。在2020年“會(huì)聚工程”項(xiàng)目的第一次迭代中，美國陸軍演示驗(yàn)證了戰(zhàn)場(chǎng)上成像和通信衛(wèi)星的戰(zhàn)術(shù)使用。作為該項(xiàng)目的一部分，美國陸軍充分利用了國家資產(chǎn)和商業(yè)星座。

　　美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）的“黑杰克”計(jì)劃旨在進(jìn)一步促進(jìn)LEO小衛(wèi)星能力的發(fā)展，使國家安全用戶從中受益。該計(jì)劃向眾多承包商提供資金，發(fā)展通信、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、導(dǎo)彈預(yù)警和導(dǎo)航等有關(guān)能力。2021年6月，該計(jì)劃部署了兩顆小衛(wèi)星來演示先進(jìn)激光通信，每顆衛(wèi)星的開發(fā)時(shí)間不到9個(gè)月。

　　成立于2019年的美國太空發(fā)展局（SDA）提出了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)劃，將小衛(wèi)星作為其國防太空架構(gòu)的一部分。這個(gè)龐大的項(xiàng)目包括7個(gè)星座，將為美國國家安全用戶提供多層次的能力。跟蹤層衛(wèi)星能夠監(jiān)測(cè)世界各地事態(tài)發(fā)展，包括彈道導(dǎo)彈和高超音速導(dǎo)彈發(fā)射。傳輸層最終將由多達(dá)500顆通信小衛(wèi)星組成，使用光通信能力從跟蹤層接收信息，并將其安全傳輸?shù)杰娛轮笓]中心。初步開發(fā)合同目前已經(jīng)簽訂，預(yù)計(jì)將于2024年開始發(fā)射。

　　小衛(wèi)星革命正在發(fā)生，而且主要由商業(yè)部門引領(lǐng)。軍方必須想方設(shè)法利用這些趨勢(shì)從中獲益，包括使用商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)以及審視具體軍事機(jī)遇。小衛(wèi)星將使軍方能夠節(jié)省成本并利用最新技術(shù)。利用小衛(wèi)星帶來的快速重訪率可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)區(qū)域近乎不間斷的監(jiān)視，進(jìn)一步提高透明度，并有助于獲取戰(zhàn)術(shù)相稱衛(wèi)星圖像。而由通信小衛(wèi)星組成的大型星座則將以更大的容量和更短的時(shí)間傳輸關(guān)鍵信息，為作戰(zhàn)部隊(duì)數(shù)字化提供一種骨干能力。

　　雖然小衛(wèi)星帶來的優(yōu)勢(shì)十分明顯，但也應(yīng)意識(shí)到，小衛(wèi)星也會(huì)帶來一些問題，如使空間跟蹤和空間交通管理更加復(fù)雜，可能對(duì)空間可持續(xù)性構(gòu)成威脅?？偠灾⌒l(wèi)星提供了許多新機(jī)遇，軍事用戶只有經(jīng)過充分考量，并積極利用這種技術(shù)，才會(huì)獲得更大的戰(zhàn)略利益。

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