美国“大规模弹性作战太空体系”进展综述
“大规模弹性作战太空体系”（PWSA）是美国太空发展局（SDA）正在建设的低轨巨型小卫星星座，旨在“向联合作战人员提供所需的天基能力，通过开发、部署和运行扩散的近地轨道卫星星座来支持地面任务”。项目组成PWSA的核心是一个由小卫星构成的扩散的低地球轨道（LEO）星座，共有约500颗卫星，包括约400颗传输层卫星和100颗跟踪层，所有卫星都通过光学激光链路相互连接。根据功能，SDA 将星座划分成7个功能层，分别为：传输层、跟踪层、监管层、威慑层、导航层、战斗管理层（BMC3）、地面支持层。从卫星类型看，PWSA仅包含两个独立的星座，即传输层和跟踪层，其他层则以搭载有效载荷或其他形式存在，但每一层都代表了整个系统的附加功能。目标SDA共规划了PWSA 5个阶段的实现目标（见表1）。技术路线图SDA使用螺旋开发模式，每两年在PWSA中部署和扩增新技术。其间，SDA将不断改进架构，增加交付到作战人员手中的能力，并持续降低体积、重量、功率和成本。根据SDA在2024年1月公布的技术路线（见图1），SDA对3个重点领域的技术感兴趣，每个领域都与相应能力层保持一致，具体如下：1）全球感知和连接。重点为联合作战人员和作战系统提供低时延的数据传输、通信和导航信息。2）综合天基遥感。提供对敌方系统的多域探测、跟踪、瞄准、监管和杀伤/战斗损伤评估（BDA），尤其是先进导弹威胁以及时敏陆地和海上目标。此外，还包括一系列新兴能力和可能与天基传感器相互补充的任务，包括天基环境监测（SBEM）、天域感知（SDA）等。3）全知的指挥、控制和执行。包括支持高级处理、指挥和控制、用户界面/交互/体验以及组成单元的无缝互操作性的算法、框架和硬件。建设进展重点围绕传输层与跟踪层展开分析。传输层传输层星座将由300～500颗卫星组成，以形成一个“主干”通信网络，最终所有国防部指挥和控制（C2）系统都将链接到该网络，以实现 联合全域指挥和控制（JADC2），它包括了空军的 “先进作战管理系统”（ABMS）、陆军的“战术情报目标接入点”（TITAN）移动地面站、海军的“海军综合火控-防空”（NIFC - CA）系统等。目前，SDA也正研究在提供图像、遥感或通信的商业星座和 SDA 卫星之间“转换”的卫星。（1）部署与研制情况截至2025年4月，SDA已完成传输层0期卫星部署，1期和2期卫星正在研制中（见表2）。1）传输层0期。0期卫星包括两种类型：A组卫星共13颗，每颗卫星配备2个光学通信终端（OCT），具备射频（RF）接收/传输能力，提供连接整个星座的完整网络基础设施；B组卫星共7颗，除具有A组卫星的配置外，增加Link - 16战术数据链接收/传输能力。20颗卫星部署于两个高度为1000km的近极轨平面。2）传输层1期。传输层1期共138颗卫星（不含6个通信搭载载荷），126颗为基线星，另外12颗卫星将用于1期的“演示和试验系统”（T1DES）。126颗基线卫星分布在6个高度1000km的近圆形轨道面，每个轨道面上21颗卫星，卫星具有互操作性，可通过激光星间链路共享数据，具备跨轨道面、轨道面内、星-地之间通信能力，大幅提升星地通信带宽。T1DES卫星将部署在距离地球约1000km的同一轨道面上，其中12颗卫星携带由约克空间系统公司研制的有效载荷，另有6颗卫星携带政府提供的有效载荷。T1DES将通过演示和试验能力来增强1期传输层星座（见图2）。3）传输层2期。传输层2期卫星共计包含约210颗卫星，包括Alpha型、Beta型和Gamma型三种类型，每型卫星有所区别，但均装备3个光学通信终端、Ka频段任务载荷、网络和数据路由子系统、导航子系统、S频段遥测/跟踪和控制备份子系统。传输层2期将提供全球通信接入，并提供持久的区域加密连接，以支持全球各地的战斗机任务。（2）试验情况根据公开报道统计，截至2024年10月，SDA已完成多次传输层卫星与地面、传输层卫星之间、跟踪层卫星之间的数据通信演示试验（见表3），后续，SDA将开展传输层卫星与跟踪层卫星之间的星间数据传输试验，以进一步验证卫星的连接能力。但由于尚未获得美国电信和信息管理局的频率许可以及联邦航空管理局（FAA）的授权，这些尚未与美国本土的设施开展通信连接。跟踪层（1）部署与研制情况跟踪层卫星用于发现和跟踪导弹威胁，并通过光学链路连接到传输层，它们的数据可以通过网状网络传输，并下行到地面。跟踪层星座最终可能包括大约100余颗卫星，将成为美军弹性导弹预警/导弹跟踪架构的一部分。SDA已授出跟踪层0期、1期、2期以及“在轨火控支援斗士”（FOO Fighter）共88颗卫星的研制合同（见表4）。1）跟踪层0期。跟踪层0期包括8颗卫星，由SpaceX和L3Harris公司分别研制4颗。每颗卫星装备宽视场（WFOV）传感器有效载荷，配备两个光学星间链路。卫星分布在两个轨道平面上，轨道高度1000km，倾角80°，卫星设计寿命5年。0期卫星包括2个轨道内激光链路，探测器视场为50°×50°，可实现对机会目标的立体覆盖。
2）跟踪层1期。跟踪层1期共28颗，将在跟踪层0期功能的基础上，有针对性地增强技术、扩大覆盖范围、提高集成度、建立校准流程和提高生产效率。跟踪层1期卫星必须具有红外传感器和至少3个用于星间、星-飞机和星-地通信的光学链路。跟踪层1期将提供初始导弹预警/导弹跟踪作战能力。跟踪层1期分布于高度约1900km的5个轨道面，每个轨道面7颗，计划从2025年末开始发射。
3）跟踪层2期。跟踪层2期共54颗，将提高提供全球持续指示、探测、警告、跟踪和识别先进导弹威胁（包括高超声速导弹系统）的能力。跟踪层2期还将通过在星座中集成火控质量传感器来展示导弹防御能力。这54颗卫星部署于高度1000km的6个轨道面，每个轨道面包括9颗卫星：其中8颗装备宽视场红外有效载荷，用于导弹预警和跟踪，实现对导弹的近连续全球立体覆盖；另外1颗卫星装备一个中视场红外有效载荷，能够为导弹防御生成火控质量跟踪数据。
4）跟踪层3期。SDA在2025年4月10日发布跟踪层3期卫星招标文件，计划从一个或多个供应商采购至少54颗卫星。卫星分布在6个轨道平面。SDA计划在2029年4月前发射首颗卫星。根据SDA所发布的信息，跟踪层3期卫星将继续提供“常规和先进导弹威胁（包括高超声速导弹系统）的全球、持续指示、检测、警告、跟踪和识别”。在前2期卫星基础上，跟踪层3期卫星将为作战人员提供火控级数据。
5）“在轨火控支援斗士”卫星星座。其原型卫星星座将加速提供火力控制的能力，以支持对包括高超声速导弹在内的先进导弹威胁的全球探测、预警和精确跟踪，该星座通过将火控级传感器整合到原型星座中来展示对先进导弹的防御能力。2024年4月，SDA以其他交易授权的形式向波音公司（Boeing）下属的千禧太空系统公司授出一份价值4.14亿美元的合同，由后者建造8颗“在轨火控支援斗士”原型卫星并提供相应的地面系统。该星座计划在2027财年第一季度发射进入轨道。“在轨火控支援斗士”计划与当前的跟踪层1期、2期和3期计划无关，但后续将纳入PWSA跟踪层星座。
（2）试验情况截至2025年4月，尚未有关于SDA利用0期卫星探测和跟踪高超声速导弹试验的报道。但SDA已利用SpaceX公司研制的4颗0期卫星开展了一系列非合作导弹跟踪测试，探测到了大型运载火箭、短程弹道导弹的发射，以及“星舰”（Starship）运载火箭上面级在2024年6月份的重返。另外4颗由L3Harris公司研制的跟踪层卫星仍处于在轨定标状态。截至2025年3月底，美国导弹防御局（MDA）已利用2颗“高超声速和弹道跟踪天基探测器”（HBTSS）原型卫星开展了2次独立高超声武器速跟踪试验，此外还累计获取超过65万张红外事件的图像。美军期望构建PWSA低轨星座，实现扩散的、弹性的军事传感和数据传输能力，以应对其日益紧迫的太空威胁。一是螺旋式推进传输层和跟踪层卫星星座部署，进一步闭合杀伤链。传输层卫星将利用星间光学链路，自动构建“移动自组织网络”（MANET），提供对抗环境下的即时弹性抗毁通信能力，串联美军探测、指控、作战等各作战单元。跟踪层卫星则是美国由高、中、低轨预警卫星构成的天基预警探测跟踪体系的重要部分，重点针对全球临近高超武器跟踪，兼顾导弹早期发射和中段跟踪，最终实现战术卫星通信平台和传感器到“射手”（Shooter）武器系统的直接连接。在具体建设方面，将以2年为周期，逐步增加“作战管理、指挥控制与通信”（BMC3）、导航等新技术、新载荷的搭载，增强星座对作战的支持能力。二是创新采办模式，降低成本，确保进度。在采办创新方面，SDA提出了以架构为中心的采办模式，在文化上强调快速采办和敏捷开发，在流程上不断做减法，减少不必要的环节和审批。在以“期”（Tranche）为周期的采办之外，SDA在2024年10月再次启动“混合采购”（HALO）计划，以“先飞后买”的方法，在大规模部署之前先行对技术进行在轨试验（见表5）。在控制成本方面，SDA不断扩大供应链公司，通过固定价格合同、其他授权交易等多种合同模式，有效控制研制和部署成本。0期传输层卫星的合同大概是1500万美元/颗，跟踪层卫星的合同大概是4000万美元/颗。三是强化标准运用，实现星座的互操作。SDA已制定了光学通信终端（OCT）、星-星以及星-地通信标准，提出规范化要求和网络协议，后续将根据星座建设与运行情况，进一步增订标准，确保星座内、星座与其他指控系统的数据互传、互操作，并可在同一地面系统实现PWSA内数据的集成，提升星座的通用化水平，进而牢牢掌控了PWSA建设的主动权。但在现阶段，关于标准的定义也可能阻碍星座的发展。根据美国政府问责局2024年6月17日发布的《武器系统年度评估报告》，由于SDA与商业公司的光学通信终端标准不一致，1期卫星的性能可能会受到影响。
