當前，小衛(wèi)星在許多領域中都有廣泛應用。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)濟方面具有更大的優(yōu)勢。小衛(wèi)星應用系統(tǒng)往往由幾百或幾千顆衛(wèi)星構成的星座組成，這將會帶來很多優(yōu)勢，如時間分辨率、重訪率的提升以及編隊飛行能力。

　　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的方法，包括使用商業(yè)服務和審視具體軍事應用的機遇。各國軍方領導層也希望地面指揮官能夠請求獲取并接收戰(zhàn)場圖像，以便進行實時決策。2020年10月，美國陸軍的“會聚工程”項目就對此能力進行了試驗。

　　本文將概述小衛(wèi)星技術的優(yōu)點、缺點和戰(zhàn)略意義，討論目前在這一領域的政府和商業(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，預計這一增長在未來幾年將會更快。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。這些趨勢對全世界的軍事用戶有重要影響。雖說小衛(wèi)星提供了獨特的能力和經(jīng)濟機遇，但它同時也帶來了新的威脅。

　　由于技術創(chuàng)新和關鍵部件不斷小型化，小衛(wèi)星現(xiàn)在能在許多不同任務領域提供高質量數(shù)據(jù)和服務，包括遙感、通信、定位、導航和授時以及在軌交會和接近操作。執(zhí)行這些任務的衛(wèi)星已經(jīng)由各類政府和商業(yè)實體開發(fā)，多項進一步的開發(fā)也正在進行中。雖然單個小衛(wèi)星的技術能力通常不如大型復雜衛(wèi)星，但其小衛(wèi)星屬性也會帶來一些優(yōu)勢。

　　小衛(wèi)星通常專注于一種范圍相對較窄的有效載荷技術或應用，無需像大型衛(wèi)星那樣攜帶許多復雜的傳感器或有效載荷。小衛(wèi)星尺寸和復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)年時間設計和建造，而小衛(wèi)星可以在較短時間內開發(fā)出來——某些情況下，只需幾天。小衛(wèi)星開發(fā)時間短有重要意義，例如支持在軌衛(wèi)星快速更新，以及增加訓練機會。

　　由于小衛(wèi)星可以快速開發(fā)，因此也就可以在更短時間內更換在軌資產(chǎn)。傳統(tǒng)大型衛(wèi)星設計壽命可能長達10年或更長，而小衛(wèi)星通常只運行1~3年。一些技術可以在軌道上測試，相應知識和經(jīng)驗也可以納入后續(xù)設計?？焖俑乱脖阌谖崭鼜V泛的技術改進成果。鑒于電子和空間技術的快速發(fā)展，使用最尖端技術的能力（而不是十年前或更老的技術）非常重要。這對于軍事應用尤其重要。

　　小衛(wèi)星相對簡單，開發(fā)時間也較短，這樣就會降低成本。傳統(tǒng)大型衛(wèi)星的開發(fā)通常需要耗費數(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2.5噸的WorldView-4衛(wèi)星建造和發(fā)射費用高達8.5億美元，而Planet公司開發(fā)的重約5千克的Dove衛(wèi)星預計所需費用不會超過100萬美元。小衛(wèi)星的較低成本有助于實現(xiàn)大型星座的開發(fā)，從而可產(chǎn)生新的能力和應用。同時，由于小衛(wèi)星通常以大型星座形式部署，且壽命相對較短，需要快速更新，因此通常使用高效流水線方式進行大規(guī)模生產(chǎn)，這一趨勢進一步降低了小衛(wèi)星系統(tǒng)成本，縮短了其開發(fā)時間。

　　由于成本低，開發(fā)時間短，可以開發(fā)多顆小衛(wèi)星協(xié)同工作。這給編隊飛行帶來了新的機遇。例如，攜帶不同傳感器的多顆衛(wèi)星可以設計為同時飛越地球同一地區(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數(shù)據(jù)，合成孔徑雷達系統(tǒng)（SAR）受到了軍方的特別關注，它也可以從多顆衛(wèi)星協(xié)同工作中受益。有些人預測，小衛(wèi)星將與更大、更復雜的衛(wèi)星結合使用。例如，“SAR反射鏡”設計設想讓一顆大型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，每個接收機都能夠探測雷達回波并將它們轉發(fā)給主衛(wèi)星。

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　　編隊飛行系統(tǒng)通常只包括少數(shù)幾顆衛(wèi)星。許多小衛(wèi)星應用也設想可以由數(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。其中最重要的是系統(tǒng)時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間才能再次經(jīng)過（或“重訪”）同一個地點。但是，如果許多衛(wèi)星一起工作，這一時間可大大縮短。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)覆蓋對于軍事應用至關重要，如作戰(zhàn)云和部隊數(shù)字化。

　　擁有許多衛(wèi)星和可實現(xiàn)快速重訪時間的星座為軍事用戶在戰(zhàn)術層面使用衛(wèi)星創(chuàng)造了新機會。軍事領導人現(xiàn)在可以展望地面指揮官請求和接收戰(zhàn)場圖像，并用于實時決策。美國陸軍的“會聚工程”項目在2020年10月就對這種能力進行了測試。測試中，美軍領導層利用商業(yè)和政府衛(wèi)星拍攝戰(zhàn)場圖像，并使用通信衛(wèi)星（包括商業(yè)星座）來快速傳輸瞄準信息。通過結合數(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好處是韌性。美國參謀長聯(lián)席會議前副主席Hyten曾將大型軍事衛(wèi)星稱為對手的“巨大而誘人的目標”。相比之下，由小衛(wèi)星構成的大型星座將使對手瞄準更加復雜。即使失去某顆衛(wèi)星，星座仍能繼續(xù)運行。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，那么對手可能根本不會選擇攻擊。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，盡管這提供了應對動能反衛(wèi)星武器（直接瞄準衛(wèi)星的導彈）的韌性，但星座仍易遭受其他類型的攻擊。例如，空間核爆會產(chǎn)生電磁脈沖和殘余輻射，將會無差別摧毀大量衛(wèi)星，包括小衛(wèi)星。類似地，網(wǎng)絡攻擊也可能以整個星座為目標。

　　由于小衛(wèi)星開發(fā)時間非常短，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或減少重訪時間來提升能力。同時，這也可用于重建一個已經(jīng)被敵人攻擊的星座，從而再次增強韌性并提供拒止式威懾。由于小衛(wèi)星成本較低，儲存一定量的小衛(wèi)星也是可行的，這將進一步提高衛(wèi)星星座重建和改進的速度。

　　盡管如上所述，小衛(wèi)星提供了許多優(yōu)勢，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。其中之一是在軌小衛(wèi)星探測和跟蹤難。這種能力對空間域感知（軍方理解和預測空間域活動的能力）十分必要。跟蹤信息用于預測空間物體未來的位置，并對可能的在軌碰撞進行預警（通常被稱為會合預警）。而小衛(wèi)星的固有特性可能使正常的預測分析無法進行，進而增加在軌碰撞的風險。同時，這還會造成太空資產(chǎn)的損失，產(chǎn)生大量碎片，污染太空環(huán)境，帶來更大風險。雖然目前已提出許多該問題的技術解決方案，例如增加反射率或增加微小型RF發(fā)射機等，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，潛在的會合風險也大大增加。同時，為避免會合而機動的衛(wèi)星也會增多。這些機動又進一步增加了跟蹤衛(wèi)星并準確預測其未來位置的難度。對于這些會合，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衛(wèi)星運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，這會在軌道中產(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重新構建，這樣的時間框架可能不足以滿足要求。

　　小衛(wèi)星的難以探測也給空間武器領域創(chuàng)造了新的機會和威脅。小衛(wèi)星能夠執(zhí)行會合和接近的操作，這樣就可以被用作反衛(wèi)星武器，逼近對手航天器，破壞或摧毀對手衛(wèi)星。如果探測小衛(wèi)星很困難，那么就意味著小衛(wèi)星可以執(zhí)行某些不被探測到的任務。即使被探測到，大量預期的會合和意外碰撞的增多也會給確定工作增加難度。不過，盡管小衛(wèi)星反衛(wèi)應用可以視為一種機遇，但當其被對手利用時，也會構成明顯威脅。

　　小衛(wèi)星系統(tǒng)近期發(fā)展大多發(fā)生在商業(yè)領域。這給軍事用戶帶來的再次是機遇和挑戰(zhàn)并存。最明顯的好處是軍事用戶能夠將商業(yè)系統(tǒng)用于軍事目的，即可以利用現(xiàn)有能力，而無需內部開發(fā)新系統(tǒng)。這也可以節(jié)省大量成本，因為這些系統(tǒng)的成本將由多個用戶分攤。然而，商業(yè)系統(tǒng)無法具備和軍事系統(tǒng)一樣的韌性，如果面對像網(wǎng)絡攻擊這樣的攻擊，使用商業(yè)系統(tǒng)可能會帶來風險。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，尚不清楚對手攻擊商業(yè)系統(tǒng)的意愿是更強還是更弱。

　　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。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，并在軌道上維護著一個由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。阿根廷Satellogic公司還利用一個小衛(wèi)星編隊進行全球范圍內的每日更新。雖然該公司目前只有17顆衛(wèi)星在軌運行，但它計劃到2025年擁有一個300顆衛(wèi)星（每顆衛(wèi)星有一臺微波爐那么大）組成的星座。

　　許多商業(yè)遙感衛(wèi)星公司并不依賴光學傳感器。Spire公司運營著一個由110顆衛(wèi)星組成的星座，這些衛(wèi)星攜帶無線電掩星、自動識別系統(tǒng)和自動相關監(jiān)視傳感器。這使該公司能夠監(jiān)測天氣、海上交通和航空活動。Capella Space公司利用合成孔徑雷達技術對地球進行全天候晝夜監(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)星則使用了編隊飛行和射頻傳感器來收集與海事和軍事用戶相關信息。

　　商業(yè)實體運營通信衛(wèi)星已經(jīng)有幾十年了。然而，新一波公司正在利用小衛(wèi)星技術優(yōu)勢開發(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)絡服務不佳的地區(qū)（如農(nóng)村或偏遠地區(qū)）提供互聯(lián)網(wǎng)連接。

　　據(jù)這些公司預測，基于物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，需求還會增加。天基星座可以提供持續(xù)覆蓋，讓這些互聯(lián)網(wǎng)使能型設備可以在任何地方連接。在將5G連接擴展到蜂窩網(wǎng)絡未覆蓋的偏遠地區(qū)、空中和海上時，這種能力將會發(fā)揮關鍵作用。

　　SpaceX公司的“星鏈（Starlink）”星座在市場中最為活躍，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，未來整個星座將有648顆衛(wèi)星。亞馬遜公司的“柯伊伯（Kuiper）”項目計劃在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，并且各自都已經(jīng)在軌道上運行了許多這樣的衛(wèi)星。雖然幾乎沒有有關于這些資產(chǎn)性質的信息，但有一些活動和計劃已經(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使用小衛(wèi)星。根據(jù)Kestral Eye計劃，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)星用于進一步測試這一能力。在2020年“會聚工程”項目的第一次迭代中，美國陸軍演示驗證了戰(zhàn)場上成像和通信衛(wèi)星的戰(zhàn)術使用。作為該項目的一部分，美國陸軍充分利用了國家資產(chǎn)和商業(yè)星座。

　　美國國防高級研究計劃局（DARPA）的“黑杰克”計劃旨在進一步促進LEO小衛(wèi)星能力的發(fā)展，使國家安全用戶從中受益。該計劃向眾多承包商提供資金，發(fā)展通信、目標瞄準、導彈預警和導航等有關能力。2021年6月，該計劃部署了兩顆小衛(wèi)星來演示先進激光通信，每顆衛(wèi)星的開發(fā)時間不到9個月。

　　成立于2019年的美國太空發(fā)展局（SDA）提出了一項雄心勃勃的計劃，將小衛(wèi)星作為其國防太空架構的一部分。這個龐大的項目包括7個星座，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)測世界各地事態(tài)發(fā)展，包括彈道導彈和高超音速導彈發(fā)射。傳輸層最終將由多達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，預計將于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。軍方必須想方設法利用這些趨勢從中獲益，包括使用商業(yè)產(chǎn)品和服務以及審視具體軍事機遇。小衛(wèi)星將使軍方能夠節(jié)省成本并利用最新技術。利用小衛(wèi)星帶來的快速重訪率可以實現(xiàn)對相關區(qū)域近乎不間斷的監(jiān)視，進一步提高透明度，并有助于獲取戰(zhàn)術相稱衛(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間傳輸關鍵信息，為作戰(zhàn)部隊數(shù)字化提供一種骨干能力。

　　雖然小衛(wèi)星帶來的優(yōu)勢十分明顯，但也應意識到，小衛(wèi)星也會帶來一些問題，如使空間跟蹤和空間交通管理更加復雜，可能對空間可持續(xù)性構成威脅?？偠灾⌒l(wèi)星提供了許多新機遇，軍事用戶只有經(jīng)過充分考量，并積極利用這種技術，才會獲得更大的戰(zhàn)略利益。

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