美“擴散型作戰人員太空架構”傳輸層作戰運用場景構設與思考

劉強 魯靜 李鱺瑤

2023 年10 月30 日，太空發展局（SDA）授予諾格公司（NG）7.32 億美元合同，用于設計和建造38顆傳輸層2 期衛星。按照前期太空發展局負責人德里克·圖尼爾（Derek Tournear）理念，傳輸層是“擴散型作戰人員太空架構”（PWSA）其他各大能力層信息流轉樞紐，是整個架構實現互聯互通的基石，更是聯合全域指揮控制愿景實現的關鍵驅動要素。本文通過對美近年來官方發布的信息征詢書、授予的合同文件等內容進行深入挖掘，厘清其構建背景、發展現狀、應用與特點，并構設其在聯合全域指揮控制中可能運用的場景，對挖掘商業低軌衛星融入軍事應用場景具有十分重要的意義。

1 概述

當前，美大多數衛星通信系統是由冷戰時期的傳統需求和設計所驅動的，幾乎未考慮像聯合全域指揮控制這樣廣泛的概念所需的體系架構。美國防部（DoD）意識到，現有信息傳輸能力既難以應對日益增長的新興威脅，也無法滿足信息時代聯合全域作戰所需要的速度、規模和范圍。美認為，需要重新審視太空新興威脅，立足未來大國高端戰爭，大力推進以擴散型作戰人員太空架構為代表的低軌衛星星座建設，以提高太空體系彈性。

擴散型作戰人員太空架構項目背景

2018 年8 月，美國防部發布《關于國防部國家安全太空部門組織和管理結構最終報告》，提出“五大舉措”：一是將太空技術發展納入《國防戰略》中概述的現代化優先事項；二是建立太空發展局，發展下一代空間架構；三是建立美國天軍（USSF）；四是建立低成本、高效的天軍服務和支持機構；五是建立新的太空司令部，改進和發展太空作戰。與此同時，美國防部還配套提出“八項太空領域優先需求”（圖1）：一是對先進導彈目標的持續全球監視；二是針對先進導彈威脅的預警、跟蹤、指示；三是全球定位系統（GPS）拒止環境下的定位、導航與授時（PNT）能力；四是全球近實時空間態勢感知；五是發展太空威懾能力；六是快速響應、彈性的通用地面基礎支持設施；七是跨域、網絡化及與節點無關的指揮控制和通信能力（BMC3），包括核指揮、控制與通信（NC3）；八是基于人工智能的大規模、低延遲、持久全球監控能力。

圖1 八項太空領域優先需求

為進一步督促上述系列舉措落地，2019 年3月12 日，美專門成立太空發展局；2019 年7 月，太空發展局發布信息征詢，提出集傳輸層、跟蹤層、導航層、威懾層、作戰管理層、監管層、支持層為一體的新一代“國防太空架構”；2023 年1 月23 日，為更好凸顯太空架構“向聯合作戰人員提供所需的天基能力”這一職能使命，太空發展局將原新一代“國防太空架構”正式更名為“擴散型作戰人員太空架構”（圖2），以強調基于微小衛星技術、快速發射技術和人工智能技術，代替現有的少量、大型、高價值衛星，進而提高天基系統的彈性、抗毀能力。

圖2 擴散型作戰人員太空架構

傳輸層建設發展現狀

根據太空發展局發布的信息，傳輸層由300～500顆低軌衛星組成，旨在為全球范圍的各類作戰平臺提供可靠、彈性、低時延的軍事數據和通信連接，實現天地之間、不同功能層衛星之間及同一功能層不同衛星之間的互聯互通，如圖3 所示。太空發展局以2 年為周期，采用螺旋上升的方式推進建設進程，截至2023 年12 月，傳輸層0 期已發射8 顆衛星，傳輸層1 期兩家公司已完成關鍵設計審查，傳輸層2 期已發布信息征詢書，并授出部分衛星生產合同。

圖3 傳輸層示意圖

傳輸層0 期由20 顆衛星構成，分布在軌道高度1000km、傾角80°～100°的兩個極地軌道平面，每個平面部署7 顆A 組衛星和3 顆B 組衛星，A 組衛星搭載4 條星間鏈路，B 組衛星搭載2 條星間鏈路。20 顆衛星生產合同分別授予給洛馬公司（LM）和約克空間系統公司（York Space Systems），每家公司生產10 顆衛星。2023 年4 月，約克空間系統公司成功發射8 顆傳輸層0 期衛星，并成功建立通信鏈路。

傳輸層1 期由126 顆衛星構成，分布在6 個軌道平面上，每個平面21 顆衛星，軌道高度為1000km，軌道傾角為81°。2022 年2 月，太空發展局宣布，分別授予洛馬、諾格公司和約克空間系統公司傳輸層1 期生產合同。按照合同內容，每家公司需交付42 顆衛星。2023 年4 月，諾格公司宣布完成關鍵設計審查，2023 年8 月，洛馬公司宣布完成關鍵設計審查（約克空間系統公司尚未公開衛星生產進度）。按照計劃，第一個軌道平面21 顆衛星發射時間不晚于2024 年9 月30 日，然后每隔一個月發射一個軌道平面衛星。

傳輸層2 期由72 顆衛星構成，分布在6 個軌道平面，每個平面12 顆衛星，每顆衛星配備3 個光通信終端、1 個Ka 頻段有效載荷、1 個數據路由有效載荷、1 個導航有效載荷、1 個S 頻段備份控制系統。2023 年5 月發布了100 顆“阿爾法”（Alpha）衛星信息征詢書，每顆衛星配備3 個光通信終端、1 個Ka 頻段有效載荷、1 個16 號數據鏈（Link-16）有效載荷。2023 年8 月，太空發展局將“貝塔”（Beta）衛星生產合同分別授予洛馬公司和諾格公司。根據合同內容，每家公司需交付36 顆衛星，并于2026 年完成發射。

傳輸層的應用與特點

傳輸層可利用激光鏈路、Ka 數據鏈路與地面上用戶進行高帶寬、低延遲的通信，能兼容現有戰術16 數據鏈路，以及情報部門使用的綜合廣播系統（IBS），實現信息的互聯互通傳輸，并搭載指揮、控制與通信模塊。傳輸層具有全時可用、全域賦能、全球作戰3 大特點：一是全時可用。傳輸層突破傳統通信衛星只能在指定時間和地點，利用無縫接力來大幅拓展視距范圍，提供7×24 小時的持久通信能力。二是全域賦能。傳輸層協同高中低軌其他衛星，共同構成太空網狀網，向各作戰域提供通信中繼網絡，跨域連通陸、海、空、網絡空間與電磁頻譜作戰體系，消除了殺傷鏈中間隙。三是全球作戰。傳輸層利用太空域的全球覆蓋能力，以抗毀、頑存、彈性、分布式的網絡架構助力美實現全球兵力機動、全球監視、全球預警、全球通信、全球交戰與評估。

2 作戰運用場景構設

美基于聯合全域指揮控制概念構建全域作戰網絡，提供陸、海、空、天、網、電各作戰域戰場態勢，允許任一軍種的作戰人員在任何時間、任何地點訪問、傳輸信息。傳輸層與各大功能層緊密耦合，協同高、中、低軌其他星座，構建了一個抗毀頑存、靈活敏捷、路徑多樣的太空網狀網絡，提供跨域態勢感知、全域全維信息融合、智能輔助決策、跨軍種指揮控制能力。

作戰運用模式分析

傳輸層以殺傷鏈閉合為目的，以向各軍種提供殺傷鏈方案為目標，對殺傷鏈“發現-定位-跟蹤-瞄準-交戰-評估”全鏈條一體化賦能，打通聯合全域作戰聯通“壁壘”，提升殺傷鏈閉合成功率，其作戰運用模式大致可描述為：①發現、定位。監管層衛星無縫過頂對重點區域持續不間斷監視；數據經星上處理后通過衛星通信鏈路傳至指揮控制系統，結合多域傳感器數據，經判讀處理，生成并持續更新通用作戰圖，快速發現導彈發射車、水面艦艇群、空中機群等重點目標，獲取目標位置、速度等信息，通過傳輸層與全域作戰單元共享，實現戰區情報一體化獲取、處理、分發，將太空能力推送到戰術邊緣。②跟蹤。跟蹤層對目標進行接力式跟蹤，持續更新目標信息。根據不同目標特性，調配陸、海、空、天基傳感器或引導火控系統，瞄準目標，生成高精度目指信息。③瞄準。指控系統融合處理多域傳感器信息，實現對目指信息的全面掌控，確認打擊目標，形成作戰指令。④交戰。傳輸層快速傳輸目指信息和全域指控系統生成的作戰指令，連通作戰單元，實現傳感器到射手的鏈接，引導陸、海、空等全域打擊力量高效協同，形成對時敏目標的殺傷鏈實時閉合、全域毀傷能力。⑤評估。利用持續獲取天基情報、監視與偵察（ISR）數據，對比打擊前后變化，判斷毀傷效果，評估作戰效能，規劃后續行動，實現殺傷鏈的快速閉合與重置。

作戰運用場景構設

場景一：對抗環境下的自組網通信。傳輸層衛星利用星間光學鏈路，自動構建“無線自組織網絡”，通過不斷執行鄰域自我發現、自我加入和自我修復操作，即便網絡的一部分由于故障或對抗性攻擊而降級或無法運行，傳輸層網絡能夠使用剩余的網絡元素檢測中斷、恢復和自我修復，具備強對抗環境下的彈性抗毀通信能力。

場景二：跨星座情報信息分發。在地球一端獲取的偵情信息可能受限于視距范圍與地面站地理位置，無法直傳地球另一面的戰術末端。傳輸層通過配備Ka 頻段鏈路、16 號數據鏈、綜合廣播系統、指揮控制與通信模塊，能夠將戰術末端作戰單元進行耦合。例如：地球同步軌道捕獲的信息可分發至傳輸層，傳輸層既可利用綜合廣播系統將信息發送至區域指控和情報中心，也可以通過激光通信鏈路進行星間接力，將信息傳輸至所需的戰術用戶（航母、飛機、作戰人員）。這種跨星座之間的協同配合，可以實現跨域態勢感知、全域信息融合。

場景三：全球范圍內的實時天基測控。傳輸層衛星由于其強大的光學星間鏈路通信中繼能力，任何1 顆衛星均可實時與另外任意軌道的衛星進行光速通信，能在天基測控領域發揮重大作用，助力美軍實現“一處測控、全球響應”的星座在軌管理模式。

場景四：拒止環境下的GPS 導航備份。傳輸層通過光學星間鏈路可確保每顆衛星實時知曉自己的精確位置和時間信息，再將位置和時間信息編碼到各種數據信號中進行傳輸，可助力美軍構建起獨立于GPS的備份導航網絡。

場景五：增強超高聲速武器的攔截能力。美軍將高超聲速導彈、洲際彈道導彈等先進武器視為重大威脅。跟蹤層對先進導彈跟蹤識別后，可利用傳輸層將威脅信息近實時傳輸給一體化防空和導彈防御網絡，提供實時信息支撐，提高對運載火箭、導彈的防御作戰能力。

3 幾點思考

（1）傳輸層是驅動聯合全域指揮控制愿景實現的關鍵要素，旨在提供一種新的能力

目前，美國各軍種都有自己的方式來整合聯合全域指揮控制，本質上聯合全域指揮控制只是確保它們都有相同的網絡基礎設施來相互交換信息。太空發展局負責人德里克·圖尼爾表示，傳輸層就像是骨干，是實現一切互相聯系互相通信的基礎，主要解決集成問題，即將多個軍種工作整合到一個具有凝聚力的體系中。按照太空發展局計劃，美國防部及各軍種所有的指揮和控制（C2）系統都將鏈接到傳輸層，以實現聯合全域指揮控制，包括：空軍的“先進戰斗管理系統”（ABMS），該系統研發可互聯包括衛星在內的不同傳感器的聯網技術；陸軍的可擴展的遠征情報地面站（TITAN），其目的是將來自多個軍事戰術情報、監視與偵察衛星的數據融合到戰場指揮官的通用作戰圖像；海軍的“海軍綜合火控-防空”（NIFC-CA）系統，可將機載傳感器平臺與水面艦艇相連接（如：E-2D 預警機、F-35C 戰斗機），發現敵機或導彈后，可將數據傳輸到“宙斯盾艦”（Aegis Combat Ship），并由艦艇發射防空導彈進行攻擊。

（2）傳輸層與高軌星座協同配合，助力廣域、泛在通聯

美高軌通信衛星包括以寬帶衛星通信系統（WGS）、窄帶衛星通信系統（MUOS）、受保護衛星通信系統（Milstar）為代表的38 顆軍事通信衛星。這些衛星部署在地球同步軌道,具有“以天瞰地”的高位優勢，理論上3 顆即能實現全球覆蓋,但對于單顆衛星，在具體某一時刻受限于地面站地理位置分布與視距范圍，僅能實現區域范圍內可見。傳輸層作為星座最底層，先天具有低時延特性，通過配備Ka 數據鏈路、16 號數據鏈、綜合廣播系統等通聯技術，能夠將高、中軌星座與戰術末端緊密耦合，實現“一點觸發，直達末端”高效通聯模式，發揮廣域、泛在通聯最后“一公里”。需要說明的是，按照美軍觀念，傳輸層等低軌星座與高軌通信衛星并非完全取代關系，考慮到目前低軌星座采用的均為小衛星，單星容量與抗干擾能力仍相對較弱，尤其在復雜的電磁沖突中，仍需依賴高軌衛星作為保底通信手段。

（3）傳輸層與其他低軌星座冗余備份，提供多路徑、彈性信息通聯手段

通過商業方面成熟、新興的太空技術和新穎的系統架構，快速彌補現有軍事通信衛星在帶寬、敏捷、彈性等方面的不足，擴展、分散、多樣化其衛星通信路徑選擇，已成為國防部衛星通信向彈性抗毀轉型升級的重要舉措。這些既包括以“星鏈”（Starlink）為商業性質代表的軍事應用開發，也涵蓋以太空發展局為代表的軍用性質傳輸層搭建。從星座布局看，兩者均是基于商業技術部署的大規模低軌星座，采用全新的大規模多層系統體系設計理念，采取大規模和分布式提升應對現實威脅的彈性，以及應對新興威脅的快速演進更新能力。這與美國天軍前期在《美國天軍衛星通信愿景》提出的“作戰型”衛星通信彈性、抗毀等概念是一脈相承的，可視為其初步探索實踐。盡管在軍商性質上有所差異，但本質上均提供了多路徑、彈性的信息通聯手段。一旦爆發類似俄烏沖突等事件，可互為備份，即便其中一個系統全部癱瘓，另一個系統也可為作戰人員持續提供通信保障，確保對抗條件下的信息通信不間斷。