这77颗卫星，对美国国家安全至关重要
来源：卫星与网络 作者：唐龙
本文节选自《美国太空部队》，原文是美国传统基金会在美国太空部队成立后，对美国太空力量的研究评估报告。
报告介绍了美国成立太空部队之前太空力量的发展情况，存在的问题，以及面临的挑战。然后介绍了美国国防部推动太空力量走上“正轨”的两个阶段性措施。鉴于军用太空平台发射运营涉及机密，作者采取介绍美国现有公开军用卫星星座运行情况、与中俄近年太空发射数量比对等方式，介绍了美军的太空作战能力。
由于太空部队所部署太空资产的机密属性，列出其具体能力水平是一项极具挑战的工作，更不用说评估部队执行任务的能力了。毫无疑问的是，美国目前的情报、监视和侦察（ISR）、导航和通信卫星系统是任何其他国家都无法匹敌的。这一系列的装备使得美国太空部队和它的姊妹军种能够发现、解决和锁定来自地球表面任何陆地或海上的威胁。
太空部队的规模可以通过其卫星星座和地面站持续满足情报、监视和侦察，指挥与控制、通信、天气预报和导航需求的能力，以及其修复或扩容的能力、强大而可靠的发射能力来阐述。
太空部队的任务是通过卫星网络、地面雷达、地面站和态势感知节点来完成的。2018年，美国空军部长称，“美国空军运行着77颗对国家安全至关重要的卫星，为世界提供通信、指挥与控制、导弹预警、核爆炸探测、天气预报和全球定位服务（GPS）。”这些卫星的能力现在由太空部队掌控。
在美国太空部队控制之下，最著名的卫星群是全球定位系统。该系统为世界各地数以百万计的用户同时提供授时、测速和精确导航服务。需要24颗这样的卫星组成卫星群，才能提供无缝的全球覆盖，而31颗卫星（其中7颗备份星）目前已经在轨。GPS III是该平台的最新升级型，具有更强大的抗干扰能力。此外，它可兼容其它全球导航卫星系统（GNSS），如欧洲的“伽利略”系统和日本的准天顶（Quazi-Zenith）区域卫星定位系统，这使美国的全球定位系统具备极佳的可靠性和弹性。
天基红外系统是一个集成的卫星星座，旨在提供导弹预警并为导弹防御提供拦截线索。该监视网络设计的是将3颗高轨卫星（HEO）和8颗地球同步轨道（GEO）卫星结合在一起，每一颗卫星都与地面数据处理和指挥控制中心协同工作。
天基红外系统高轨卫星可按指令进行轨道高度调整机动，这意味着这些卫星可以根据任务需要机动到更佳的轨道/观测点。这些平台安装有由短波和中波红外传感器组成的扫描阵列，可以探测到接近地面的红外辐射活动。相关研发于1996年开始，第一个天基红外系统高轨卫星有效载荷（HEO-1）于2006年6月交付，随后在2008年3月高轨卫星-2（HEO-2）交付，该星将灵敏度超过该项目计划指标的传感器送入轨道。高轨卫星-3（HEO-3）和高轨卫星-4（HEO-4）分别于2014年12月13日和2017年9月24日被送入轨道。
在第一个高轨卫星群建立后不久，在成本、进度和性能方面出现了问题，美国空军决定仍保持原来的进度，但减少天基红外系统星座地球同步轨道（GEO）卫星的数量。2017年，美国空军决定取消对地球同步轨道7号星（GEO-7）和8号星（GEO-8）的投资，提前结束天基红外系统的建设。到目前为止，已有4颗天基红外系统地球同步轨道（GEO）卫星进入轨道，最后2颗（GEO-5和GEO-6）预计将分别于2021年和2022年发射入轨。
从天基红外系统撤销的资金将转移到一个新项目，下一代过顶持续红外项目（OPIR），其中将包括一套新的地面控制系统。该项目的目标是通过营造竞争环境，提供弹性的太空探测和跟踪能力，其中包括持续跟踪火箭推进技术的最新进展。预计2023年将开始部署具有战略意义的卫星星座来提供导弹预警。
国防支援计划卫星设计用来探测射向美国及其盟国的洲际弹道导弹或潜艇发射的弹道导弹。它的次要任务包括探测太空发射任务或核武器试验/爆炸。国防支援计划卫星星座位于地球同步轨道上，利用红外传感器在地球背景下接收助推器羽流产生的热量。
第一阶段在1970-1973年，将4颗卫星送入轨道；第二阶段从1975-1987年，将9颗卫星送入轨道；第三阶段从1989-2007年，发射10颗国防支援计划卫星。虽然第三阶段的国防支援计划卫星已经长期服役，远远超过它们的设计寿命，其可靠性完全超出预期，其中至少5颗，甚至多达8颗仍在可靠地提供数据，目前已与天基红外系统项目地面站集成或由其控制。
美国太空部队通过天基太空监视系统（SBSS）保持对太空物体的态势感知。天基太空监视系统计划以一颗被称为中段空间实验卫星（MSX）的单一先进概念技术试验卫星开始，该卫星试验了包括太空红外成像望远镜（SPIRITIII）在内的多个系统；紫外线和可见光成像仪及光谱成像仪（UVISI）；天基可见光传感器（SBV）；以及机载信号和数据处理器（OSDP）系统。在天基可见光传感器（SBV）失灵后，中段空间实验卫星于2008年6月停止运作。后续卫星天基太空监视系统1（SBSS1）于2010年9月26日发射。SBSS 1运行在约630千米的轨道高度，利用各种传感器跟踪人造轨道物体和太空碎片，目前，它仍在继续工作。
空间跟踪与监视系统-ATR（STSS-ATR）卫星是一颗研究、开发、测试和评估（RDT&E）项目/卫星，2009年5月5日由美国导弹防御局送入轨道。发射这颗卫星的目的是将其作为一个测试平台，探索导弹防御的不同能力和技术。
地球同步空间态势感知计划（GSSAP）是一个由美国空军和轨道科学公司秘密开发的机密空间监视星座。它的任务是向美国战略司令部提供一个太空监视网络（SSN），用于精确跟踪和描述人造轨道物体。地球同步空间态势感知计划卫星采用光电传感器来收集地球同步轨道带的卫星和其他物体的信息。这组卫星位于近地球同步轨道上，每颗卫星都是可机动的，这使其能够执行交会和近距离操作（RPO）任务，即“在感兴趣的常驻太空物体附近进行操作”。
2014年7月28日，前2颗地球同步空间态势感知计划卫星成对发射，第2对于2016年8月19日送入轨道。这些系统及其发射细节都是保密的，根据目前掌握的情况，第3对卫星于2020年下半年发射，这将使这个星座在2020年底前增加到6颗卫星。
自1962年以来，美国国防气象卫星通过国防气象卫星计划（DMSP）一直在为美国军事行动收集气象数据并提供气象预报。
目前，2颗正在轨运行的DMSP卫星位于近地轨道（LEO），轨道高度约830千米。这些气象卫星的主要传感器都是光学传感器，每个传感器都能提供大约2960千米宽的区域云层覆盖情况连续可见光和红外图像。每14小时完成一次覆盖全球的气象特征数据采集。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）自1998年以来一直负责维护和操作该项目，现在它已交由太空部队管理。
美国国家极轨运行环境卫星系统（NPOESS）具有先进的微波成像测深数据产品，可改善对海洋表面风速和风向的预报，这是预报天气的一项主要因素。NPOESS 1卫星于2013年发射，NPOESS 2卫星于2016年发射；NPOESS 3卫星和NPOESS 4卫星计划分别在2023年和2026年发射。最终，3颗NPOESS卫星将在3个轨道平面上运行，取代双卫星的国防气象卫星计划（DMSP）星座。由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）运营的4颗地球同步轨道气象卫星（GOES）还向美国国家气象局提供北部、中部、南美洲以及大西洋和太平洋的地面和空间天气数据。
太空部队将于2021年部署下一代气象卫星，即微波气象系统后续卫星（WSF-M）。微波气象系统后续卫星将是1颗近地轨道卫星，具有绘制地面气象的无源微波成像能力，以及监测太空气象的另一种设备。WSF-M被设计用于覆盖海洋表面矢量风、热带气旋强度和美国国防部目前气象监测能力中近地卫星-3（LOE-3）欠缺的能力——“高能带电粒子”。这个星座将包含的卫星数量尚未确定，但第一颗卫星目前计划在2023年发射，也将由太空部队操作。
军事星（Milstar）是1980年设计的一种卫星通信系统，为国家指挥当局提供可靠的、低截获性或低可探测率的全球通信能力。该技术依赖由5颗卫星构成的星座，用以克服敌人的干扰和核打击的影响，最初部署时，被认为是国防部最强大和最可靠的卫星通信系统。
继军事星之后的是先进极高频系统（AEHF）。通过该系统，太空部队可为联合部队行动提供卫星网络，允许国防部为世界上任何地方的高优先级的地面、海上和空中军事资产提供安全、抗干扰的通信及指挥控制（C2）能力。目前的先进极高频系统卫星群包括5颗地球同步轨道卫星，第6颗定于2020年发射。
国防卫星通信系统（DSCS）拥有7颗在轨运行的卫星，为国防部、国务院和国家指挥当局提供核加固全球通信。该系统能够提供具有高数据率和强抗干扰能力的通信保障。
宽带全球卫星通信（WGS）是一个军种联合项目，由美国空军和美国陆军，以及澳大利亚和加拿大等国际合作伙伴共同出资，供国防部门和国家指挥当局使用。一度被称为“宽带填隙卫星”，WGS提供超高频（SHF）宽带通信，使用直接广播卫星技术为美国和盟军提供指挥与控制保障。该系统具有强大的通信能力，采用相控阵天线和数字信号处理技术，能提供灵活的通信组网结构，且卫星寿命长达14年。
每颗WGS卫星都能在其视场范围内覆盖19个独立的区域，而星座作为一个整体可以向位于北纬65度至南纬65度（北极圈和南极圈145千米以内）之间的作战人员提供服务。每颗卫星包括8个可操控和可变形的X波段波束，由可独立收发的相控阵天线控制，10个可操控的Ka波段波束，由独立可操控的碟形天线提供服务，以及1个X波段地球覆盖波束。该系统允许任何用户通过近1900个独立可路由的子信道与其他用户通信。
首颗WGS 1型（Block 1）卫星于2007年11月10日进入轨道，随后第2颗和第3颗分别于2009年4月4日和6月12日发射入轨。2012年初-2015年7月，作为WGS卫星2型（Block 2）的一部分，又发射了4颗卫星，随后在2016年、2017年和2019年又发射了3颗卫星。每一颗WGS卫星的寿命预计为14年。
在20世纪90年代末和21世纪初，空军开始开发和部署天基雷达卫星星座。该项目（称为“长曲棍球”（Lacrosse）/ Onyx），共发射了5颗卫星，每颗卫星携带一个合成孔径雷达（SAR）作为主要成像传感器。合成孔径雷达系统能够穿透云层并高分辨率成像，具备探测隐藏目标的潜力。“长曲棍球”曾经面临计算机处理速度、数据传输率和时效要求较高的图像中继等方面的挑战，目前可能已经解决，这进一步扩大了这个系统的能力和作战用途。
雷达成像，结合星载信号情报（SIGINT）、电子情报（ELINT）、测量与特征情报（MASINT），以及向世界各地的作战人员提供实时情报的能力，使美国获得了重大的竞争优势。美国太空部队用于这些任务的卫星数量很可能超过美国空军部公开承认的77颗。虽然目前在轨卫星的能力和规模还不能完全满足各作战司令部的需要，但鉴于美国越来越强的太空发射能力，应能弥补卫星能力的不足，具备随需随发的应变能力。
太空部队负责管理国家安全航天发射（NSSL）项目，这主要是一个国防采办项目，从私营公司获取发射服务，将国家安全卫星送入轨道。目前，国家安全航天发射项目使用联合发射联盟的“阿特拉斯-5”型运载火箭（宇宙神Ⅴ号运载火箭，Atlas V）和“德尔塔IV”型（Delta IV）重型运载火箭，以及太空探索技术公司（SpaceX）的“猎鹰”9号和“猎鹰”重型运载火箭来发射国家安全有效载荷。2018年，美国空军授予航天发射公司3份发射服务协议，用于开发国家安全航天发射项目第二阶段所需的运载火箭。太空部队将在2020年晚些时候授予2份发射服务采购合同，赢得竞争的2家供应商将为太空部队提供2027年前的发射服务。
2010年，包括美国国家航空航天局（NASA）在内的4个组织参与了向太空发射载人和无人系统的工作。他们总共进行了17次发射，其中包括3次航天飞机发射。相比之下，俄罗斯和中国政府各自向太空发射了16次。今天，美国6家私营公司正在积极参与将卫星送入轨道的工作，仅太空探索技术公司（SpaceX）一家，一年之内从美国发射的火箭总数就增加了一倍以上。
美国按组织计算的发射总量
美国、中国和俄罗斯的航天发射情况