
传输层卫星是美国太空发展局正在为美军开发的“国防太空架构”(NDSA)的重要组成。“国防太空架构”由传输层、战斗管理层、跟踪层、监管层、导航层、威慑层及支撑层7层组成,目的是构建由海量卫星组成、遍布全球、实现对战场态势的有效感知和通信。2023年,“国防太空架构”发展为“扩散作战人员空间架构”(PWSA)。美国太空发展局认为,“国防太空架构”和其发展“扩散作战人员空间架构”是统一整合美军下一代太空能力,实现联合全域指挥控制(JADC2)的天基基础,而作为通信骨干的传输层卫星,其重要性不言而喻。
与以往美军用卫星研发所不同的是,传输层卫星具有需求数量大、迭代速度快的特点,对于传统的卫星研发和采办流程提出巨大挑战。美太空发展局在DARPA等美军内部科研机构研发成果的基础上,通过运用商业化策略、借鉴SpaceX等公司发展经验、基于成熟商用平台研发等,初步实现了“控制成本、追赶进度”的目标。
传输层卫星情况简介
美太空发展局为美太空军打造的“扩散作战人员空间架构”的传输层,由遍布全球的数百颗小型卫星组成。数百颗传输层卫星组成的卫星网络将成为美军联合全域指挥控制的天基骨干通信网络,负责将遍布全域的传感器和效应器进行有效连接,以实现联合全域指挥控制目标中所期望实现的各作战单元之间的实时、低延迟、大容量通信。
传输层卫星主要依靠综合广播服务(IBS)、Link 16数据链、光学星间链路及组网协议4种手段实现其与传输层卫星星座外各节点的沟通,在4种手段外还兼容了多种通信波段。传输层卫星在整个联合全域指挥控制中起到提供可靠、高韧性、低延迟通信的能力,同时负责“扩散作战人员空间架构”中其他六层的连通与实时通信。传输层卫星的数量之多、分布范围之广,体现了强大的通信能力是美军遂行联合全域作战的基础。
除以上提到的4种手段外,传输层卫星还针对频谱管理等进行一定优化,使其满足多频段传输需求。针对不同传输手段进行网络安全优化,通过引入零信任策略等满足网络安全需求。传输层卫星从设计伊始便考虑到全球定位和授时能力建设,快速定位以实现捕获和交链功能。传输层卫星的设计还考虑到正在研发的“战斗管理指挥控制和通信(BMC3)”兼容与对接,当前传输层卫星仅满足于实现链路畅通,未来还将以实现资源的管理、协调和分配为重要目标。
传输层卫星供应商、卫星数量及单价表

目前,传输层卫星的开发和部署主要分为第0期、第1期和第2期3个部分组成,3期总共计划将355颗卫星送入太空。
第0期由19颗卫星组成,其中,洛克希德·马丁公司研制10颗卫星,约克航天系统公司研制9颗。按照美方有关资料披露,第0期传输层卫星以测试任务为主,主要检验光学星间链路性能、综合广播服务对于不同地区的传输能力及信息交互至BMC3系统能力、卫星利用Link 16链路向地面用户传输数据和接收数据的能力以及在不依赖全球定位系统下的定位、导航、授时(PNT)能力。第0期传输层卫星分为A、B两组,其中A组卫星作为整个星座的网络基础设施,B组卫星通过综合广播系统(IBS)和Link 16进行通信。A组卫星均匀分布作为基础,B组卫星则支持在特定时间内对特定区域的覆盖。传输层卫星第0期虽然已经具备了传输层卫星的诸多特征,其目标聚焦于实现特定区域低延迟数据连接及与地面设施的全球链接能力。
第1期由126颗卫星组成,洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和约克航天系统公司分别负责42颗卫星的研制工作。第1期126颗卫星分别部署于6个轨道面,卫星之间可依靠光学星间链路进行信息交互。相较于第0期,第1期传输层卫星将采用以任务为中心的载荷配置,为美军提供全球性通信接入、持久的区域加密、低延迟的连接。第1期传输层卫星在功能上是第0期的强化,整体设计和功能趋于成熟,实际作战效能更强。第1期传输层卫星将于2024年9月展开部署。
第2期由210颗卫星组成,总共分为Alpha、Beta及Gamma3个部分。Alpha卫星总计100颗,其中诺斯罗普·格鲁曼公司负责38颗,约克航天系统公司负责62颗。Alpha卫星分为低轨和高轨两部分,其中低轨由4个低倾斜轨道面组成,每个轨道面19颗卫星;高轨由6个高倾斜轨道面组成,每个轨道面4颗卫星。单个Alpha卫星搭载Ka波段任务载荷、网络和数据路由子系统、导航子系统、S波段备份遥测、跟踪和控制子系统、4个光通信终端、BMC3模块,具备使用Link 16数据链及导航子系统内的全球导航卫星系统(GNSS)态势感知能力。首批Alpha卫星计划于2026年开始交付。Beta卫星均在较低轨道运行,总计90颗,诺斯罗普·格鲁曼公司公司负责36颗,洛克希德·马丁公司负责36颗,火箭实验室公司负责18颗。

