王景泉（北京空间科技信息研究所）

美国提升军用航天弹性的白皮书解读

王景泉（北京空间科技信息研究所）

近年来，发展军事航天器的国家越来越多，竞争加剧，美国对军事航天系统的依赖性进一步增强，使其必须发展能力强和高效率的军事空间系统，才能保持优势和领先地位。因此，多年来美国一直在探索如何在新的国际环境下，走出军事航天发展的新路。

1 引言

2013年8月，美国航天司令部发表了《弹性和分散化空间体系结构》白皮书，提出冷战时代确定的军事航天体系结构已无法适应今天的国家安全和作战需要，当今太空的敌对方威胁和碎片威胁，电脑网络威胁和预算限制，成为当今军事航天体系结构必须面对的新问题。为此国防部正在进行一系列的改革，增强军事航天活力，降低成本，提出构建弹性和分散化空间体系结构的新聚焦。特别提出利用小卫星分解大平台、搭载政府有效载荷等分散化（disaggregation）等思路与策略，使得军事航天计划在能力、可持续性和弹性之间寻找平衡点，保证关键的军事和情报获取等太空设施能不间断地访问。空间计划未来的体系结构必须从现在起开始改变，由于现在的星座体系大部分要应用到2030年，如果等到那时再发展新的空间系统，就为时太晚。针对预算紧缩的难题，政府采取了称为“减扣”（sequestration）的逐项自动预算扣除政策，扣减比例约在8%～9%之间，于2013年3月1日生效。仅2013年军事航天的运行和维护预算就从32亿美元减少到5.08亿美元。

空军的“天基红外系统-高轨道”卫星

根据白皮书构想，2014年夏美国将完成2020年创新能力的未来军事航天体系结构研究美国采取的应对策略，根本思路是将提高系统效能作为保持领先地位的新途径，主要包括重视挖掘系统潜力，利用已有多种资源；注重实用性，逐步快速提高能力，保持骨干系统的稳定运行等。在调整发展策略时，对主要军事空间计划提高能力，全面梳理创新计划，创新思路从新概念创新向创新实用型新系统转移

2 美国军用卫星系统急需提升弹性

美国对军用卫星系统依赖性不断增强引出的问题

美国向来将主宰太空作为提升军事能力的关键领域。因此其国家空间政策和国家安全空间战略都一直强调通过确保访问太空和有效利用太空资源而形成战略优势，从而进一步强调必须保持前沿技术能力的开发。否则必然出现能力的缺口，降低战略优势，进而所有作战领域都可能出现增大脆弱性的问题。然而作为世界上太空系统发展最领先和对军用卫星系统依赖性最强的国家，美国在近10-15年来，军事太空系统发展却出现越来越严重的问题。国防部的许多军事空间计划都经费超支和计划推迟，如空军的“天基红外系统-高轨道”（SBIRS-High）、空军的“先进极高频”（AEHF）防护型通信卫星系统、国家侦察办公室的“未来成像结构”（FIA）中的光学成像侦察卫星系统等，不得不进行调整甚至取消，美国军事航天系统发展一度进入低谷。这些问题严重影响了美国近期空间能力的有效性和可访问性，远期将继续威胁持续发展的活力和未来前景。这些问题严重影响了美国军事航天的持续进步，概括起来主要表现在：

（1）要求越来越高，卫星越做越复杂，系统越来越脆弱

美国许多国家安全性空间计划都是具有显著技术性能的高能力系统，对卫星要求越来越高，每种卫星越做越复杂，导致整个系统结构越来越脆弱。在几个重要的任务领域，由于不能承受单点故障而失败，使得关键能力出现严重缺口。同时，美国还认为，由于敌对方总是试图削弱美国军事太空的优势，上述情况使得敌对方可以较容易找到重要空间系统的弱点，对卫星和地面系统实施直接攻击，因此美国不得不为解决系统弹性付出巨大的代价。

（2）越来越长的研制周期严重阻碍技术进步

许多空间计划都不同程度存在过长的研制周期和快速进步的技术升级相矛盾的问题。对于较大的空间计划，往往需要10年甚至更长的时间才能交付卫星，部署日期也经常后推3～4年。在这些情况下，主要系统所利用的技术在寿命结束时甚至比可用的商用现货落后一代至两代，严重制约了空间系统的技术进步，结果使美国竞争优势最强的技术创新受到很大损害。近年，研制周期延长几年的现象已很普遍，特别是当今军事空间系统处于安全威胁的时代，研制周期的延长对技术进步的影响越发严重，使美国太空系统应对能力正在走下坡路，急需改变局面。

（3）成本越来越高，空间工业的信誉越来越差

美国国家安全类的许多空间计划，或者已经出现了非常高的成本超支，或者计划本身固有不可预测的采购成本，单颗卫星的成本甚至已经超过10亿美元。在10个最大的空间计划中，平均单星成本超支100%，间接成本和运载火箭成本也在迅速攀升。过去10年期间就出现了15项以上最高限度突破而取消的项目。国家侦察办公室的大型“未来成像结构”中可见光成像部分和“转型通信卫星”（TSAT）就是依据此法案取消的计划。

这使空间工业的可信度在国防部和国会中严重降低了。预测未来，预算压力会变得更加严重，成本超支将使空间工业潜在着越来越大的危机。为此美国只好关闭“国防开支的井喷”，对难以维持的项目叫停。这种状况如何改变成为美国军事航天系统亟待解决的严重问题，迫使美国探索新的发展途径。

美国在研究军事航天投资战略时，国家空间政策和国家安全空间战略对军事航天系统发展总的形势判断是：在空间领域不断增加着拥挤、争夺和竞争的态势，提升空间态势感知能力迫在眉睫；面对激烈争夺需要联合更多国际合作伙伴研究新的太空行动规则；在竞争的空间环境中，美国空军和国防部近几年最重要的任务是装备高效率的军事太空系统。基于这些对形势的基本判断和要解决的主要问题，美国重新研究应对挑战的战略，调整投资重点，采取新措施。

改变军用航天的发展策略成为破解发展难题的当务之急

面对新的难题，保持现有系统关键功能的连续性将更加困难，必须要改变现状，从已有的途径转向新的思维，需要选择有效的系统结构，调整发展途径。

（1）突破徘徊于十字路口的被动局面

多年来由于创新思维的膨胀，美国太空领域制定了很多超前的计划，使得似乎总是处于需要抉择的困境，“十字路口”俨然成为难以改变的主题。创新和保持先进能力的权衡出现的一个又一个十字路口，一直在干扰着有效地发展。特别是2012年以后，十字路口的性质或者说内涵发生了更为严重的改变。由于对航天领域的多种威胁空前增大，加之成本和计划的执行、经济和预算的压力等问题，引起的用户减少情况日益严重。太空系统的脆弱性也引起越来越多的关注，对于一直以来以太空系统主宰的任务，也不断提出用具有更高可信度的太空以外的系统替代。未来的太空挑战增加了多个主线，特别是军事太空间系统已经被贴上了太昂贵、难以解除的风险和面对反制很脆弱等标签，用非太空系统替代太空系统的呼声引出了新的问题。若要提升发展军事太空系统的优先权，必须先解决军事航天系统本身存在的问题。

（2）提出弹性和分散化的战略思路新聚焦

新的战略思路主要是军事航天体系结构聚焦于弹性和分散化。卫星星座和空间体系结构的弹性的定义是：当面临系统故障、环境变化和敌方威胁时，系统的体系结构继续提供要求的能力。 分散化的空间体系结构是可改进弹性的一种策略，可提供权衡成本、进展、性能和风险的途径，以提高灵活性和生存能力。分散化空间体系的定义是：天基任务、功能和敏感器分散穿越多个系统，跨越一个或多个轨道平面、平台、主卫星或卫星领域。分散化系统设计可提供消除威胁、在敌方采取行动时保证生存能力，开发重构、恢复和不利事件发生后可运行的手段。分散化亦能降低成本，能在快速变化的安全环境面前形成更具弹性的空间体系结构。

概括起来，美国提出了5种分散化途径：分离模块、功能分解、搭载有效载荷、多轨道配置、多域分布。每一种途径均有其着重点和优势，适用于一定类型的卫星任务。但对于分散化来说，没有一种途径适合所有任务。

分离模块途径是卫星系统分解成多个模块，模块之间通过无线实现在轨的功能支持，整体上构建并最终交付单体卫星系统应具有的能力。这种途径可在不更换全部卫星的情况下，升级或更新部分模块，这样降低有效载荷质量，增加发射机会，降低集成和检验成本，具有较高抵御风险能力。

功能分解途径是将以前装载在单一卫星系统的多个敏感器和截然不同的子任务，分散到单独的平台上，如“先进极高频”卫星可分解成战略抗核加固和战术通信两种独立的平台。这种途径可以降低平台的复杂性，提高作战要求的稳定性，缩短采购时线，可牵引与需求更快匹配的途径，获得更快刷新技术的机会。可在系统和整星级降低成本，发射成本和发射载荷规模、复杂性之间的协调，也可降低全部体系结构成本。

搭载有效载荷途径和功能分散途径有相似之处，目前正在进行多种验证。在不需要单独研制卫星平台的情况下，利用搭载卫星的电源、处理、热控、姿控等平台能力可实现单独卫星所具有的功能。搭载可降低成本，也是国家太空安全的手段，使得敌对方攻击牵涉到商业卫星而变得难以操作。搭载途径已经显示出有前途的结果，但也需要认真对法规和可用性等问题进行权衡。

多轨道配置途径利用多个轨道平面的优势，可提供多种覆盖，也可使敌对方攻击时，增加复杂性，提升弹性。气象卫星和过顶持久红外系统都采用这种轨道结构，提供必须的地理覆盖。如气象卫星，采用静止轨道提供连续覆盖，而又采用太阳同步轨道，提供周期性的重访。对满足任务需求和提升弹性均有意义。

多域分布途径比单纯太空领域分布具有很多优势，如美国空军航天司令部的地基雷达和过顶持久红外敏感器的协同贡献是能够进行发射探测并具有导弹跟踪能力。这也是最具弹性的途径。但该途径很复杂，必须协同设计牵涉有关领域的完整方案。如可利用太空敏感器提供宽域覆盖，同时利用空、地敏感器提供战术覆盖等。这种途径与备份（替换系统）并行发展相比，具有更好地应对突发事件的能力。

上述5种途径各有优缺点，适用于不同的任务。其中分离模块途径，目前只进行概念研究，部分技术可能在F6以外的场合进行技术验证。功能分解途径计划对一些大卫星任务进行拆分。搭载有效载荷途径是目前的重点可能全面展开。多轨道配置途径和多域分布途径有望在今后的发展中逐步扩大范围。

（3）在目前策略之外寻求创新

如何应对新情况？需要在目前的策略之外寻找出路。创新是实现最佳发展的前提和基础，需要通过预测结果，引导将质量融入成本与流程的最佳化。无论是竞争对手还是合作伙伴，需要促进对新出现的非太空替代系统再次更快转向太空系统的改变，这是创新面临的新任务，因为真正的创新需要面对技术、交易、采购、操作等所有实际问题。

在国家安全任务的某些领域，太空是唯一的选择。但也只有将天空、太空和地面系统进行更好的集成，才能更快的形成实战能力，也才能根据终端用户提出的更快更便宜的需求，牵引出综合方案，使得各个部分所具有的低投入和低风险优点，通过能力的分层提供缓解固有风险。需要密切和用户的关系，尤其是采购领域的政府和工业部门，需要紧密合作，跨越目前的采购模式。“烟囱系统”和封闭的系统自主性，加大了成本。解决“烟囱系统”条块分割问题叫喊了多年，但并没有明显改变。构造的新体系必须是依靠多种能力的网络化概念，使多种能力能集成进运行系统。对空间系统，还必须实现任务的弹性，保证关键功能的连续性，并能在电脑网络攻击期间保证全部系统运行。

（4）充分利用验证成果，及时提升系统能力

美国军事航天正在按新战略思路，梳理创新，充分利用验证成果。

作战响应空间-2卫星在轨飞行示意图

“作战响应空间”(ORS)，为国防部确保空间能力及时地满足联合作战要求，进行了诸多验证。既考虑将ORS作为满足联合部队指挥员(JFCs’)需要的空间部分，同时也保持解决其他用户需求的能力，能改进空间能力的响应性，从而满足国家安全的要求。“作战响应空间”的创意为需要的弹性和分散性创造了机会，确保任何环境下访问天基能力，这是满足美国外交、信息、军事、经济全面需求的关键。对于发展模式、研制和采购有必要采取新的途径，以获得“作战响应空间”能力，提高空间操作效率。“作战响应空间”和“空间试验计划”（STP）适时地从美国国防高级研究计划局（DAPAR）转交到空军，以高效利用其验证成果。

美国国防高级研究计划局提出了“未来、快速、灵活、分离模块并通过信息交换连接的自由飞行的飞行器系统”（F6系统），实际上是用分离模块思路，集成应用代替整体大卫星，分离模块之间物理上不连接，但却可用无线传输数据甚至传输电源，这一创新的虚拟卫星概念，可推进卫星技术的快速进步，提高应用能力，是典型的分散化概念。该计划目前也暂时结束，但其技术试验却可能带来军事空间体系结构的革命性进步。

“提高军事作战效能的空间系统”（SeeMe），目的是向美国高机动性海外作战部队提供在遥远处和视线之外按需访问的天基战术信息，是提升弹性的验证系统。“提高军事作战效能的空间系统”可向作战部队提供作战周围情况的及时图像，作战人员只使用手持装置即可获得。所实现的近实时卫星图像能力，可用于战场制定作战计划。利用该小卫星星座，海外参战的作战部队（包括陆军士兵、飞机和舰艇人员）在手持机上就可看到全部作战现场，可在90min内接收到精确位置的卫星图像。快速部署的小卫星，每颗只需要50万美元。需要诸如移动电话工业、竞赛汽车、工业机械、医学的气体力学、CMOS固态器件等初期设计制造那样的工业新技术，为快速制造开发非传统理念的空间技术，重点对光学、电源、推进和通信系统进行创新，以减小尺寸和质量。该计划也为新战略思路的确定奠定了重要技术基础。

3 为提升弹性和战场实战能力进行发展思路的战略性调整

为了在投资紧缩的情况下保持并提高太空系统战场实战能力，美国全面调整军事航天发展战略的基本思路是充分利用已有的创新成果，大力挖潜，努力创造更大效益。

挖掘太空资源，拓展搭载军事有效载荷途径

（1）快速形成能力和降低成本的搭载途径

美国空军将搭载有效载荷作为比使用专用卫星更快、更便宜地部署必需轨道能力的途径。工业部门对此也有越来越强烈的要求，并希望空军扩大能解决问题的搭载有效载荷任务的数量和种类。空军决策者已经意识到，搭载有效载荷能改进任务的可提供能力并缩短交付时间。最近商业卫星的研制者和运行者表示，在未来的军事卫星通信领域，愿意充当更重要的角色。根据空军要求和工业部门的能力，认为搭载有效载荷可以满足许多军事通信要求。进而如果能满足空军扩展军事任务数量和种类的需要，就可以实现业务的快速部署和显著降低成本两大效果，提出多年的搭载愿望将变成现实而不再是遥远的可能性。

搭载美国“商业搭载红外有效载荷”的SES-2、3卫星

现在每年，世界范围的有关公司都会发射20多颗商业通信卫星，其中有相当部分的卫星质量超过6000kg。研究发现，这些卫星用于搭载业务存在巨大潜力。由于大多数卫星在设计过程中都会留有裕度，可以从质量、体积和功率等方面加以利用。政府就可以用来搭载诸如通信转发器、地球观测照像机和技术验证等有效载荷。之所以称为搭载有效载荷，是因为只需付出专门卫星成本的一小部分，政府就可获得一定能力，同时为卫星运营商提供额外的收入。但至今，搭载有效载荷所具有的优势，大部分商用地球同步轨道（GEO）通信卫星都没有充分利用。尽管美国政府和工业部门在军民双方协调会上表示从合同到文化都还存在一些障碍，但在当前政府机构在不断增加财政压力的情况下，用较少的钱干更多的事，搭载有效载荷正在得到更多方面的认同。空军空间与导弹系统中心（SMC）正在探索以更快的研制时间和更低研制成本进行开发，利用商业卫星系统提供军事卫星通信业务，不但成立了搭载有效载荷办公室，以更好地寻找和协调搭载有效载荷的机会，而且在近年的预算建议中为搭载有效载荷计划安排了预算。

美国空军利用由轨道科学公司（OSC）研制的、欧洲卫星公司（SES）运营的通信卫星，实施了“商业搭载红外有效载荷”（CHIRP）计划，验证未来导弹预警卫星使用的新型宽视场、持久性过顶的红外敏感器，获得了令人振奋的结果。按这一转向思路，如果能够按创新方式开放研制和飞行卫星有效载荷的模式，就可获得批发方式的资金节省，还能更快、更有效地完成任务。诺格宇航系统公司负责研制“先进极高频”卫星通信有效载荷，该公司也表示正在投资对提供低成本的保护性军事卫星通信的途径进行研究。他们引证增强极轨系统的经验，提出将极高频有效载荷搭载在保密的极轨卫星上，表示其有能力以更可行和更可提供的方式发展保护性通信有效载荷。

（2）突破应对挑战

尽管搭载有效载荷有很大好处，但无论对于卫星运营者还是潜在的用户，带来的压力都会贯穿计划的始终。目前的一个主要问题是搭载潜力的拥有方商业研制者和运营者，如何调整他们的设计和操作，使得既能满足独特的军事要求，又能缩短研制周期。例如与使用很小范围种类终端的大多数商业系统相反，军事终端有多种尺寸和类型，要求提供一定范围的可变能力。军事作战往往分布于全球，而商业系统则趋于集中在中心用户基地。此外，某些军事卫星通信系统还有严格的安全性和可利用性要求，并保证对飞行器的控制。商业系统如何满足这种要求也是问题。如军事通信有效载荷搭载在商业卫星上，就存在若干需要解决的问题。搭载的军事有效载荷往往使用极高频（UHF）和X频段等商业市场不使用的频段，而不是C和Ku等商业频段，就需要进行一些特别处理。再如美国军队和澳大利亚国防部队(ADF)在国际通信卫星-22（Intelsat-22）上搭载有效载荷，为部署在中东和阿富汗的两国部队提供极高频通信。从签订合同到实现轨道能力竟然用了35个月之久的时间，因为这种途径要求澳大利亚国防部队对极高频有效载荷增加的特殊比特进行压缩，需要时间。但因为选择搭载极高频途径节省资金超过1.5亿美元，美、澳军队仍表示支持这种途径。该计划的客观分析表明，搭载有效载荷相比单独研制卫星飞行有效载荷，经济上可节省50%，比租用能力节省资金180%。需要克服的另一个障碍是，从军事角度某些国防部的能力以搭载方式部署有效载荷仍有尺寸、功率、稳定性和敏捷性等难以解决的问题，如何突破利用专用的和定制的卫星才能满足的障碍还需要时日。保持国防部的专用卫星，利用搭载有效载荷解决增加回弹性的能力，不失为近期克服障碍的一种途径。

国际通信卫星- 22示意图

对大型卫星有效载荷进行拆分

预计美国空军将在2015年作出对某些关键的空间任务进行整体拆分等重新设计的最后决策。重新设计的总体思路是将目前飞行在大型卫星平台上的任务有效载荷拆分后装载到多颗小卫星上。这一分解有效载荷的概念，初期主要考虑两个具体的关键空间任务领域即核能指挥控制的保密通信和气象预报。

如果最后决策利用分解式概念发展分布式空间系统，将对空军最大的保密太空计划产生重大影响。防护型的“先进极高频”卫星由不同的有效载荷分别处理战略和战术通信链路，空军考虑将这两种有效载荷拆分后，分别搭载和装载在小卫星上，这一思路很可能引起“先进极高频”计划的重大调整。这种分解思路可使空军的防护型通信应对敌人的攻击具有更强的弹性，当然也可能提升空军保密通信能力的成本。

洛马公司用了多年的时间获得先进极高频的设计权，现在不可能轻易放弃或改变原设计方案，但洛马公司承认拆分的确是一个值得重视的途径。空军目前在轨运行着2颗“先进极高频”卫星，还要研制2颗以上的这种卫星，并已经为研制这些卫星订购了元器件。改变设计进行拆分需要在这些卫星之后考虑。

从采购和预算角度，拆分较容易实现，较之战场需要的其他方面的设计改变，具有可行性和更大优势。现在推动面向拆分转型的计划，采用小型、低成本的卫星在用户通知后相对短的时间即可研制和发射，从而支持快速反应任务。由于不是所有的卫星有效载荷都要求抗核辐射加固，分解AEHF系统，按战略和战术拆分将有重要意义。

由于在一个平台上集成多个敏感器存在脆弱性等严峻的挑战，因此分解军事气象卫星任务也具有很大的意义。

军民分开后，空军的军事气象卫星计划取消，主要原因是卫星的敏感器组合太复杂。将敏感器拆分分散装载到多个飞行器上，可能成为降低成本的途径。对性质上不适合融合的有效载荷进行技术上的分离，而不是设法勉强拼凑装载在同一颗卫星的公用舱内，这种方式可防止由于其他要求而使有效载荷负担过重，就可以最低成本实现更佳的任务设计。这种分解式概念，有利于开发高、低成本系统的混合星座。如果将研制顶层的、成本高、数量少的系统，与研制这种低成本的系统相结合，就可承受较高的风险，以更高的效费比方式构建更高级系统性能的星座，并实现较快的技术升级，提升系统能力。

发展混合型星座

所谓混合型星座，即一个卫星星座可以利用各种不同的轨道，有效载荷可以采取搭载和专用平台不同的方式、商业公用舱和定制公用舱相结合等多种方式，为使产生和处理的数据能更好地满足任务需求，各种有效载荷可以分散也可以集中。

对于空间系统结构，最好的选择是小型、不太复杂和更多数量平台的分散能力。这与目前将主要的能力集中于大型、更大能力和更少数量飞行器的趋势刚好相反。这种分布式途径，对于一个具体的任务最好一个最多两个有效载荷系统的配置具有最佳化的特点。它适用于先进的有效载荷和平台技术，简化系统复杂性，降低成本。不但适合于更快速和低风险的研制周期，而且对关键分系统和有效载荷技术的升级提供了更频繁的机会。这种方式将引导更平稳、更连续的生产计划，而且对空间系统集成者供应链的需求具有更强的预测性。由于单颗卫星较小也不太昂贵，发射运载的能力不会将性能和成本推到上限。基于同样的原因，任务保证活动也较容易做到。最终使得这种分解型和分布式结构将具有更强的生存能力和灵活性，在某种程度上也更有益于国际合作伙伴的参与。混合星座设计具有提供更强可使用性和回弹力的系统结构。在星座中引入低成本、短寿命和简单卫星系统的概念，和更昂贵、长寿命和高级的卫星系统相结合，不但可增强整个星座的系统性能和弹性，还可降低整个系统成本。

快速部署开发二级有效载荷发射新业务

美国空军正准备开发发射二级有效载荷新业务。计划从2014年开始，在美国政府发射大型卫星所使用的“改进型一次性运载火箭”（EELV）上，利用所设计的适配器发射二级有效载荷，初步计划每年将飞行6次。2007年在联合发射联盟公司（ULA）的宇宙神-5运载上发射了第一个“改进型一次性运载火箭”二级有效载荷适配器（ESPA），将一个空间实验计划任务送入轨道，此后空军和工业部门都积极推进这种服务。2009年，美国国家航空航天局（NASA）使用发射月球勘测轨道器的宇宙神-5火箭剩余的能力，搭载了“月球坑观测与感知卫星”（LCROSS）作为二级有效载荷，美国航空航天局艾姆斯研究中心和诺格公司的工程师利用该卫星观测到埋在月球坑中的水冰，对业界产生很好影响。受此启发，今后5年空军将利用“改进型一次性运载火箭”任务的质量裕度，开发发射二级有效载荷的机会。按尺寸定做的二级有效载荷适配器环，装配有敏感器、天线、推力器、通信和导航系统，将信息系统集中于半人马座上面级，然后将二级有效载荷投射到轨道。“改进型一次性运载火箭”的二级有效载荷适配器计划包括目前研制二级有效载荷适配器环和从2014年开始预计每年发射一次二级有效载荷适配器所提供的标准服务。未来的二级有效载荷适配器标准服务飞行将根据足够的剩余能力利用和任务配置要求进行。

作为二级有效载荷搭载的美国“月球坑观测与感知卫星”

被选为美国国家航空航天局向“国际空间站”的货运飞行器，即由空间探索技术公司研制的猎鹰-9火箭和由轨道科学公司研制的新大星火箭，就采用了了二级有效载荷设计。与此同时，该公司还在研制更大能力的二级有效载荷适配器新型号。最初二级有效载荷适配器环只简单地设计成在主有效载荷和火箭上面级之间装载每个质量180kg的6个有效载荷，现在客户要求装载自己的电子系统、太阳电池阵和能在轨道上机动的系统，二级有效载荷适配器需要增强。位于西雅图的空间飞行公司也在进行猎鹰-9火箭二级有效载荷市场空间的开发。该公司专门研制了二级有效载荷系统（SSPS），这是类似于二级有效载荷适配器的环行器，配有电子、电源和遥测系统，可增加每个质量达300kg的5个有效载荷作为二级有效载荷发射。另外该公司和安德鲁斯空间公司正在合作研制夏尔巴（Sherpa）飞行器，这是一种能进一步增加二级有效载荷系统能力的飞行器，可将二级有效载荷从主有效载荷任务轨道位置转移运送到希望的轨道位置。联合发射联盟计划扩大其二级有效载荷业务，正在开发发射运载剩余性能和容积的方案。宇宙神-5火箭发射保密的国家侦察局（NRO）有效载荷时，也作为二级有效载荷发射了11颗立方体卫星。小卫星装载在该火箭称为半人马座上面级靠近尾部的搬运器上，这一由美国国家侦察局和联合发射联盟研制的外部平台可容纳的二级有效载荷最大质量77kg。联合发射联盟可以为不同形状和尺寸的二级有效载荷提供各种内部和外部平台空间，所能容纳的二级有效载荷范围可从1kg的立方体卫星到按双星发射配置接近另一颗大卫星发射入轨的5000kg质量的卫星。

推动购买与租用卫星业务等多种商业模式

商业性卫星遥感业务和卫星通信业务用于军事都遇到了新问题。国家地理情报机构商业卫星图像的购买计划要进行调整，该机构和两个主要的图像提供商签订合同还不到2年，提供商又提出为下一代的卫星及基础设施投资的要求，为此国家地理情报机构不得不提出原来的购买计划规模缩减的决定。每年由美国政府购买商业通信卫星容量的投资超过10亿～12亿美元，以适应军事上不断增加的需求。美国政府使用的卫星带宽的80%从商业运营商购买，现在是世界上商业卫星容量短期租用的最大客户。在独立烟囱模式下，使用带宽的不同客户，不和政府相关客户协调，甚至确定购买容量的用户是谁都很困难。如果某一用户签署合同但实际上并没有使用，其频谱也不能再分配。诸如这类问题，国防信息系统局（DISA）解决的途径之一是通过称为“未来商业卫星通信业务采购”（FCSA）的新型采购模式对卫星能力采购程序施以现代化。国防信息系统局相信，“未来商业卫星通信业务采购”可允许研制者快速更新新技术，使供应商实现更优化的竞争。

4 注重将提高弹性和作战效能相结合

继续验证具有弹性的新型微小卫星系统

多年来，美国曾为解决战场成像侦察进行过诸多尝试，为提升弹性，美国军方开始转向微小卫星探索分散化发展思路。

美国天空卫星-1、2

美国天空箱成像公司（SKYBOX）还在为国防部建造称为“天空卫星”（SKYSAT）成像微小卫星星座，利用基于因特网的交付平台，向各种用户提供及时的数据。第一颗搭载俄罗斯火箭作为二级有效载荷于2013年发射。卫星的重要特点是采用“高性能绿色推进”（HPGP）系统，采用二硝酸胺燃料，较之常规轨道推进燃料，性能高，更简便更安全。卫星质量91kg，幅宽400km，分辨率1m，重访周期1天。

美国空军研究室正和萨里公司合作，开发将小卫星用于增强现有GPS系统，提出小卫星只装载GPS有效载荷，对现在信号难以到达的地区（位置）提供覆盖。空军研究实验室组织对“确认和分析怎样的小卫星能够改进诸如精度、覆盖和强健性等GPS系统系统性能，而成本又远低于过去的采购”，重点解决使GPS星座有更强的生命力和可选择体系结构等回弹力。使用小卫星迫使重新考虑系统要求及实现，必须依靠更多创新选择最佳方案。

提高弹性的快速发射和快速访问新能力

“机载发射辅助空间访问”（ALASA）计划的目标是较之目前的军事和美国商业卫星发射，成本降低至1/3。目前小卫星的发射一般3万美元／磅，而且需和其他卫星共用运载器。“机载发射辅助空间访问”计划寻求每一次能发射100磅的、包括测距支持成本在内低于100万美元的小型发射系统。在发射系统中，寻求研制和利用的根本进步，包括发展不要求维护和支持的完整的发射飞行器，发射准备不要求特别的集成。“机载发射辅助空间访问”的验证系统将采用新出现的技术，以大幅提高推进剂脉冲，稳定推进剂工况，构造混合推进系统，无需基础设施的低温生产，新型发动机容器材料，新的飞行控制和任务规划技术，新型喷嘴技术，改进的推进引导方法和新型关机途径。

刘佳/本文编辑