商业星群快速发展，美加快星群部署力度，利用商业星群优势，提高商业星群在美太空信息支援作战中的应用深度和广度，不断调整发展思路和重点，加快商业星群军用进程，持续提高美联合全域作战能力，未来将对美太空信息支援作战带来重大变革。本文通过梳理商业星群支援作战的特点及趋势，分析商业星群在美太空信息支援作战中发挥的主要作用，提出商业星群对美军未来联合全域作战能力的影响。由此为我国的商业星群发展提供启示。美军一直重视商业航天公司的技术与服务，加强商业航天与军事航天的融合利用，为未来的联合全域作战提供天基支持。我国应加大商业航天投入，利用商业航天资金和基础设施加快发展商业星群，加快商业星群的军事应用研究，为未来可能爆发的太空冲突提供技术、设备和能力支持。以铱星公司、SpaceX、一网公司为代表的商业航天公司大力发展各自的商业星群计划，并加快推进星群部署力度。美军在新型作战理念的指引下寻求多种手段满足未来作战需求，实现新的作战样式的改变。美军关注商业星群的发展，并积极探索商业星群与军事作战的融合与应用。
微小卫星最近十年的快速发展与技术特点，其中一个特点就是数量优势和灵活的空间部署。这种通过多颗卫星来完成一些任务的系统我们就把它们称为空间分布式系统（Distributed Space Systems）。空间分布式系统至今还没有一个非常准确的定义，不同机构和研究也采取出入不小的的划分方法，这里我们选择了一个涵盖范围比较全面的定义与划分方式来和大家分享。A.Poghosyana的这种划类方式主要包含了不同空间尺度上的分布式系统。具体划分为：虽然很全面，其中一些概念还是存在争议的。例如有的星座也包含了异构的系统，国内一些研究者也认为编队（Formation）只是那些任务高度协同的空间分布式系统。这里我们就不讨论具体争议，就根据这个划分方式来讨论，欢迎在留言中进一步讨论。卫星编队飞行和分布式卫星内容是不同的，人们往往分不清，为此本文特此论述。 由若干颗卫星构成一个特定形状，这个特定形状的各颗卫星，一方面保持这个形状，同时又绕地球中心旋转。编队飞行各星相互协同工作。每颗卫星都同其它卫星保持联系，共同承担信号处理，通信，有效载荷等。任务功能是由整个编队飞行的星群来完成，整个星群构成一个大的“虚拟卫星”。单颗卫星基本不能发挥功能作用。编队飞行有时又称为虚拟卫星。根据编队飞行各颗卫星之间对外加闭路控制系统要求的不同，编队飞行又可分为以下3种：需要采用空间自主精确控制和测量技术，从而严格保持编队的队形。各星之间是通过控制与测量系统，实现互相耦合的。②知识编队（Knowledge Formation）卫星之间有测量信息，但是星间没有进行协调控制，也就是说编队飞行的队形是随时进行测量，获得队形分布状态，但不需要进行严格队形保持。实例：LISA，GRACE, 三维定位系统（电子侦察卫星）。卫星之间状态测量和控制仅在某阶段或一个时期进行，不需要长期进行测量和控制。卫星编队飞行理论研究，早在上世纪70年代就开始，但是真正具有应用背景，而且引起世人极大关注是在上世纪90年代末期，为什么会引起世人如此关注？其原因在于编队飞行具有一系列优势,例如：a．编队飞行可构成空间应用一种新概念———虚拟卫星；b．可提供极大测量基线，从而促进下列领域的发展，例如：星载干涉仪；全球遥感；同步目标跟踪观测等；d．编队飞行卫星可以随时加入和退出（故障），系列具有很高重构性、冗余性、安全可靠性；e．编队飞行一般都要协调联合控制，星间交换信息量很大，而且测量与控制要求精度高，为此需要高度自主性，从而也降低对地面站的依赖。具有任务背景的卫星编队飞行应用项目越来越多，同时也证明上述编队飞行优势越来越大。为此可以预测随着时间推移，这个优势还会增加。编队飞行出现在上世纪末期，由于成本低、重量轻、研制周期短的小卫星快速发展，推动编队飞行研究，因为小卫星构建编队飞行物质基础。到本世纪以来编队飞行已成为空间技术热点研究课题，目前研究进展，大部分是动力学理论研究和设计方案论证，一部分为空间飞行实验。在地球轨道编队飞行对军用民用都具有很大的优势，例如，多颗微波雷达卫星组成精确编队飞行，具有提高地面分辨率、可测高程与地面低速运动目标、扩大覆盖幅宽等优点，但是由于低轨道地球扁平引起J2轨道扰动，为了保证微波雷达相位同步，运行一年每颗卫星需要速度增量高达每秒上千米，这样巨大燃耗，设使这样好的编队飞行也暂时难于在低轨道实现。为此目前只能进行前后两星串联简单编队飞行空间飞行实验。多颗卫星在不同轨道编队飞行是今后编队飞行攻关重点课题。星群与星座、编队飞行都属于分布式卫星系统，广义也称分布式空间系统。美国NASA和欧洲ESA对分布式空间系统(对地球轨道称为分布式卫星系统) ，它们之间相互关系都有明确论述，如下图-1所示：分布式卫星系统的定义：由2个或2个以上卫星按一定要求分布在1种或多种轨道上，共同合作完成某项空间飞行任务（例如：观测、通信、侦察、导航等），从而使空间飞行获得更大的价值。在这里有必要明确一个重要概念：分布式卫星系统在空间各颗卫星之间没有任何动力学关系(这奌有不少人是模糊不清的)。根据对分布在空间各颗卫星之间是否有外加闭路轨道控制系统和对分布在空间的各个卫星运行过程中是否进行操作，分为一下列三种：
（1）编队飞行(Formation Flying)在轨道上分布式卫星系统的各个卫星之间在动力学方面没有任何关系，各个卫星按自己的轨道特性运行，只有外加闭路控制系统才能保证它们按编队飞行要求保持队形。也就是说，分布式卫星系统各个卫星必须有外加闭路轨道控制系统才能成为编队飞行；分布在轨道上的各个卫星主要目的是增加对地面的覆盖面积，或者缩短重访时间。对通信来说是实现无缝隙覆盖。为此，这里不需要外加闭路控制系统。一般通过地面站对单颗卫星进行轨道位置调整就能满足星座要求，这是由于各颗卫星受到轨道摄动使轨道位置发生变化。星座轨道保持控制是定期的，例如几天或几十小时进行1次控制，周期长短决定于星座轨道摄动大小和星座位置保持精度；根据空间飞行任务要求，设计各颗卫星在轨位置，当卫星发射成功以后，在运行时期不需要进行轨道操作，各卫星若受轨道摄动，所产生的位置变化也不影响飞行任务的完成。也就是说，星群不需要外加闭路控制系统，也不需要轨道操作，它是分布式卫星系统最简单的一种形式。星群大部分用于空间环境参数的观测任务，因为卫星工作有一定寿命，在这段时间卫星因轨道摄动，引起卫星位置变化不影响任务完成。为完成某一特定空间任务而协同工作的多颗卫星的集合，主要目的是增加对地面的覆盖面积，或者缩短重访时间。星座这个名词来自天文学，按其定义，群星在天球上的分布形态。最早来源自一个拉丁字，意即“星星聚集”。随着空间技术的发展，人们把这一天文学名词加以引伸，根据各种应用的需要，建立各种卫星星座。a）从应用分类：导航星座；通信或数据中继星座；遥感星座（侦察、预警、环境监测）等；科学试验星座等。b）从覆盖要求分类：可用覆盖面积、覆盖重数、时间分辨率这三个指标来划分。覆盖面积分为全球，地带（纬度限制、经度不限）、区域（纬度和经度均受限制），覆盖重数可取值为一重、二重、三重和四重等。时间分辨率可分连续、间断（10分钟、半小时、几小时等）。c）从轨道分类：近地轨道、中轨道、地球同步轨道、椭圆轨道、混合轨道等。星座轨道设计首先取决应用，不同星座的应用，具有不同星座轨道结构。各种星座轨道设计很复杂，人们仍然能够把星座轨道设计有关参数和影响因素归纳在列表-1。在轨道设计中有一种最常见的卫星星座，称为均匀对称圆轨道星座，包括δ星座、玫瑰星座、σ星座等。其共同特点是卫星星座中各轨道面在空间均匀分布，卫星在各轨道面内也均匀分布，不同轨道面间卫星的相位（指从卫星的升交点沿卫星运行方向至卫星星下点之间的球面角距）保持一定的相对关系。均匀对称圆轨道星座对全球有均匀的覆盖特性，在全球1重或多重连接覆盖类航天任务中常常采用这种星座。δ星座的概念最早由英国皇家飞行研究中心的J.G.沃克（Walker）提出，因而也称为沃克星座。δ星座用参考码中T/P/F和一个角度δ标记。参考码中T表示卫星星座中包括的卫星总数，P为卫星星座中的轨道面数目，F是用以确定相邻轨道面卫星相对相位的因子（F＝0，1，2，3，…P－1），角度δ是卫星星座中所有轨道面相对参考平面（通常为赤道平面）的夹角。对于参考码为T/P/F的δ星座，每个轨道面内均匀分布S颗卫星，S=T/P，相邻轨道面卫星的相位相差F。星座基本单位简记为PU，定义为PU=360º/T。参考码为18/3/1，δ＝55º的δ星座，即各颗卫星轨道倾角均为55º。玫瑰星座是轨道面数目P=T的一种特殊的δ星座，因其轨道在天球上的投影像一朵盛开的玫瑰花而得名。 | | |
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| | 纬度覆盖与成本的综合权衡在各组独立的相位取舍中选择最佳覆盖 |
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卫星星座中的轨道面数目，F是用以确定相邻轨道面卫星相对相位的因子（F＝0，1，2，3，…P－1），角度δ是卫星星座中所有轨道面相对参考平面（通常为赤道平面）的夹角。对于参考码为T/P/F的δ星座，每个轨道面内均匀分布S颗卫星，S=T/P，相邻轨道面卫星的相位相差F。星座基本单位简记为PU，定义为PU=360º/T。参考码为18/3/1，δ＝55º的δ星座，即各颗卫星轨道倾角均为55º。玫瑰星座是轨道面数目P=T的一种特殊的δ星座，因其轨道在天球上的投影像一朵盛开的玫瑰花而得名。应用：卫星星座的发展始于20世纪60年代。当时，人们认识到利用3颗在地球轨道上空均匀分布的地球静止卫星，可以实现除两极外的全球通信。之后，随着空间技术进步和应用方面需求，使得卫星星座的应用数量日益增加，它主要应用于3个方面①通信。如用于电视转播的地球静止卫星星座，用于移动通信的“铱”（Iridium）系统、“全球星”（Globalstar）系统，“轨道通信”（Orbcomm）系统等。一些国家军用通信卫星也往往采用星座的形式，如美国军用通信卫星中的国防通信卫星系统、舰队通信卫星系统，苏联/俄罗斯军用通信卫星中的“闪电”卫星系统等。②导航。如美国军用导航卫星系统中的“子午仪”（Transit）号导航卫星系统（已关闭），“导航星”全球定位（GPS）和苏联/俄罗斯全球导航卫星（GLONASS）与欧洲伽利略导航星座和中国北斗导航星座等。③地球观测。用于军事目的的侦察卫星、海洋监视卫星、电子侦察、预警卫星等。
发展：随着空间技术的发展，特别小卫星出现，使得卫星星座应用在经济上和技术上具有很大优势。小卫星对地观测星座，特别是在低轨道的军事侦察，目标指引和监视小卫星星座，具有高的空间和时间的分辨，甚至可以达到时间分辨率越近零，连续侦察，而且投资成本是可以接受的。例如通过纳型卫星组成星座，解决时间分辨，即重访时间。这里仅讨论6U立方体纳型卫星星座（其他纳型卫星组成星座的工作原理相同）。目前较普遍采用Walker星座，具体要求：星座每颗纳型卫星的轨道高度和倾角完全相同，轨道为圆轨道（e =0）。例如：重访时间为60min，需要35颗卫星；45min，需要50颗卫星；30min，需要65颗卫星；15min，需要100颗卫星；5min，需要300颗卫星。参见图-2 Walker星座重访时间与卫星数量关系。图-2 Walker星座重访时间与卫星数量关系（轨道倾角为55°）该星座由6U纳型卫星组成，由2×3的6个立方体卫星（6U）组成纳型卫星，技术指标如下：·空间分辨率：3.5m（在450km高的圆轨道）；每颗6U纳型卫星成本约为100万～150万美元。由50颗纳型卫星组成的对地观测卫星星座可以实现全球覆盖，重访时间约45min，空间分辨率为3.5m（属于高分辨率范围）。50颗纳型卫星成本约5000万～7500万美元，这还不如1颗大卫星的成本。若重访时间提升到15min，估计需要100颗纳型卫星，其成本也仅需要1亿～1.5亿美元，相当于目前1颗大卫星的成本。投资这样少的资金就能完成一个全球覆盖、实时态势感知和敏感目标监测任务，这将对军用和空间攻防起到重大作用。早期编队飞行与星座两者概念区别没有十分清楚，甚至同一个问题在不同场合有两种称呼。目前书刊文献仍然存在分不清两者区别。由于最近编队飞行技术迅速发展，它与星座概念已经有明显区别：1）编队飞行在应用上构成一个新概念—虚拟卫星，而星座仅增加地面覆盖区域，或缩短重访时间。编队飞行与星座的卫星有效载荷有很大区别。通常的卫星星座是以一定数量的完全形同的卫星平台和有效载荷组合起来的，解决空间和时间覆盖问题，使命比较简单。编队飞行的有效载荷是由各星共同组成的，单颗卫星无法发挥作用，而星座的单颗卫星仅是咸少地面覆盖区域。2）编队飞行各星之间有动力学联系是依赖外界控制系统，并成闭合回路；而星座则以单颗卫星轨道运动，星与星之间没有动力学联系，星座位置保持是为了保持对地覆盖特性；3）编队飞行星间距离短，各星之间是紧密型的，星间有通信和信息交换，各星是协同工作的，而星座各颗卫星之间是稀疏的；4）从控制观点来看，编队飞行一般要求实现自主、实时，多个航天器协调闭环控制，而星座控制一般达不到这种自主级别的实时协调控制，而只要求星座中各航天器的位置保持在规定精度的控制区内，不致发生相撞，或者在某种意义上不改变对地球的总体覆盖特性。二、卫星同构，每颗卫星一个样子（当然也存在一些异构的系统、或者换代过程中的系统）；每套GNSS系统的卫星也都差不多是一样的，通过广播准确的时间和位置来为地面和空中提供定位和导航服务。另外还有像Planet的Flock这样的地球观测星座，用150颗卫星构成一个每天扫描地球一次的扫描仪。在分类中使用的英文名称是Trains，但是直接翻译成火车有些突兀。虽然真的有这样的火车，那就是NASA大名鼎鼎的A-Train，好吧，大概也不是那么有名气，那么我就来介绍一下吧。A-Train是在705km太阳同步轨道（什么是太阳同步轨道见：、）上六颗卫星OCO-2, GCOM-W1, Aqua, CALIPSO, CloudSat和Aura组成的列车状编队（不好意思在视频中一开心说了landsat，其实landsat并不在其中，特此说明）。A-train的全称是Afternoon-Train，这是由于他们运行的这个太阳同步轨道赤道交点的地方时是下午1：30分。这几颗卫星之间相隔也就几分钟，因此他们可以形成一个观测序列。A-Train中的每一颗卫星都有自己本来的观测任务，有的是探测云层的，有的是探测气溶胶的，有的是观测海洋的，然而通过将这些卫星部署到一个近似的轨道上形成前后跟随的编队使得他们获取的这些数据得以进行一些深入的分析和科学观测。同时NASA也在开展基于A-train的自主观测任务，例如前面一颗卫星发现了疑似的火灾，跟随的卫星中具备观测的能力的就可以依据这个信息开展后随的重点观测。这样我们就看出来了跟随trains的编队特点：一、异构、每颗星都不一样；二、各有目的，而是在一些特定情况下分享任务；三、编队松散、其实几颗卫星的轨道高度也有出入，并没有紧密的编队控制。星簇这个名称从字面上来感觉就是卫星挤在一起，这一类的分布式系统算是要求比较高的系统。一般来说这类系统都有很高的协同要求，例如有要求非常紧密的编队和高度交互的星间通信等等。
星簇这类编队的存在目的一般是为了实现较长的空间基线，来形成干涉协同或者综合孔径。基线范围从几十米到几百米，实现一颗大卫星难以达到的长基线。举个栗子吧，类地行星发现者Terrestrial Planet Finder TPF1红外线天文干涉仪（TPF-I）：是多个小型望远镜固定在一个结构上或分散在不同的太空探测器上并在太空中以特定形状排列，模拟一个大口径的望远镜以大幅增加观测能力。这个干涉仪预期将使用化零干涉（Nulling interferometry）将星光的光度缩减为原始的百万分之一，这样就可以侦测来自行星的极暗淡红外线辐射。（引用自wiki）
之前介绍过的测量重力场的GRACE卫星也应该属于星簇型的编队，汤姆和杰瑞-聊聊GRACE重力场双子星。两颗星之间通过精密的轨道测量来获取重力场的数据。
概括一下，星簇这类编队的特点是：一、同构、星群内的卫星一般都是相同的卫星；二，高度交互与紧密编队，从而实现不同类型的构型来实现干涉系统等；三、数量有限，一般都是个位数的卫星数量，编队的尺度也较少。
想到星群，我们可以想象一大群蚂蚁或者一大群蜜蜂。这就是星群的特点，首先数量庞大，一般要达到几十颗到上百颗。同时星群中可以包含异构的卫星，通过自组织网络在一起协同，实现不同等级，不同类型的任务，大大体现卫星星群的能力。之前EDSN（Edison Demonstration of Smallsat Networks）计划就是面向这样的技术发展趋势开展的早期试验，可惜发射失败，没能在轨验证。EDSN主要需要验证的就是来支撑大规模星群的网络框架，只有有了这个基础才能延伸出灵活的应用。所以星群是虽然不需要紧密的编队，却需要高效的网络交互，才能通过群体行为来实现数量优势。
5.分散式卫星（Fractionated Satellite）分散式卫星就是把一个单一卫星的功能拆开来，拆成多个具备单一功能的小卫星，再通过在轨的无限能源、数据传输等手段实现一个单一卫星的功能。好处是：系统分散，灵活弹性。分散式卫星就是DARPA提出了F6计划，是一个非常概念性的面向未来的计划，因此也是几经波折。F6系统基本思想是要论证：不论任务或大小，既可以采用整体式航天器—虽然这将是针对‘多个有效载荷’航天器—也可以把此整体式航天器分解成‘无线联系模块网络’或‘群’飞的、以网络形式工作的各个小型航天器，提供与整体式航天器相同或比其更多的功能，因此，这不是过去的那种编队飞行演习，这是一组飞行着的小型航天器，每一个航天器执行一项独特功能—不仅执行有效载荷或任务功能，而且还提供基础设施支持。例如，可以是一个模块执行数据处理任务，另一个模块在执行数据下执行传输任务，而又另一个模块又在执行一项特殊有效载荷的任务。这个航天器集群是‘即插即用’的，但没有插头。（引用自：百度百科）分散式卫星特点就是从卫星生命生命线上来看比较灵活。单一卫星需要所有单机齐全，完成了集成，AIT测试后，才能发射入轨，一段关键点出问题就一起报废。而分散式系统，可以哪个模块好了就哪个模块上天，慢慢组成完整功能，然而有模块坏了再进行更换，整个系统非常灵活。从而既保证了分散系统能实现大卫星的功能，又能保持很高的系统弹性，面向不用场景下的灵活应用。
6.联合式卫星（Federated Satellite）联合式卫星实际上是一种面向未来空间广泛协作的一种框架的构想，也就是卫星之间可以指定一些通用的网络标准，从而在特定的情况下互相协同来实现一些数据远距离传输，计算共享的应用，充分挖掘空间资源的潜力。无论是什么样的空间分布式系统，目标都是为了更好地实现任务，一颗单一的卫星会受到空间拓扑，能力等各方面因素的限制，而通过网络、构型、编队等手段来统筹空间分散的各个卫星就可以发挥出1+1大于2的系统优势，然而依然从网络、任务规划与调度等技术方面提出了很多挑战，有待科学家和攻城狮们大展拳脚去解决。2002年美国国防部武装力量转型办公室首次提出“作战响应空间” (ORS)的概念。2007年7月，美国国防部常务副部长备忘录将ORS定义为“确保空间力量聚焦于及时满足联合部队指挥员的需求”。美军将在ORS体系下，构建由三个层次组成的作战能力(表1)。
为此，美军成立了专门的组织机构，制定了“作战响应空间”发展计划，成功开展了多个飞行演示验证项目，卫星平台标准化、模块化技术、有效载荷技术、星地数据链技术等多项关键技术取得显著进展。目前，已经发射了4颗“战术星”(TacSat)和2颗ORS卫星(见表2、表3)，并具备了初步作战应用能力。ORS技术有望成为引发航天领域变革的创新技术，也反映出该领域正成为美军未来空间体系构建的重点之一，将推动美军军事航天理念和体系结构变革，对军事航天理论、技术和作战指控流程等产生深远影响。2020年以SpaceX公司为代表的商业低轨星群部署紧锣密鼓，引发了商业星群在未来太空信息支援作战中发挥作用的种种猜想。商业星群因其特点和发展势头，未来用于支援作战有着很大的可能性。1）以信息为主导。商业星群搭载成像载荷、电子信号、导航、预警等各类载荷，可为作战提供侦察、导航、通信、预警等信息支援，在天基信息支援作战动中发挥更大作用。SpaceX公司将“星链”星群的应用范围从宽带互联网服务拓展到了卫星通信与传输、卫星成像、遥感等服务。
2）以技术为引领。美军大力发展弹性低轨星群，亟需利用商业星群技术成果，加快新技术向支援作战能力的快速转化，加速迭代更新以提升支援作战能力。美军太空发展局（SDA）的成立就是为了激发军事航天领域的创新发展，将商业航天新兴技术引入军事航天。3）以服务为优先。商业星群发展速度快、商业模式新，为军方部署低轨星群提供了技术支持和力量储备。当前商业航天的发展在许多方面走到了军事航天的前面。商业星群为军方提供卫星图像数据和商业采办服务，成为传统天基信息支援作战的有力补充。4）以利益为驱动。近年来，商业航天呈急剧上升趋势。在过去的10年中，商业航天收入增长达77.8%。美国2019年商业航天收入达3 369亿美元，比上年增长6.3%。商业卫星追求低成本、高收益，利用商业星群支援作战，可持续推动其进行低成本升级，并快速生成新型作战能力。1）支援作战能力快速提升。商业星群性能先进，支援作战能力不断提高。美军利用商业星群卫星进行数据传输测试，评估其是否符合美军数据传输需求，为日后进行商业星群军事应用奠定基础。低轨星群轨道高度及部署形式可降低导弹预警卫星的精度要求和覆盖范围要求，提升卫星跟踪导弹的能力，更好地支援作战。（见表1）表1 美国在轨及在研星群情况（截止2021年1月底）2）支援作战样式加快变革。商业星群具有高度弹性、分散性和多样性，一旦发展军用，将具备威慑和作战功能，并催生新的作战样式，能够在各种威胁形势下很好地完成作战任务。美陆军希望利用商业星群为自己的作战旅提供支持，以实现全域作战指挥与控制。3）支援作战领域不断拓展。商业星群大规模部署，在支援作战的各个领域得到深化。商业星群平台根据任务需要可搭载各类载荷，商业航天公司根据军方需求定制卫星和载荷，既可利用现有技术和生产线生产军用卫星载荷，缩短卫星研制和发射周期，还可寻找合作公司设计研发所需传感器，不断深化拓展商业星群的军事应用领域。4）支援作战应用潜力巨大。商业星群根据任务形态搭载各类载荷，拥有扩展任务类型的便利条件和显著优势。商业航天创新技术引入军事航天系统，既满足军事需求，又可提供优质的天基信息支援、采办服务，确保高效的太空军事行动。2．美国国防高级研究项目局(DARPA)推出战术应用级低成本小型成像卫星计划为了解决战场态势感知数据获取不足，以及无法向基层作战人员按需提供卫星图像数据等问题，DARPA提出了利用低成本小卫星满足战术应用需求的创新概念，试图发展非传统技术，利用新型研制、发射部署和在轨运行模式，改变目前美国军事航天体系现状，实现关键技术突破和创新系统开发等目标。
2012年3月，DARPA正式提出了“军事作战空间使能效果” (SeeMe)项目发展构想，并在2012年5月发布了跨部门意向征询书(BAA)，2013年10月完成高空气球飞行试验，测试平台性能及手持终端直接规划卫星载荷任务的能力。SeeMe项目利用低成本小型成像卫星，通过空中发射方式快速部署星座系统，以向前线基层作战人员快速、按需提供近实时的战场图像数据。SeeMe卫星星座由24颗小卫星组成，计划运行在200～350km低地球轨道，部署在南北纬10°之间区域，设计寿命为45～90天，重访时间。不超过90分钟。基层作战人员可向卫星直接下达成像指令，并在90分钟内接收分辨率约lm的图像数据。SeeMe项目的创新概念主要包括：创新的卫星研制模式、创新的技术开发模式和创新的部署模式。DARPA力图通过上述三个方面创新的突破，探索新型军事航天装备发展应用模式，建立起一个面向战术应用的快速响应航天信息支援体系。与DARPA众多的前沿项目类似，SeeMe项目也在很大程度上存在着不确定性，2014财年，美国暂停SeeMe项目的投资，但原授出合同继续执行。
3．DARPA“凤凰”计划力图实现高价值空间资产的再利用2011年10月，DARPA启动“凤凰”计划，旨在开发与演示验证从退役的地球静止轨道（GEO)卫星上获取天线等高价值组件组装新卫星的技术。2012年7月，DARPA授出“凤凰”计划研发合同，标志着该计划进入技术研发阶段。
“凤凰”计划将演示验证多个先进的、具有挑战性的航天概念，包括：验证将“细胞卫星”(Satlet)和“形态重构”概念应用于卫星设计和制造； “有效载荷在轨释放系统”(POD)快速释放并在轨部署小卫星系统的能力；验证可自主飞行，能通过机械臂对卫星进行捕获并拆卸、安装天线的“服务卫星”概念。2013年，DARPA启动了用于“凤凰”计划首次在轨操作技术演示的目标卫星筛选工作。
2014年上半年， “凤凰”计划完成第一阶段任务，在轨道机器人与卫星构型研究方面取得进展，并授出了第二阶段的主要合同，继续GEO轨道“服务卫星”、“细胞卫星”和“有效载荷在轨释放系统”方面的研究工作。DARPA计划在2015年或2016年进行首次在轨演示验证。
“凤凰”计划是对空间高价值资产再利用的需求及空间操作技术趋于成熟共同催生的产物。其所演示验证的创新概念和关键技术极具挑战性，将成为空间系统部署的一个新途径，并将对卫星的设计与研制等方面产生重要影响。“立方体卫星” (Cubesat)最初是美国加州理工州立大学和斯坦福大学在1999年联合提出的标准化微小型卫星概念，可利用商用现货器件进行快速研制，能够为高等院校等研究机构提供成本低廉、发射便捷的空间科学／技术试验平台。随着首批“立方体卫星”于2003年6月发射入轨，这种新型的卫星概念也逐渐普及。
目前，其应用范围已经突破了作为高等院校教育和科研手段或者技术试验平台的范畴，正在扩展至对地观测和通信等领域。标准的立方体卫星采用边长为10cm的立方体构型(即1个单元，或称1 U)，质量不超过1．33kg。其具有质量小、成本低、便于搭载发射等特点，但功能也相对简单。由于结构简单且实行标准化，立方体卫星的结构可根据需要进行调整。例如形成结构和功能较为复杂的2U或者3U构型。在发射数量方面，立方体卫星近年呈快速增长势头。
从2003年6月首批6颗卫星发射至201 3年底，世界各国已成功发射100多颗多种构型的立方体卫星，而2014年发射的立方体卫星也超过了100颗。在卫星构型方面，立方体卫星也已经从简单的1U设计逐渐发展出更为复杂的构型，如1．5U、2U、3U和6U等。立方体卫星的低成本、便于发射等特点使其受到广泛的关注，不仅研制和发射数量得以快速增加，还受到NASA、美国国家侦察局(NRO)、军方以及商业公司等多方的关注：NASA在2011年8月发布了“立方体卫星发射倡议” (CSLI)计划，为立方体卫星提供搭载发射机会；NRO从2009年起开展“集群” (Colony)系列技术试验卫星项目；波音公司等也参与了“集群”项目；行星实验室(Planet Labs)公司于2013年开始建设“星群”(Flock)立方体卫星星座。
“手机卫星” (PhoneSat)是NASA研制的独特的1 U立方体卫星，采用安卓操作系统，目前开发了PhoneSatl．0和PhoneSat2．0两种模型。PhoneSat 1．0由HT C公司生产的Nexus One手机改装，外接了无线电发送器和电池。PhoneSat2．0在性能更好的三星公司Nexus S手机上改装，增配了双向S波段广播天线、三角形太阳能电池板、GPS接收机，装配了磁力矩器和反作用轮等姿态控制机构。
NASA称， “手机卫星”是有史以来最廉价且最容易造的卫星。2013年4月，首批3颗“手机卫星”发射进入倾角51．6。、高度250km左右的近圆轨道，主要开展遥测数据采集、利用手机摄像头拍摄地球图片、与“铱星”星座进行数据通信等试验项目，3颗“手机卫星”在轨运行近一周。2013年11月19日，Phonesat 2．4卫星发射入轨。该卫星具备无线电传输能力，并且能通过反作用轮控制卫星的姿态，卫星重约1kg，寿命2年，是首颗使用S波段无线电的PhoneSat卫星。PhoneSat 2．5于2014年4月18日升空，测试的仍是无线电通信和定位系统。美国为确保绝对的空间优势，不遗余力地发展各类空间创新技术。近年来，随着美国新型航天系统的不断探索与涌现，其航天装备体系发展带给我们以下启示：
美国一直将创新技术视为其保持航天强国领先地位的核心优势，大力鼓励发展航天创新技术。其开放的创新思想、完善的体制结构、灵活的运作模式、充足的资金投入，是航天创新技术不断涌现的根本保证。其中，DARPA堪称美军创新预研体系实践的典范。
自1958年成立以来，DARPA以给对手造成技术突袭为宗旨，超越当前的需求，获取那些看上去与当时各军种并无明显联系的新思想，并寻求这些思想应用于未来战场的潜在价值，进行了许多被视为“根本不可能”实现的原始创新，为增强美国的科技实力做出重大贡献。
近年来，美国几项重要的航天创新项目取得了明显的进展，为美国的航天领域开辟了新的技术途径，注入了新的发展活力，进一步巩固了美国的航天强国地位。前期，美军空间系统片面追求卫星总体性能，为赢得作战优势奠定了基础，但也导致设计尺寸、重量偏大、成本激增。随着空间安全环境的不断变化，特别是空间对抗的不断加剧，美军认为其空间优势面临严峻挑战，沿用传统的空间系统结构难以应对。为此，美军提出发展空间快速响应能力、微小卫星等计划，探索新型航天发展思路。
2013年8月21日，美国空军航天司令部发布《弹性与分散式空间体系结构》白皮书。该白皮书针对空间系统日益复杂、成本不断攀升、空间威胁日益严峻等问题，提出通过“弹性、分散式”体系结构，提高空间系统对抗、生存能力的新思路。该白皮书是美空间发展转型的权威意见，意味着未来美军空间体系将发生重大转变。
3．转变发展观念，明确航天项目的低成本思路太空领域是尖端技术领域，大型化、长周期、高成本、高风险是一直以来航天项目的基本模式。随着美国航天预算的缩减以及发展观念的转变，航天项目的低成本思路逐渐清晰：一是积极探索“作战响应空间”和SeeMe这类低成本、机动灵活的小型化项目，在满足任务基本需求的前提下，将动辄上亿美元的航天项目经费，控制在千万、甚至是百万美元的级别；二是走军、民、商融合发展的道路，大力发展军民两用技术，积极鼓励私营企业参与航天项目的研发，从而降低成本，加快技术转化，提高效率；三是采用成熟的技术和通用化、标准化、模块化的设计，采购商业现货，最大限度地实现航天经费的高效使用，“立方体卫星”、“手机卫星”是这一思想的典型代表；四是以“凤凰”计划为代表的空间资源再利用的新思想，将促使“卫星模块”、“构型重组”等新概念不断成熟，也可大大减低空间系统研制和部署的费用。一直以来，美国空间信息装备所提供的监视、侦察、信号情报、导航、通信、气象、导弹预警等能力，几乎都是由大型卫星所提供，其首要任务是满足美军的战略需求。随着美军航天装备体系的不断完善以及发展思路的转变，“构形灵活、机动性强、反应及时”的系统是其当前发展的重点方向。成本低廉、具有快速响应能力的空间战术应用系统得到快速发展： “战术星”3能在10分钟内为战场指挥官提供高质量的侦察图像；地面用户能通过手持设备向SeeMe卫星系统提出成像请求。可以看出，美军正逐步将军事航天装备从战略应用向战术应用转型。这是航天装备发展战略的新思路，也是航天装备作战能力发展的新要求。由于天基武器的敏感性使发展传统空间攻防技术(尤其是硬杀伤技术)受到各种限制，加上航天经费缩减的大背景，美国在发展军事空间技术方面进行了策略调整。政策上，采取以民掩军的发展策略。奥巴马政府的2010版((国家空间政策》中首次将军民合作纳入国家安全空间指南，通过寓军于民发展先进军事空间技术，这也是美军获得创新军事空间能力的主要策略之一。
途径上，依靠各种创新项目发展新能力、突破共性技术，孵化新型空间对抗技术。美国一些创新项目发展的具有军民两用性的新型技术、共性技术能够为美军提供诸如软杀伤(或可逆攻击)、隐蔽攻击等能力。如DARPA“凤凰”计划中的“服务卫星”具备强大的轨道机动能力，能够捕获商业或军用卫星，同时还可以把它们送入新的轨道。利用这一技术对己方卫星进行操作可以实现在轨维修、组装甚至被动防御，对敌方卫星进行操作则可以实现反卫星能力。
商业星群的发展大大促进了商业太空技术和太空能力的发展，军方通过购买服务可以快速获取新技术，获得新能力。未来商业航天会出现更多的商业模式和更广的业务范围，能够满足军用航天技术更新、快速采购、按需发射的需求。商业航天力量具有的太空威慑作用为美军军事航天理论和决策的发展提供新的思路和方向。美军未来军用低轨星群将部署在商业星群附近，利用商业星群建立星间链路支援作战。商业星群将可能成为美军的基础设施，为美军军事行动提供天基信息支援，并推动支援作战领域不断拓展。商业星群的分散性和多样性可以使敌方陷入决策困境，降低其决策质量和作战效能，使其无法达成作战目的。美军自2016年开始密集出台许多创新概念，如“多域作战”、“全域作战”、“联合全域作战”（JADO）等概念，近两年又提出马赛克战和决策中心战等新概念。SpaceX公司敏锐地嗅到美军未来马赛克战和决策中心战的巨大商机，从2018年开始部署“星链”星群，特别是2020年，发射部署的节奏明显加快，截止2021年1月底，共发射1015颗卫星，目前在轨951颗，在获取巨大商业利润的同时，为未来去平台化、去中心化的新型战争形态提供关键军事基础设施。美国军方为最大限度购买商业航天能力和服务，积极探索创新采办方式获取商业航天产品和服务。军方历来重视商业航天发展，专门制定政策对商业航天提供支持，为太空信息支援装备发展提供源源不断的动力支持和政策支撑。传统大型卫星采办流程复杂，时间周期长，且费用高昂，甚至因故导致项目取消，对天基信息支援能力、太空安全以及国家安全造成影响。随着商业星群的快速崛起，美国军方看到了希望，将商业星群能力作为太空信息支援装备采办的重要选项，不但引进商业星群创新技术，甚至考虑将某些业务交给商业航天公司承办。前总统特朗普上台后，为了在航天领域保持“美国优先”，积极发展商业航天，发布新版《国家安全战略》，简化并完善商业航天管理，通过商业航天合作来提升太空体系弹性，甚至将商业合作伙伴纳入国家安全保护范围。太空发展局的建立为借鉴商业模式和商业技术实现太空信息装备创新发展、部署新的军事航天能力提供了重要的制度和机构保障。商业航天公司可利用自身技术优势和能力强项为天基信息支援作战提供有力支援。军方为商业航天公司提供资金支持，扶持其为军方提供高性价比服务。商业遥感星群正逐步成为军用侦察卫星的重要补充，对太空信息支援作战产生颠覆性影响。商业航天遥感数据成为情报航天机构数据的重要来源，越来越多的商业航天公司成为军方合作机构，为战略战役行动提供多样化高质量遥测数据。美国卡佩拉太空公司合成孔径雷达（SAR）星群卫星的最高分辨率已达0.5m×0.5m，可用于支持导弹防御、创建预测情报、模拟潜在对手场景等。美国空军、地理空间情报局和国家侦察局已分别与该公司签订合同购买SAR图像数据用于作战支援。铱星的最大客户是美国国防部，为美军提供通信服务。在伊拉克战争和阿富汗战争中，美军对“铱星”星群容量使用激增，有效地支援战场作战支援。目前“铱星”星群已充分融入美军作战。商业星群通过一体化设计、一箭多星发射、运载火箭重复使用等技术快速部署低轨卫星，提前占据宝贵的轨道资源，为太空信息装备发展提供重要的技术条件和试验场所。目前军方在构建军用低轨星群的过程中重点放在演示验证上，利用建成的商业星群提供试验和军事服务。2019年3月，空军向SpaceX公司授予“商业天基互联网军用实验”（DEUCSI）的合同，旨在探索利用商业低轨通信星群为空军提供通信支持。对SpaceX公司2颗“星链”原型星进行的数据传输能力测试结果显示，传输速率可以达到610 Mbps，是美军现行通信速度的102倍。2020年5月，陆军与SpaceX签订“合作研发协议”（CRADA），将用3年时间试验利用“星链”星群在各军事网络间传输数据的服务,借此评估“星链”星群同军事系统连接时的性能，了解使用“星链”星群需要的地面设备以及需要开展的系统集成工作量，更好地掌握“星链”星群的潜在应用。美国国防高级研究计划局（DARPA）的“黑杰克”项目就是探索利用商业低轨宽带星群发展经验和成果，在低轨演示验证能够全球持续覆盖、低成本的星群。随着SpaceX、一网、行星实验室为代表的商业航天公司的崛起，商业星群在人工智能、机器学习、云计算等新技术的加持下，将在未来联合全域作战中扮演越来越重要的作用。商业星群搭载载荷可提供侦察、监视、预警、通信、导航和战场环境监视等能力，可为战场感知、指挥控制、精确打击提供太空信息支援。为提高太空系统的生存能力，美国提出构建弹性与分散式太空系统结构。美空军发布的《弹性与分散式太空系统体系结构》的白皮书中就指出，可用结构分离、功能分解、有效载荷搭载、多轨道分解和多作战域分解等途径构建分散式太空系统体系结构。2020年6月发布的《国防太空战略概要》提出，要建立太空弹性架构，构建综合性太空军事优势。商业星群大规模布局地球低轨，功能弹性，重构部署快，“先占永得”低轨资源，为后期应用创造更多条件，赢得先机。模块化、集成化的设计理念和批量化生产模式可最大限度地降低成本，将高价值卫星性能分解为低成本分布式星群的性能联合，能够有效提高联合全域作战中天基信息支援装备的抗毁生存能力。美国国防部及太空发展局借鉴低轨商业星群技术构建分散式未来太空体系，确保己方太空系统能够不间断地提供信息支援。“黑杰克”星群将借鉴商业星群技术，从商业供应商处购买小型卫星，使星群的成本更低、周期更短、设计和建造用时更少，通过搭载军用有效载荷来满足太空作战信息支援需求，星群能力与目前在轨运行的军事卫星系统相当，但具有更强的联合作战抗毁生存能力。太空已成为独立的作战域，开始从信息支援的配角逐步向正面战场的主角转变。未来太空作战将是联合全域作战中的一环，太空作战将在战略、战术和战役层面进行，并依赖太空态势感知能力。商业星群节点多，部署频繁，通过搭载军用有效载荷，不仅可以拓展业务，增加营收，还可满足军方需求。商业星群在低轨以量制胜，通过大量部署提升覆盖范围，可满足遥感、测绘、导航、通信需要，可为作战提供战役战术级信息保障，具备支撑各作战域的战场态势感知能力以及作战目标的跟踪监视能力，将成为太空信息支援作战的竞争热点，快速提升战场态势感知能力。美国防部利用商业卫星搭载军用有效载荷，不但节省成本，还能更快获得在轨能力。若商业星群搭载侦察监视载荷，结合其重访率高、抗干扰能力强、高弹性等特点，可对地球实现24h无缝监视，大大提升美军战场感知能力。目前，“星链”星群的服务范围已经拓展至遥感领域。未来，美太空军极有可能在“星链”星群上搭载军用遥感载荷，从而大大提高太空态势感知及对地侦察监视能力。联合全域作战的前提之一就是信息通联能力。未来太空体系架构若要实现整体协同工作、快速响应，必须贯通各个功能层之间的卫星网络，大规模互联互通互操作是必要条件。通过互联互通充分发挥网络数据共享与在轨实时处理带来的协同效应，提升载荷工作效率，实现通信、导航、遥感等多类应用的有机结合，满足体系架构多元化、高弹性应用需求。国防太空架构以构建大规模星群组成的“网状网”为基础，其中“传输层”包括约658颗小卫星，充分利用“黑杰克”项目相关技术以及商业低轨宽带互联网星群成果，为全球任意两点之间提供持续低时延数据通信传输服务，支持美军作战。美军可借助“星链”商业星群的通信能力将联合全域作战中陆、海、空、天等作战装备联成一体，实现互联互通，提升全域作战能力。多域作战和联合全域作战需要强大的导航定位能力，将坦克、火炮、直升机等武器装备联成一体，实现互联互通，提升联合作战能力。专司作战的太空司令部和专司部队建设的太空军的成立，加快美军实现军事航天部队由“支援型”向“作战型”的转变。联合作战对导航卫星的要求是高精度、全天时、全天候、全球覆盖、抗干扰能力强。导航领域多系统、多手段集成融合的趋势已经确立。目前“全球定位系统”（GPS）星群有31颗卫星提供导航服务，2020年8月星群完成升级，适用性和抗干扰性得到改善，稳定性和安全性进一步增强。商业星群可提供低成本、全球覆盖的高速天基互联网波束覆盖，大大增强美军GPS精确导航能力。“星链”星群可提供25 ms的低延迟传输，可作为战区外远程发射不管武器的末端导航控制平台，比起目前高轨通信卫星250 ms的延迟传输，提升了一个数量级，极大提高联合作战精确打击能力，更好服务联合全域作战。低地球轨道是非常稀缺的战略资源，卫星时延低，信息传输快，频率资源有限。国际电信联盟规定，轨道和频谱资源“先占先得”。商业星群一旦部署完毕，后期通过补充发射，就可“先占永得”低轨资源，给后期使用低轨的国家造成了空前的压力，可谓非常不友好。我国应加快商业星群立项，鼓励私营公司和国家民用航天部门发展商业星群应用，加大商业星群的筹划、申报和部署力度，抢占低轨轨道和频谱资源，为后期更多低轨轨道和频谱应用创造条件，抢得先机。2 重视商业星群军事应用价值，提高商业星群战略地位商业星群提供的遥感、通信、导航等能力一旦用于军用，将大大提升天基信息支援联合作战的能力。我国的商业星群正处于蓬勃发展期，我们要加大商业航天投入，保持商业航天的高速发展势头，鼓励军方根据需求从商业航天公司定制服务，为其提供资金支持。重视商业星群的军事利用价值，借鉴商业星群技术和服务，以更低的成本、更快的节奏扩充太空基础设施，利用商业星群快速、灵活、通用的地面基础设施和发射能力以及不依赖于单一节点的管理和控制，实现覆盖面广、低延迟、可持续的全球监视与通信能力，高效利用商业航天技术及能力的军事转化，为军事航天采办及技术更新提供支持。商业星群可满足当前军用太空系统的“弹性”需求，具有一定的太空威慑功能。美国当前大力推进联合全域作战新型概念和模式，将大大提升商业航天在军事应用中的占比。我国要加速开展对商业太空资源的利用研究，推进商业低轨星群资源在军事领域的利用与融合。商业低轨星群的超低时延可保证监测图像更快回传，更快完成目标搜寻。研究星群模块化设计、批量化生产搭载于商业星群的军用载荷，实现利用商业星群完成对全球主要地区24h不间断遥感监测。研究利用商业卫星进一步提升导航定位系统精度和抗干扰能力的可能性。通过建设和利用商业星群满足新型作战的要求。 
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