美国SpaceX的星盾卫星互联网星座项目

一、“星盾”项目发展背景

1、美方正积极发展低轨军事卫星互联网

早在20世纪80/90年代，美国国防部(DOD)就曾提出在近地轨道上部署小型卫星星座，以执行通信、侦察、预警等军事任务。不过由于高昂的发射成本，以“空间跟踪与监视系统”(STSS)为代表的许多低轨军事卫星项目都无疾而终。近年来，随着火箭复用、先进制造等技术的发展，航天发射运输成本不断降低，美国国防部门也相继提出“黑杰克”、“国防太空架构”(NDSA)等低轨军事卫星互联网项目。

当前，美国太空发展局(SDA)正在进行“国防太空架构”的传输层0批(Tranche 0)的建设，该批次共有28颗卫星(包括20颗通信卫星和8颗导弹预警卫星)，将在2023年1月通过猎鹰9型运载火箭发射。

美国太空发展局“国防太空架构”示意图

2、SpaceX公司“星链”星座在战场上中表现出色

在俄乌冲突中，美国多家私营企业的商业低轨星座投入战场并展示出巨大的军事价值，其中的典型代表有SpaceX公司的“星链”星座(为乌克兰军方提供指挥、通信和中继服务)以及Planet和Maxar Technologies公司的遥感卫星星座(为乌克兰军方提供战时实时卫星图像)。

鉴于乌克兰的大量通信枢纽已经在冲突中被摧毁，“星链”几乎是乌克兰军方唯一的卫星通信方式，在冲突中发挥了重要作用。在战场应用方面，乌克兰军方通过“星链”星座：①保持对外通信联络基本畅通;②提供战场情报支援;③提供作战指挥控制。

此外，SpaceX公司“星链”在冲突中表现出不错的抗干扰能力。2022年3月4日，埃隆·马斯克发推特表示，在俄乌冲突地区附近的一些“星链”终端被干扰了数小时，而“星链”通过软件更新成功绕过了干扰。三周后,埃隆·马斯克补充说:“至少到目前为止,“星链”已经抵制了所有的黑客攻击和干扰尝试。”

乌克兰军人在部署“星链”终端

3、美国军方越来越多地寻求商业太空服务

过去，美国军方对商业太空服务的的需求主要在卫星通信领域。不过近年来这种情况有所改变，美国太空部队(USSF)正寻求越来越多的数据中继和太空态势感知的商业服务。

2022年4月6日，美国太空司令部司令詹姆斯·迪金森在太空研讨会的媒体简报会上推出了《太空司令部商业整合战略》。根据该战略，美国太空司令部将优先考虑:指挥控制、大数据管理、建模仿真、空间控制、通信卫星和通信终端等领域的商业服务方法，其次是遥感、卫星通信带宽和量子计算等领域。

2022年12月1日，美国国防部长劳埃德·奥斯汀正式宣布成立战略资本办公室(OSC),作为美国国防部(DOD)下属组织，该办公室专注于推动与私营部门的合作,以帮助军事部门更快地实现创新能力。战略资本办公室将在发布声明后的90天内配备人员并开始运作,办公室设在五角大楼的首席技术办公室内,由负责研究和工程的国防部副部长HeidiShyu领导。

二、“星盾”项目概述

SpaceX公司对“星盾”项目的描述一贯的重营销而轻细节，但传达了SpaceX进军美国国家安全卫星领域的愿景。根据SpaceX公司的介绍，“星盾”将延续该公司“星链”卫星的技术和发射能力。不同于专为商业用途而设计“星链”卫星,“星盾”专为政府用途而设计,最初侧重于以下三个领域:

①对地观测。SpaceX公司将提供带有传感有效载荷的卫星,进行对地观测并将处理后的数据直接发送给用户;

②卫星通信。由SpaceX公司开发“端到端”的“星盾”系统，包括连接卫星网络所需的用户终端，从而为政府客户提供安全的全球加密通信;

③托管载荷。SpaceX公司通过定制的卫星平台为政府客户提供托管载荷服务。

SpaceX公司发布的“星盾”卫星概念图

SpaceX公司已经针对“星盾”项目开启了如下岗位招聘：天线工程师;数字信号处理(DSP)工程师;电气硬件开发工程师;电气测试工程师;FPGA工程师;高级数据工程师;GNC卫星姿态确定和控制工程师;射频工程师;应用软件工程师;卫星机械工程师。

三、“星盾”商标中的相关描述

2022年10月29日，SpaceX公司提交了“星盾”的新商标申请,其中包含以下商品和服务描述:

①使用卫星星座的全球定位系统;互联网服务器;电信硬件;能够将气象学、气候学、地理学、地形学、海洋学以及动物迁徙领域的信息传输到电信网络和导航设备的计算机软件;无线连接到全球通信网络的计算机软件;全球定位卫星接收器;卫星接收器、卫星接收器模块、电子信号发射器、多路复用器、解码盒、数据处理器、集成电路;用于上述产品、卫星终端和卫星地面站的计算机操作硬件和软件。

②互联网服务提供商(ISP)服务;卫星电信服务，即通过卫星传输无线互联网信号;向第三方用户提供卫星通信基础设施的访问权;电信服务,即通过计算机和卫星网络传输数字、光、音频、数据、信息和图像信号;收集和传输通过卫星和航天器获得的实时数据和图像;卫星通信和传输服务;无线宽带通信服务;通过卫星传输数据、语音和视频;交互式卫星通信服务;通过电子传输传递信息;提供与互联网的电信连接;电信网关服务;提供高速无线互联网接入;提供对互联网、全球计算机网络和电子通信网络的多用户访问;提供对全球计算机信息网络的访问;提供一个专门介绍卫星电信服务领域信息的网站。

③通过电信网络和卫星辅助导航设备提供气象学、气候学、地理学、地形学、海洋学以及人类和动物迁徙领域的信息;通过无线和卫星网络提供全球定位和地理位置信息,不包括美国政府的全球定位系统(GPS);提供一个网站,展示通过卫星获得的地理数据和图像。

④电子数据和文件的云存储服务;云计算服务;云计算以收集、跟踪、监测和分析通过卫星获得的气象学、气候学、地理学、地形学、海洋学、人类和动物迁徙领域的数据为特色;通过卫星同步实现多种通信模式;开发数据处理、数据存储、数据捕获、数据收集、数据仓库、数据管理、数据挖掘、数据库分析和安全数据共享结合使用的软件;卫星通信技术服务;卫星通信领域的电信网络、软件和仪器的设计、开发和维护;提供计算机在线绘图服务;卫星通信领域的技术研发;卫星通信领域的工程服务;科学研究;科技服务;利用卫星和传感器对环境和大气条件进行电子监测;遥感服务;搜索和检索网络上与卫星数据、记录和测量有关的资源;通过全球信息网络提供有关卫星互联网服务的信息。

四、相关卫星平台测试

据相关西方媒体网站推测，由SpaceX公司猎鹰9型运载火箭发射的USA-320～323/328～331卫星很可能是SpaceX公司基于“星盾”卫星平台建造的。2022年1月13日，SpaceX公司发射了USA-320～323卫星。2022年6月19日，SpaceX公司又一同发射了Globalstar FM15和USA-328～331卫星。上述卫星目的尚未透露,但据多数媒体猜测均为军用卫星，很可能用于执行通信、地球观测或信号情报的技术演示验证。

据推测在SpaceX公司官网展示的“星盾”图片(如下图所示)，很可能是USA-328～331的其中一颗。

五、“星盾”星座特点

根据SpaceX公司的介绍，“星盾”星座具有如下特点：

①安全性和抗干扰能力。SpaceX公司的“星链”星座已经提供了优秀的的端到端用户数据加密能力。而“星盾”使用额外的高度可靠的加密算法来托管机密有效载荷并安全地处理重要数据。

②模块化设计。“星盾”卫星旨在满足不同的任务要求,能够集成各种有效载荷,为用户提供多种功能选择。

③互操作性。“星链”卫星的星间激光通信终端是当今轨道上最大规模运行的通信激光器,可以集成到合作伙伴卫星上,以便纳入“星盾”网络。

④快速开发和部署。凭借SpaceX公司的快速迭代能力,以及该公司在开发端到端系统(从运载火箭到用户终端)方面的全栈开发能力,SpaceX公司能够以最快的速度进行大规模星座部署。

⑤弹性和扩展能力。一方面“星盾”星座的近地轨道架构提供了固有的弹性，另一方面SpaceX公司的快速发射能力能够快速补充卫星。

六、对SpaceX公司的意义

一位行业分析师称，“星盾”项目的推出标志着SpaceX公司最终明白,将所有产品商业化并要求国家安全空间客户购买它具有一定的局限性,因此他们将提供以国家安全为重点但基于“星链”技术和生产线的替代产品。

作为SpaceX公司新的业务领域，“星盾”有助于将政府工作和商业活动区分开来。毕竟在俄乌冲突中，SpaceX公司投入了大额资金，在乌克兰部署了2万多个“星链”终端，却没有获得相应的财务支持。马斯克曾在2022年10月表示，截至2022年底SpaceX公司将花费超过1亿美元用于支持乌克兰军方。通过“星盾”项目，SpaceX公司可以明确为政府提供哪些服务以及在何种条款之下提供军事服务，从而使全球宽带服务提供商和军事情报提供商之间的界限变得清晰。

另一方面，由于SpaceX公司在俄乌冲突中对乌方的援助，使得该公司的“星链”卫星成为俄罗斯的军事打击目标。2022年10月27日，俄罗斯外交部在一次联合国大会会议上警告：“准民用基础设施可能成为报复的合法目标”。因此，通过推出“星盾”项目，由美国政府部门直接出资建造专用的低轨军用卫星星座，能够使SpaceX公司免于承受经济损失。

小结

近年来，美国SpaceX公司提供的发射服务已经成为美国政府的宝贵资源，尤其是猎鹰9型火箭已经成为美国近年来发射次数最多的运载火箭。目前美国太空发展局的传输层0批发射服务也选择了猎鹰9型火箭，因此SpaceX公司在建设“星盾”低轨军事卫星星座中具有先天优势。此外，凭借SpaceX公司发展“星链”大规模低轨卫星星座的经验，在当前美军发展低轨军事卫星互联网能力的大环境下抢下一定的市场份额并非难事。