天天微動態(tài)丨不再發(fā)射新衛(wèi)星，美軍“黑杰克”星座大縮水

最近，美國國防部高級研究計劃局與SpaceX公司合作，通過“運輸者-8號”拼單任務發(fā)射了“黑杰克”計劃的4顆衛(wèi)星。此舉引起了人們的關(guān)注，因為該計劃原本是要構(gòu)建由20顆衛(wèi)星組成的星座用于演示驗證，但如今規(guī)模大大縮水，這是為何？“黑杰克”計劃是否還有繼續(xù)推進的必要？

性價比超高的軍用星座

【資料圖】

軍事衛(wèi)星是美軍作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。為了能夠持久監(jiān)視地球上的情況，這類衛(wèi)星向來都是部署在地球同步軌道。但在對抗日益激烈的太空，這些昂貴且龐大的系統(tǒng)很容易成為攻擊目標，如果遭到干擾或破壞，可能需要花費數(shù)年時間才能補換。而且這些系統(tǒng)研發(fā)時間長，很難甚至無法快速應對新的威脅。不過隨著商業(yè)航天的發(fā)展，低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)通信衛(wèi)星成為可能，而且在成本上還具有規(guī)模效應。

在這樣的背景下，美國國防部高級研究計劃局在2017年提出“黑杰克”軍用衛(wèi)星發(fā)射計劃。與SpaceX公司直接主導的“星鏈”計劃不同，“黑杰克”計劃是由美國國防部主導，由民營企業(yè)提供各種衛(wèi)星平臺和發(fā)射支持。這些軍用衛(wèi)星與商業(yè)衛(wèi)星拼單發(fā)射，很難通過追蹤火箭發(fā)射來分辨哪些是“黑杰克”計劃的軍用衛(wèi)星，哪些是真正的商業(yè)衛(wèi)星，從而構(gòu)建出具有超高性價比的、高度彈性化的軍用低軌星座，并使之成為同時在尖端軍事和尖端科研領(lǐng)域擁有可持續(xù)發(fā)展和超強生存能力的太空基礎(chǔ)設(shè)施。

這也正是“黑杰克”計劃名字的由來，“黑杰克”又被譯作“21點”，是一種撲克牌游戲，“黑杰克”計劃構(gòu)建的低軌星座，與賭場天花板上由球形監(jiān)控裝置構(gòu)成、用來提醒賭場管理者有誰在作弊并起到持續(xù)威懾作用的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)非常類似，因而得名。

“黑杰克”計劃注重研發(fā)具有較小尺寸、較低重量和功耗及成本的低軌軍事通信與監(jiān)視衛(wèi)星，包括低成本衛(wèi)星有效載荷和商業(yè)化衛(wèi)星平臺。衛(wèi)星雖然在低軌運行，但能力與目前在地球同步軌道上運行的軍事通信系統(tǒng)相似，而成本只有后者的一小部分。

該計劃還將研發(fā)驗證在低地球軌道進行衛(wèi)星組網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，重點是使民用衛(wèi)星平臺和低成本、可互換、設(shè)計周期短、技術(shù)更新頻繁的軍用有效載荷適配，并對有效載荷進行優(yōu)化，使其適用于多個平臺。

與所有的美國國防部高級研究計劃局項目一樣，“黑杰克”系統(tǒng)從來不應該是一個操作平臺。相反，它可以用于開發(fā)和展示供其他機構(gòu)或部隊使用的新技術(shù)。美國國防部高級研究計劃局成功的項目技術(shù)，可用于啟動或促進其他項目。

“黑杰克”計劃意在驗證低軌小衛(wèi)星的軍事用途

計劃一再延遲

“黑杰克”計劃最初設(shè)想分3個階段完成：一是確定衛(wèi)星平臺和有效載荷的需求；二是為兩顆衛(wèi)星的在軌演示驗證研發(fā)衛(wèi)星平臺和有效載荷；三是在低軌對擁有兩個軌道平面的系統(tǒng)進行6個月的演示驗證。

未來用于演示驗證的星座將包含20顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星擁有一個或多個有效載荷。美國國防部高級研究計劃局原本計劃在2021年先發(fā)射2顆衛(wèi)星，隨后在2022年中期之前完成20顆衛(wèi)星的星座建設(shè)，而“黑杰克”項目最終可能會發(fā)射60～200顆衛(wèi)星。

計劃的主要目標有3個：一是研發(fā)有效載荷和任務級的自主軟件，采用自主在軌分布式?jīng)Q策處理器，有效載荷能夠自主運行，在軌進行數(shù)據(jù)處理；系統(tǒng)能夠根據(jù)高級系統(tǒng)指令，在軌自主執(zhí)行共同任務。二是實現(xiàn)先進的民用制造能力，“黑杰克”計劃將使用商業(yè)現(xiàn)成部件進行高速制造，對單個航天器的驗收篩選流程進行簡化，并降低對單個航天器壽命的預期，任務保障將在星座級實現(xiàn)。三是在近地軌道演示衛(wèi)星有效載荷，目標是展示近地軌道航天器的性能與目前地球同步軌道系統(tǒng)相當，每個軌道節(jié)點的平臺、有效載荷及發(fā)射成本低于600萬美元，同時，有效載荷滿足民用平臺的尺寸、重量及功率限制。

“黑杰克”計劃的項目經(jīng)理斯蒂芬·福布斯是2017年加入美國國防部高級研究計劃局的。他此前曾供職于SpaceX公司、軌道科學公司和作為銥公司最初衛(wèi)星承造方的摩托羅拉公司。他在2020年接受《航天新聞》采訪時曾表示，“黑杰克”計劃之所以令人興奮，是因為其有可能會顛覆傳統(tǒng)的星座建設(shè)理念。他說，該計劃的當務之急是要兌現(xiàn)其既定目標，以證明低軌系統(tǒng)能夠成為比美國國防部精致而昂貴的地球同步衛(wèi)星復原能力更強、費用也更好承受的替代品。

“黑杰克”計劃的首次發(fā)射原本應于2021年執(zhí)行，但直到2023年6月12日才進行首度發(fā)射。元器件問題可能是發(fā)射延遲的原因之一，商用貨架產(chǎn)品是指可以采購到的具有開放式標準定義接口的軟件或硬件產(chǎn)品，商用貨架產(chǎn)品部件的使用有望降低衛(wèi)星的成本，并使政府能夠更快地建造它們，但與此同時也出現(xiàn)了可靠性差和故障多的問題。此外，下行數(shù)據(jù)能力有限也阻礙了“黑杰克”計劃的演示實驗進展。例如，在衛(wèi)星上進行一項實驗可能只需要兩個小時，但下載該實驗的所有數(shù)據(jù)可能需要一周時間。如果測試過程中發(fā)現(xiàn)問題或需要進一步改進，就可能導致發(fā)射計劃的延遲。

不再發(fā)射新衛(wèi)星

此次發(fā)射的4顆“黑杰克”衛(wèi)星使用了美國雷神技術(shù)公司的子公司藍色峽谷技術(shù)公司制造的“土星級”商用衛(wèi)星平臺，每顆可以攜帶多達200公斤的有效載荷，最終目標是證明低地球軌道系統(tǒng)的性能與目前地球同步軌道系統(tǒng)相當，同時有效載荷滿足商業(yè)總線的尺寸、重量和功率限制。

然而，“黑杰克”計劃的規(guī)模目前已經(jīng)大大縮小，截至目前只發(fā)射了4顆衛(wèi)星。規(guī)模縮小的原因可以歸結(jié)為以下兩點：一是供應短缺，受新冠肺炎疫情影響，許多供應鏈出現(xiàn)斷裂，團隊沒能完全專注于“黑杰克”計劃的技術(shù)方面，而是不得不投入大量的時間和精力來獲得必要的材料，并且那些為特定硬件設(shè)計的軟件，可能無法與替代品完全兼容，這迫使軟件設(shè)計者廢止大段代碼并重新開始。二是需求減少，美國國防部高級研究計劃局最初希望通過“黑杰克”計劃向五角大樓展示如何充分將商業(yè)航天的發(fā)展成果用于軍事用途，但隨著新成立的美國太空軍太空發(fā)展局為國防部開展部署低軌星座，這一發(fā)射計劃的優(yōu)先級在逐漸降低。

面對規(guī)?？s小和延遲發(fā)射等挑戰(zhàn)，我們需要評估“黑杰克”計劃是否有繼續(xù)推進的必要?！昂诮芸恕庇媱澋捻椖拷?jīng)理斯蒂芬·福布斯證實，美國國防部高級研究計劃局預計不會在已發(fā)射的4顆衛(wèi)星之外再增加更多衛(wèi)星。他在給《航天新聞》的一份聲明中表示：“目前，這是我們?yōu)椤诮芸恕媱潓嵤┑奈ㄒ灰淮伟l(fā)射，這些衛(wèi)星經(jīng)過幾個月的調(diào)試后將抬升軌道，然后開始驗證越來越多的衛(wèi)星系統(tǒng)之間的相互作用?！币簿褪钦f，“黑杰克”計劃不會再有下一步的衛(wèi)星發(fā)射計劃了。（作者：陳哲 王昭磊 把關(guān)專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）

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