浅析小卫星的军事运用.docx
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1、浅析小卫星的军事运用当前,小卫星在许多领域中都有广泛应用。相比于其他类型的卫星,小卫星的开发周期更短,成本也更低,在经济方面具有更大的优势。小卫星应用系统往往由几百或几千颗卫星构成的星座组成,这将会带来很多优势,如时间分辨率、重访率的提升以及编队飞行能力。军事用户可将商业卫星系统用于军事目的,即利用现有能力而无需再开发新系统。军方必须寻求能更加充分利用这种趋势的方法,包括使用商业服务和审视具体军事应用的机遇。各国军方领导层也希望地面指挥官能够请求获取并接收战场图像,以便进行实时决策。2020年10月,美国陆军的“会聚工程”项目就对此能力进行了试验。本文将概述小卫星技术的优点、缺点和战略意义,讨
2、论目前在这一领域的政府和商业工作,并说明潜在未来发展方向。1、小卫星的优势在过去十年中,在轨小卫星数量迅速增长,预计这一增长在未来几年将会更快。2011年,发射到地球轨道上重量低于600千克的卫星不到100颗。而2020年,此类卫星超过了 1200颗,其中绝大多数为商业实体所有。已经发放的许可证表明,还有数千颗卫星将要发射。这些趋势对全世界的军事用户有重要影响。虽说小卫星提供了独特的能力和经济机遇,但它同时也带来了新的威胁。由于技术创新和关键部件不断小型化,小卫星现在能在许多不同任务领域提供高质量数据和服务,包括遥感、通信、定位、导航和授时以及在轨交会和接近操作。执行这些任务的卫星已经由各类政
3、府和商业实体开发,多项进一步的开发也正在进行中。虽然单个小卫星的技术能力通常不如大型复杂卫星,但其小卫星属性也会带来一些优势。(1)更短的开发时间小卫星通常专注于一种范围相对较窄的有效载荷技术或应用,无需像大型卫星那样携带许多复杂的传感器或有效载荷。小卫星尺寸和复杂性的降低大大加快了开发速度。一颗大型卫星可能需要数年时间设计和建造,而小卫星可以在较短时间内开发出来一一某些情况下,只需几天。小卫星开发时间短有重要意义,例如支持在轨卫星快速更新,以及增加训练机会。(2)快速更新和技术升级由于小卫星可以快速开发,因此也就可以在更短时间内更换在轨资产。传统大型卫星设计寿命可能长达10年或更长,而小卫星
4、通常只运行13年。一些技术可以在轨道上测试,相应知识和经验也可以纳入后续设计。快速更新也便于吸收更广泛的技术改进成果。鉴于电子和空间技术的快速发展,使用最尖端技术的能力(而不是十年前或更老的技术)非常重要。这对于军事应用尤其重要。(3)低成本和大规模制造小卫星相对简单,开发时间也较短,这样就会降低成本。传统大型卫星的开发通常需要耗费数亿甚至数十亿美元,而小卫星的建造成本只有数千万美元甚至更低。例如,Maxar公司重达2.5吨的WorldView-4卫星建造和发射费用高达8.5亿美元,而Planet公司开发的重约5千克的Dove卫星预计所需费用不会超过100万美元。小卫星的较低成本有助于实现大型
5、星座的开发,从而可产生新的能力和应用。同时,由于小卫星通常以大型星座形式部署,且寿命相对较短,需要快速更新,因此通常使用高效流水线方式进行大规模生产,这一趋势进一步降低了小卫星系统成本,缩短了其开发时间。(4)编队飞行和新能力由于成本低,开发时间短,可以开发多颗小卫星协同工作。这给编队飞行带来了新的机遇。例如,携带不同传感器的多颗卫星可以设计为同时飞越地球同一地区,这便于融合不同类型的数据。由于能够在不受光照条件和云层覆盖影响的情况下收集观测数据,合成孔径雷达系统(SAR)受到了军方的特别关注,它也可以从多颗卫星协同工作中受益。有些人预测,小卫星将与更大、更复杂的卫星结合使用。例如,SAR反射
6、镜设计设想让一颗大型SAR卫星与围绕其周围的小卫星集群合作。这些小卫星配备有接收机,每个接收机都能够探测雷达回波并将它们转发给主卫星。(5)大星座和重访率编队飞行系统通常只包括少数几颗卫星。许多小卫星应用也设想可以由数百或数千颗卫星组成更大的系统。这些系统通常称为巨型星座,有许多优势。其中最重要的是系统时间分辨率或重访率的提高。在经过地球上某区域后,一颗卫星通常至少需要几天时间才能再次经过(或“重访)同一个地点。但是,如果许多卫星一起工作,这一时间可大大缩短。Planet公司在低地球轨道(LEO)上拥有150多颗卫星,每天可至少5次采集地球上任何位置的图像。SpaceX公司4.2万颗卫星组成的
7、星链(Starlink)”星座在建造完成后,将能够向地球上任何位置提供持续互联网访问。这种无处不在的持续覆盖对于军事应用至关重要,如作战云和部队数字化。(6)卫星的战术使用拥有许多卫星和可实现快速重访时间的星座为军事用户在战术层面使用卫星创造了新机会。军事领导人现在可以展望地面指挥官请求和接收战场图像,并用于实时决策。美国陆军的“会聚工程项目在2020年10月就对这种能力进行了测试。测试中,美军领导层利用商业和政府卫星拍摄战场图像,并使用通信卫星(包括商业星座)来快速传输瞄准信息。通过结合数据融合和人工智能等新能力,美国陆军可将传感器到射手的时间从20分钟缩短到20秒。(7)大型星座与韧性大型
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