SpaceX“星盾”系统建设及应用浅析

郭凯，崔潇潇，钟江山，苑方磊，曲艳华

（1.北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094； 2.航天系统部装备部，北京 100094）

0 引言

为满足美国国防和情报机构日益增长的需求，美国太空探索技术公司（SpaceX）于2022年12月2日发布了“星盾（Starshield）”计划，该计划平行于“星链（Starlink）”项目，旨在为美提供全球部署的卫星遥感、加密通信、其他军用平台模块化托管能力。“星盾”未来可实现与“星链”组网，通过“星链”太空链路快速传输各类军用侦察和指挥控制数据。其他军用卫星平台搭载“星链”通信模块后，也可无缝连接至“星链”和“星盾”中，构成互联、互通和互操作的“网络节点”。该项目标志着“星链”计划向军事化发展迈出关键一步，将从根本上提升美军通信侦察、空间态势感知及天基攻防能力，且将对未来战争形态和装备发展产生深远影响。

1 “星盾”计划情况简述

1.1 “星盾”计划概况

“星盾”计划的提出意味着SpaceX公司直接以军用级别的“星盾”业务成为美国国防承包商。从卫星角度来讲，“星盾”与“星链”使用的卫星一脉相承。不过，“星盾”计划使用的2代“星链”尺寸更大，吨位也在1吨以上，用以搭载尺寸更大、质量更重的军用级别载荷。从通信服务能力来讲，抗干扰能力极强的“星盾”与“星链”无本质区别，仅在传输带宽上进行了增容。

“星盾”的用途是军事侦察，作为一种低轨卫星系统，该系统与军用卫星相比，观测范围并不大，优势在于数量多、覆盖观测范围广。同时，相较性能单一的军用卫星，“星盾”的模块化设计可根据不同军事用途搭载相应侦察模块随调随用。

“星盾”卫星系统不仅有基本的红外成像能力，还具有电磁信号侦测模块、天基相控阵雷达、海洋监测模块、导弹预警模块甚至天基武器系统等设置。

综上，为满足高性能的数据传输需要，“星盾”卫星系统完全采用激光卫星通信网络，数据传递更为高效、安全。

1.2 卫星特点

最新授权的2代“星链”，SpaceX将以更快的速度提供给更多的用户。这项新的授权使SpaceX能够发射更多的、更大改进型的火箭，以及比1代“星链”更高吞吐量的航天器。这意味着，2代“星链”能够提供更多带宽和更高可靠性。根据SpaceX公司官网公布的信息，可分析出“星盾”以下特点：

1）双太阳翼。相较于“星链”卫星，其双太阳翼尤为注目。它们通过一个转接器集成，使“星盾”卫星继承了“星链”单太阳翼鸭式飞行的能力；SpaceX的“鸭式”机动与最坏情况下的方向相比，将潜在碰撞方向的面积最小化，碰撞概率将降低4～10倍。

2）高能源供给。“星盾”卫星通过双太阳翼配置极大提升了供电能力，从而可使该卫星有能力承载更多或功耗更大的载荷。

3）自动防撞组件。保留了与“星链”卫星一样的自动避撞组件（如图1所示）。

可以预见，“星链”的黑漆图层、星间激光通信链路天线、对地天线等将全部进行继承。然而，由于加密技术的全面升级，应用“星盾”需要采用全新的“星盾”地面终端。

“星盾”卫星提供了模块化集成载荷的能力，这包括SpaceX自有载荷模块，及用户方载荷的集成。根据“星盾”初期提供的服务类型，SpaceX自有载荷将可能包括：可见光、射频、合成孔径雷达等多种遥感载荷模块，通信模块的功能与“星链”一致，但在加密安全上将提高一个量级。

值得注意的是，前面所述的“星盾”就是2代“星链”星座，但这并不意味着“星盾”卫星就是2代“星链”卫星。当然，也不排除SpaceX通过模块化设计方式，将2代“星链”卫星的载荷设计为通用模块，从而可以直接集成到“星盾”卫星上（2代“星链”卫星在轨效果图如图2所示）。

图2 2代“星链”卫星在轨效果图

1.3 星座特点

“星盾”星座的推出，进一步显示出美国在低轨卫星能力建设方面的能力，同时也展现出SpaceX等商业公司在美国防安全等领域发挥的巨大作用。“星盾”基于2代“星链”卫星，聚焦安全通信、载荷托管及地球观测3大模块，将实现更先进的功能，并整合到国防部的混合体系架构中。总的来说，“星盾”系统，既可强化美军的态势感知能力，又可为美军方提供专用加密网络服务，成为美军战力倍增器。具体来说，具有以下特点：

1）安全性和抗干扰能力。“星链”星座可提供完善的“端到端”用户数据加密能力，而“星盾”将使用保障性更高的加密功能，可托管加密载荷并安全处理数据，从而满足政府最苛刻的要求。

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，可集成到合作卫星上，从而并入“星盾”网络。

4）快速开发和部署。凭借SpaceX公司的快速迭代能力，在开发“端到端”系统（运载火箭—用户终端）方面采用了独特的一体化方法，能使“星盾”以最快的速度进行规模化部署。

5）弹性和扩展能力。一方面，“星盾”卫星的分布式低轨架构提供了固有的弹性，可保证在轨资产的连续性；另一方面，SpaceX公司已验证的快速发射能力也为进入太空提供了更加便捷和经济的途径。

6）已验证的合作伙伴关系。SpaceX与国防部和其他合作伙伴正在进行的工作表明，其有能力大规模提供太空和地面能力。

2 应用领域

“星盾”计划仅为美国政府提供服务。该计划虽以维护美国国家安全为重点，但仍基于“星链”的技术和生产线，并与“星链”通信兼容。“星盾”计划利用“星链”卫星星座，为美国情报机构、国防部等部门提供数据加密传输、战场信息感知等多项服务，特别是为美军一直欠缺的战场高通量信息传输、战场卫星遥感信息获取等方面提供支持，有效增强美军侦察遥感、通信中继、导航定位、精确打击等作战能力。目前来看，“星盾”计划在地球观测、安全通信和有效载荷托管等重点领域具有一定优势。

2.1 地球观测：通过发射带有遥感设备的有效载荷将处理后的数据直接提供给用户

“星盾”具备实时观测地理空间能力。由于“星链”卫星星座数量庞大且呈分布式部署，再配合升级后的“星盾”卫星上搭载先进的传感器，利用轨道低、重访周期短且星间互连互通等特点，帮美军实现近乎全天候不间断的侦察和监视，利用大数据分析来辨别目标，识别大中型武器系统，进一步强化美军“非对称”侦察监视技术优势。

2.2 安全通信：“端到端”的“星盾”系统可为政府提供可靠的全球通信

相较GPS导航系统，“星链”卫星轨道高度低、信号更强，同时具备成熟的星载激光通信链路，可有效推动军事通信网络与商业通信网络间的无缝切换，抵御网络袭击和电磁袭击。“星链”系统是军民混用的，最终或将受到“星链”通信负荷的影响。美军未来通过“星盾”系统，可在专用网络中独享专用带宽、加密设备、保密线路等军用属性的网络服务，并在必要时可占用民用线路扩展其带宽与应对灾难性备份等。未来若以“星盾”方式进行部署，美军应用范围将会扩展至本土及其他驻外美军基地甚至在海上和空中部署。

2.3 有效载荷托管：通过打造强大的卫星总线，支持客户订制的有效载荷任务

“星盾”卫星可承担自杀式攻击太空航天器任务，还可利用在轨机动性，通过加装武器化应用，辅助陆基导弹防御系统定位、拦截来袭的洲际弹道导弹等目标。“星盾”模拟图如图3所示。该系统通过提供通用化低轨卫星平台，采取通用化的电源和数据加密手段，依托SpaceX公司的卫星生产和部署能力，模块化载荷的形式则向美开放，卫星可在制造后直接安装发射。

图3 “星盾”模拟图

3 军事潜力及现实威胁分析

谁控制了地球轨道，谁就控制了近地空间；谁控制了近地空间，谁就控制了地球。“星盾”计划的提出，加速了低轨卫星军事化转型发展，凸显出美国急于抢占外空轨道资源，及颠覆现有作战体系的思路。

3.1 “通导遥一体化”大力缩短杀伤链条赢取战场先机

作战中，观察、判断、决策及行动（OODA）作为杀伤链的循环周期，费时越短，就越容易抢占战场先机，取得作战胜利。当前在轨卫星系统在通、导、遥3方面功能基本为独立运行，尚未形成整体，信息获取、传输、利用率仍处于较低水平。但当前“星盾”已实现“通遥一体化”，不排除入轨测试后具备导航功能，成为首个“通导遥一体化”系统。“星盾”本身可实现在轨实时数据处理，且具备星地低时延、大容量信息传输功能。此外，“星链”作为目前唯一在轨运行的星间激光通信系统，同样具备星间激光通信功能的星盾，可利用已有的星间激光通信网络，实现全球范围内全天候的数据获取与传输。

综上，“星盾”依托于自身平台功能高度集成化和“星链”的庞大星间激光通信网络，将缩短“发现—锁定—跟踪—瞄准—交战—评估”闭环时间，使OODA“环”变为“点”，压缩作战各环节执行时间，以快打慢，致力于实现《美国国防战略》中强调的“战略上可以预判，战术上难以捉摸”。

3.2 “寄宿载荷”成功实践以民掩军且显著降低成本

“寄宿载荷”作为美国军民融合中“以民掩军”的典型措施，其本身目的是在保证隐蔽性和经济性的前提下发展军事航天力量。“星盾”必定会使用SpaceX公司运载火箭发射入轨。根据官方公开的“星盾”卫星外形，“星盾”依旧采用可折叠太阳能帆板和平板式设计，为实现单次大规模部署，或将继承“星链”卫星的堆叠连接与分离技术。

“星盾”单星质量约为1.25～1.35 t，SpaceX原计划使用“星舰（StarShip）”部署“星链”V2.0，“星舰”在复用情况下运载能力约为100～150 t（LEO），非复用情况下运载能力约为250～300 t（LEO），因此“星舰”单次至少可部署 74颗“星盾”卫星。受模块化设计和堆叠连接技术影响，“星盾”卫星间外观应无明显差异。当美军在同一批“星盾”卫星中其中一颗或数颗“星盾”卫星中搭载军用载荷时，他国难以研定某颗“星盾”是否搭载军用载荷及其载荷功能类型。

此外，基于“星链”的规模化、批量化降低了研发成本，单颗“星链”卫星从制造到发射入轨成本约为50万美元/颗，继承大量“星链”成熟技术的“星盾”研发制造成本也必然大幅降低。

3.3 “去中心化”特性显著增强体系弹性并提升生存能力

近年来，美军极力倡导建立分散式、扩散式、多样式的弹性太空体系，以确保太空力量的生存能力。未来或将有7 500颗“星盾”卫星部署在525 km、530 km、535 km3个轨道壳上，巨量卫星部署可实现星座功能的“去中心化”。此外，低成本载荷可将单星功能分散至多颗“星盾”上，即使某个或部分节点遭受攻击，整个星座功能不会被毁，且其应急发射、快速补网可使星座具备极强抗毁伤能力。

此外，目前SpaceX已经实现36小时内发射3枚“猎鹰”-9火箭，再次打破同型运载火箭高密度发射的时间间隔纪录，火箭密集发射的能力不断增强，进一步保证了太空体系的弹性生存能力。

4 结束语

从最初“星链”系统聚焦通信的功能“专”，到现在依托平台拓展的用途“广”，SpaceX公司着眼长远、科学布局的技术发展路线具有很强的导向性。今后，在相关研究领域中既要重视顶层设计，也要重视垂直领域；既要看“专精特新”，也要统筹平台建设；既要立足当前，也要着眼未来，才能走出一条具有自身特色的发展之路。此外，相对于高、中轨道的卫星网络业务发展，新兴的低轨通信卫星已经成为各个国家、不同阵营进行太空竞争的主要赛道。未来在近地轨道的资源竞争将更加激烈。尽快开发和利用低轨星座系统，抢占有限的低轨卫星空间资源，抢占频谱主动权，这对于构建“透明”战场、打赢未来战争具有十分重要的意义。