为什么太空部队要测试小型高空卫星技术

2 月 14 日，地球静止通信卫星公司 Astranis 宣布已获得美国太空部队的一份价值超过 1000 万美元的合同。该合同将首先在地面测试环境中演示卫星硬件上的安全通信技术，还包括在太空中测试该技术的可能性。

太空仍然是各国放置传感器以俯视其他国家的有效场所。许多此类卫星位于低地球轨道，即距离地面约 1200 英里，这更容易让卫星到达，并让卫星能够快速绕地球运行。距离地面 22,200 英里的地球静止轨道更难到达。此外，所有高度的卫星都有可能被干扰信号，或被轨道上的其他物体干扰，这促使美国军方寻求卫星星座或小型卫星编队，以确保在发生攻击或灾难时某些功能能够持续存在。

Astranis 联合创始人兼首席执行官约翰·格德马克 (John Gedmark) 表示：“我们建造的小型卫星轨道更高，首先是地球静止轨道，这是一个相当高的轨道。这是一个特殊的轨道，你可以将一颗卫星停在世界某个地方或一个国家的上空，仅用这颗卫星就可以提供持续的服务。”

阿拉斯加和秘鲁上空

地球静止卫星已用于提供通信和电视广播，而 Astranis 的主要目标是为商业和军事客户提供较小的地球静止卫星，以提供持续的宽带级互联网连接。对于两次商业用途的演示，Gedmark 指出，即将发射的卫星将发射至阿拉斯加上空（计划于 4 月初），今年晚些时候将发射一颗卫星发射至秘鲁上空。

“这颗卫星将发射至秘鲁上空，同时也将覆盖厄瓜多尔。我们基本上将允许他们在该国最偏远的一些地区部署和升级一些手机信号塔，”格德马克说。“秘鲁很多地方的地形非常崎岖，丛林非常险峻，还有安第斯山脉，很多因素使得这些偏远地区的网络覆盖非常困难。”

在这两个地方，卫星将增强地面现有的电信基础设施，让远程塔台通过太空而不是陆地进行连接。与阿拉斯加一样，秘鲁拥有广阔的地形，电线、电缆或光纤互联网连接等基础设施可能难以铺设。可以建立独立的手机塔台，在当地供电，然后通过卫星而不是陆地电线进行通信，将 3G 和 4G 级别的互联网带到人们以前无法访问的地方。

军事用途

这些特性，即将当地农村基础设施通过太空连接到更广泛的数据网络，也是 Astranis 卫星对军方如此有吸引力的部分原因。

“我们意识到，军方目前在军事卫星通信和其他一些与弹性有关的能力方面确实存在问题，对吧？他们确实依赖于少数几颗巨型地球同步卫星，其中一些卫星耗资数十亿美元。正如我们喜欢引用海顿将军的话，这些卫星是巨大而诱人的目标，”格德马克说。

2017 年，时任美国战略司令部负责人的空军上将约翰·海顿宣布，他将不再“支持进一步发展大型、巨大、肥美、诱人的目标”，他指的是这类卫星。海顿于 2021 年退休，但美国国防部仍在推动小型卫星填满天空，因为这是一种比目前的一体化巨型卫星更具弹性的选择。许多此类卫星星座都瞄准低地球轨道。

“不谈具体价格，我们可以用一颗大卫星的价格发射十几颗甚至更多卫星，”格德马克说。自 2018 年以来，Astranis 一直以将卫星送入地球静止轨道为目标吸引风险投资。

“很难设计出适合地球恶劣辐射环境的所有电子设备，因为你正处于范艾伦辐射带的最深处，”格德马克说。范艾伦辐射带含有可能损坏卫星的带电粒子，因此任何为生存而建造的东西都必须承受该地区固有的重离子撞击和辐射剂量。“这些较高的轨道更难到达，所以你必须通过一些巧妙的机载推进策略来解决这个问题。我们通过电力推进系统和机载离子推进器解决了这个问题。”

发射后，卫星将进入地球静止轨道，然后利用自身动力到达太空并进行机动。格德马克表示，卫星的设计寿命为 8 至 10 年，在此期间最多可重新定位 30 次。

卫星从一个轨道移动到另一个轨道的速度取决于卫星运营商愿意消耗多少燃料，重新定位可能只需几天，但 Gedmark 预计，几周内移动到新位置将是更典型的使用情况。

一旦进入轨道，卫星就需要进行安全通信。受保护战术波形是美国军方开发的一种通信协议和技术，Astranis 旨在证明它可以在其卫星的软件定义无线电上运行。（软件定义无线电是一种可以用代码改变其发送和接收信息参数的计算机，而更传统的无线电需要模拟硬件，如调制器和放大器，来对无线电信号中的信息进行编码和解码。）

受保护战术波形是“一组编入无线电的技术，可以自动避免干扰，”Gedmark 说。“我们将首先在实验室中进行演示，然后针对未来的卫星进行轨道演示。”

由于该协议将在软件无线电上运行，而不是在发射后固定形式的硬件，这可能意味着，如果有需要，阿斯特拉尼斯可以改造现有的商用卫星，使其携带受保护的战术波形，同时它仍在轨道上，在事件发生时促进激增的通信，满足军事需要。

目前，私人对通信技术的投资有望产生一种工具，既可用于扩大全球互联网连接，又可用于为美国军队提供通信，速度比建立地面基础设施要快。对于负责确保天空可靠通信的太空部队来说，更耐用、可根据需要进行机动的卫星将使其能够在天空中重新部署资产，以赢得地球上的战争。