DARPA“黑杰克”项目负责人讨论低地球轨道低成本

2020-01-11 作者:星座   |   浏览(54)

[本站2018年8月9日综合报道]美国国防部高级研究计划局正在探索如何利用商业方法建造卫星星座,使建造星座的成本更低、周期更短、设计和建造用时更少。与其说太空难以进入,不如说太空成本高昂。现今,卫星的建造和发射成本都很高,目的是使卫星一旦入轨,就可以工作多年。这种方式并不能有效降低风险,随着太空从军用卫星运行空间转移到国家实战疆域,建立弹性轨道意味着重新思考如何建造卫星。这意味着需要以数十亿美元为单位去重新考虑成本,而以数百万美元为单位去想象成本。对于国防高级研究计划局的托马斯来说,这意味着要为有效载荷和发射创造一个全新的生态系统。“黑杰克”是DARPA的一个项目,托马斯是项目经理。该项目希望将更低成本的卫星星座用于军事通信,其成本低、上行链路传输速率更快且整个星座具有弹性。C4ISRNET网站记者Kelsey Atherton与托马斯讨论了该计划。C4ISRNET:大家对低地球轨道和卫星星座都很感兴趣。DARPA与“黑杰克”的具体目标是什么?托马斯:作为演示验证架构,“黑杰克”将构建一部分星座。这大约包括20颗卫星,占整个星座90~100颗卫星的20%,它将为地面用户提供每天三到四小时或更多的战区级操作,这样我们就能借助一个完整、覆盖整个地球、全面增殖的全天候星座,真正演示验证我们将要做的事情。它还可以提供全球恒定覆盖和全球恒定监护服务。C4ISRNET:接受平台和有效载荷的单独提案背后的逻辑是什么?托马斯:我们所建造的最精致的航天器从第1天开始就与平台和有效载荷结合,那是精致航天器的一个绝佳模型。但我们正试图建立一个增殖的低地球轨道有效载荷生态系统,就像商业商品化的平台生态系统,可以匹配多种类型的有效载荷。要做到这一点,你不会满足于只证明有一种有效载荷能够完美匹配,然后就继续进行研发。这样你只会得到一个理想的有效载荷。为了尝试构建该生态系统,你至少需要参与程序设计评估,并使有效载荷开发人员能够进行一般化初始设计,以涵盖多种类型的商品化平台。一旦深入到设计阶段,将有效载荷与平台相匹配,就可以开发大量有效载荷。C4ISRNET:这个领域有很多商业利益;这会给部署新星座带来任何风险吗?托马斯:“黑杰克”项目的目标是证明你可以利用商业方法,实现降低成本、缩短周期时间、缩短设计和建造时间的可能性。但我们现在没有建造平台的指导方法,也没有指导项目人员如何将这些星座组合在一起;因此,剩下的就是让政府自己进行这样的,并以与他们步调一致的方式使用我们的系统,而不是去管理他们的商业元素。这就带来了风险。我们必须学习如何开展不同于以往的业务,并且比政府过去更快一点。C4ISRNET:那么,低地球轨道会不会有拥挤的风险而不能容纳更多的星座?托马斯:没有。好吧,总是有风险的。你会看到联邦通信委员会对大量星座进行归档工作。这些巨型星座有的包括数百颗卫星,有的则可多达1万余颗。这肯定会是一个挑战,而且将成为风险。幸运的是,我们在地面上设有空中交通管制系统,可以在任何特定时间覆盖空中的大量飞机。我们实际上还没有迈出在太空中管理大量航天器的那一步,但我们相信所有的技术都有实现的可能。我们只需要创造一个领域,使政府能够在其中追踪商业人士的活动。太空中存在风险,但风险不是主要的,因为太空很大。但你绝对需要跟踪航天器并确保它们能够脱离轨道。但就将数千甚至数万颗卫星投入低地球轨道而言,所有这些似乎都非常可行,并且不属于高风险阶段。C4ISRNET:关于演示验证,你期待的大致时间表是多久?托马斯:对于20颗卫星星座,我们计划在2020年底之前,将我们已经整合到商用平台的前两颗卫星和有效载荷准备就绪,并于2021年初发射。在2021年,一旦我们确认前两颗卫星成功运行,对于剩下的18颗卫星,我们也将采取同样做法。2021年末,我们将拥有全部卫星的演示验证能力,期望于2022年在低地球轨道进行战区级自主运行。

[本站2018年8月9日综合报道]C4ISRNET:支持卫星星座和反对精致卫星的一个论点是弹性。在这里,它是怎么运作的?托马斯:你花费的成本更低,单个节点更加可消耗。你不会围绕个别节点建立弹性,也不会试图像保护一颗价值10亿美元的卫星一样,对节点施加多层保护。如果“黑杰克”模型有效,那么航天器的费用将在300~400万美元的范围内,将其送入轨道将花费200~300万美元。我们谈论的节点成本约600万美元,包括将其送入太空的成本。因此,它低于高端弹药的成本。星座本身就成了你的弹性元素。由于发射了多颗卫星,你可以在星座层级而非节点层级上保证更高的可用性、可靠性并确保完成任务。如果一颗卫星失效,代替它的卫星将在10至15分钟后到达。你使用了一种不同的弹性方法——让大量的航天器在轨运行,这样会完全激怒一些反太空元素并引发其攻击。C4ISRNET:黑杰克星座对哪些反太空元素的攻击可能特别有弹性?托马斯:你现在拥有低成本的节点,因此很多直升式攻击方法的意义都不再那么大。当然,你仍然受到来自非动能和赛博领域的各种威胁。我们仍然需要保护星座免受所有其他类型的威胁。所以它可能在抵抗动能武器方面的帮助最大,但它确实在所有领域都给能你很大的弹性。C4ISRNET:“黑杰克”将实现什么样的通信业务?THOMAS:“黑杰克”旨在利用商业公司建立的新型网状网络。当前,美国国防部内部用户可能需要在太空中寻找两个或三个不同的选项,才能实现对话并在该太空段中进行通信。一旦卫星完成连接并进行加密,地面上的用户将能查找并看到地球上任一给定点的数百个或更多潜在网络节点内容; 它将彻底改变国防部的通信方式。通信网络略微独立于“黑杰克”的使命任务。“黑杰克”星座都拥有地球表面两点之间的多条兆位数据链路,且延迟很低,最多只有100-200毫秒。所以“黑杰克”真正改变了包括国防部在内的任何用户进行全球通信的游戏规则。C4ISRNET: “黑杰克”的最终理想目标是否是成为若切断地面上的互联网仍可独立运行的冗余星载网络?托马斯:如果地面网络存在问题,无论是地面网络系统还是点对点通信、光纤或其他通信方式,太空网状网络都能够将数据上传,并通过太空网将其移回地面,且没有任何其他系统参与数据转换。铱星系统现在拥有的交换机网络带宽很低,但是能通过美国国防部及其用户遍布全球的铱星系统网关将数据从一个点移动到另一个点,这是一个很棒的系统。将太空网络调整到高宽带接入,不仅仅用两三颗卫星构成星座,而是数十或数百颗卫星,它确实将我们带入了一个新的领域。C4ISRNET:在项目的什么阶段会链接平台和有效载荷?有没有一个组合它们的节点?托马斯:在现在的[加拿大28,广泛机构公告书]中,你可以看到我们正在寻找至少通过了第一阶段的多个有效载荷,而完成这一阶段可能需要多个平台。当我们通过初步设计审查,将计划推进到第二阶段并获得关键设计审查时,前两颗卫星将会建成,我们将选择一些载荷以继续不断深入开发项目,进行匹配和演示验证。我们将从较大的范围开始,缩小到更小的集合以进行实际演示。我们的次要目标是展示:大量的有效载荷将发挥作用,不同类型的有效载荷将在这种类型的架构中成功,即使我们只有一到两颗卫星。C4ISRNET:“黑杰克”的未来是什么样的?托马斯:我们正在研究大量各种类型的有效载荷。我们非常希望进入一个快速的技术更新周期......每隔两三年就建造出新的有效载荷,它们是之前已使用载荷的新版本,具有开放式结构标准,因此我们可以通过更好的算法进行无线更新。(中国航天系统科学与工程研究院 张铃金 李薇濛)

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