天天微動態丨不再發射新衛星，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”拼單任務發射了“黑杰克”計劃的4顆衛星。此舉引起了人們的關注，因為該計劃原本是要構建由20顆衛星組成的星座用于演示驗證，但如今規模大大縮水，這是為何？“黑杰克”計劃是否還有繼續推進的必要？

性價比超高的軍用星座

【資料圖】

軍事衛星是美軍作戰能力的關鍵。為了能夠持久監視地球上的情況，這類衛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，可能需要花費數年時間才能補換。而且這些系統研發時間長，很難甚至無法快速應對新的威脅。不過隨著商業航天的發展，低軌寬帶互聯網通信衛星成為可能，而且在成本上還具有規模效應。

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”軍用衛星發射計劃。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，由民營企業提供各種衛星平臺和發射支持。這些軍用衛星與商業衛星拼單發射，很難通過追蹤火箭發射來分辨哪些是“黑杰克”計劃的軍用衛星，哪些是真正的商業衛星，從而構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域擁有可持續發展和超強生存能力的太空基礎設施。

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”計劃構建的低軌星座，與賭場天花板上由球形監控裝置構成、用來提醒賭場管理者有誰在作弊并起到持續威懾作用的網狀網絡非常類似，因而得名。

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

該計劃還將研發驗證在低地球軌道進行衛星組網的關鍵支撐技術，重點是使民用衛星平臺和低成本、可互換、設計周期短、技術更新頻繁的軍用有效載荷適配，并對有效載荷進行優化，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”系統從來不應該是一個操作平臺。相反，它可以用于開發和展示供其他機構或部隊使用的新技術。美國國防部高級研究計劃局成功的項目技術，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星的軍事用途

計劃一再延遲

“黑杰克”計劃最初設想分3個階段完成：一是確定衛星平臺和有效載荷的需求；二是為兩顆衛星的在軌演示驗證研發衛星平臺和有效載荷；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顆衛星，每顆衛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年先發射2顆衛星，隨后在2022年中期之前完成20顆衛星的星座建設，而“黑杰克”項目最終可能會發射60～200顆衛星。

計劃的主要目標有3個：一是研發有效載荷和任務級的自主軟件，采用自主在軌分布式決策處理器，有效載荷能夠自主運行，在軌進行數據處理；系統能夠根據高級系統指令，在軌自主執行共同任務。二是實現先進的民用制造能力，“黑杰克”計劃將使用商業現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。三是在近地軌道演示衛星有效載荷，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相當，每個軌道節點的平臺、有效載荷及發射成本低于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的星座建設理念。他說，該計劃的當務之急是要兌現其既定目標，以證明低軌系統能夠成為比美國國防部精致而昂貴的地球同步衛星復原能力更強、費用也更好承受的替代品。

“黑杰克”計劃的首次發射原本應于2021年執行，但直到2023年6月12日才進行首度發射。元器件問題可能是發射延遲的原因之一，商用貨架產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品，商用貨架產品部件的使用有望降低衛星的成本，并使政府能夠更快地建造它們，但與此同時也出現了可靠性差和故障多的問題。此外，下行數據能力有限也阻礙了“黑杰克”計劃的演示實驗進展。例如，在衛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據可能需要一周時間。如果測試過程中發現問題或需要進一步改進，就可能導致發射計劃的延遲。

不再發射新衛星

此次發射的4顆“黑杰克”衛星使用了美國雷神技術公司的子公司藍色峽谷技術公司制造的“土星級”商用衛星平臺，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的性能與目前地球同步軌道系統相當，同時有效載荷滿足商業總線的尺寸、重量和功率限制。

然而，“黑杰克”計劃的規模目前已經大大縮小，截至目前只發射了4顆衛星。規?？s小的原因可以歸結為以下兩點：一是供應短缺，受新冠肺炎疫情影響，許多供應鏈出現斷裂，團隊沒能完全專注于“黑杰克”計劃的技術方面，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計的軟件，可能無法與替代品完全兼容，這迫使軟件設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航天的發展成果用于軍事用途，但隨著新成立的美國太空軍太空發展局為國防部開展部署低軌星座，這一發射計劃的優先級在逐漸降低。

面對規?？s小和延遲發射等挑戰，我們需要評估“黑杰克”計劃是否有繼續推進的必要。“黑杰克”計劃的項目經理斯蒂芬·福布斯證實，美國國防部高級研究計劃局預計不會在已發射的4顆衛星之外再增加更多衛星。他在給《航天新聞》的一份聲明中表示：“目前，這是我們為‘黑杰克’計劃實施的唯一一次發射，這些衛星經過幾個月的調試后將抬升軌道，然后開始驗證越來越多的衛星系統之間的相互作用。”也就是說，“黑杰克”計劃不會再有下一步的衛星發射計劃了。（作者：陳哲 王昭磊 把關專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）

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