DARPA 与 SDA
远望智库开源情报中心 星星博士 编译
DARPA 黑杰克项目的定位、导航与授时能力概念图。面对重复建设和延迟交付，美国国防高级研究计划局（DARPA）正在评估其”黑杰克”卫星演示项目，研究如何其仍能对国防太空架构（NDSA）产生影响。
据【C4ISRNet】报道——黑杰克项目最初是一个非常大胆的想法：如果美国军方可以通过使用数百颗运行在不到 1000 英里轨道高度，并通过轨道网状网络连接的小型卫星，来获得相同的能力，而不是依赖于在地球上空 20,000 英里轨道高度处运行的少数大卫星，那会怎样呢？
军方观察到商业航天公司 SpaceX 在 2018 年发射了第一颗 Starlink 卫星，公司承诺使用由数百甚至数千颗低地球轨道上的小型卫星组成的扩散星座，能够将消费者级低延迟宽带连接传送到地球上的任何一点。这些通信系统还有望实现更快的连接，使得天基传感器距离跟踪目标和打击武器更近，并极大地降低了成本。
美国军方已经在其最难以到达的基地（例如北极）对这些商业网络进行连接试验。但五角大楼领导层还想要一个政府拥有的天基低延迟互联网，该互联网由数十颗连接全球传感器和武器的小型卫星组成，完全用于军事任务。
这是一个潜在的颠覆性概念，DARPA——五角大楼致力于解决军事上最具挑战性的技术问题的组织——决定试一试。黑杰克项目因此诞生，这是一项由大约 20 颗小卫星组成的实验，可用以验证扩散星座的军事效用。
然而，从那以后，情况迅速发生了变化。没有等到 DARPA 的演示，国防部就接受了扩散的 LEO （低轨星座）概念，并成立了太空发展局来构建一个低轨星座。新成立的美国太空部队宣称需要一个混合网络，其能力分布在多个轨道上——包括 LEO。五角大楼仅仅是采纳了 DARPA 黑杰克项目的颠覆性概念，但将其演示计划予以搁置。
黑杰克项目可能不会对太空发展局发射的前几批卫星产生直接影响，但将为军方未来扩散的 LEO 工作提供信息。在短期内，该机构的风险降低实验已经证明了轨道网状网络所需的关键技术，而其通过合同供应链开展工作的努力将帮助那些后来者。由于 SDA （太空发展局）的螺旋式开发策略，从黑杰克项目中吸取的经验教训可以纳入以后的卫星设计。
DARPA 与 SDA
与所有 DARPA 项目一样，黑杰克系统从来不应该是一个操作平台。相反，它是一种开发和展示供其他机构或部队使用的新技术的努力。来自成功的 DARPA 项目的技术，可用于启动或促进其他项目。
然而，DARPA 黑杰克项目的运营计划的道路是混乱的。最明显的运营继任者将是 SDA 的国防太空架构。但时间线是倒过来的：SDA 将在 DARPA 之前发射第一批演示卫星。
黑杰克项目不会直接影响第一批 SDA 卫星，但可能会影响后代。这是因为 SDA 使用螺旋式开发策略，每两年推出新产品来加强其星座。DARPA 的实验可能会为后来的几批卫星取得成果，很可能是那些在 2026 年和 2028 年进入轨道的卫星。
黑杰克项目并没有直接改变 SDA 在 tranche 0 （准备阶段）或 tranche 1 （第1阶段）上所做的工作，但随着他们进入运营阶段，从黑杰克项目中吸取的关于指挥控制、数据管理、边缘数据处理的经验教训，增加了高性能边缘计算，也就自然而然地让他们参与进来。
从实验中学习
更直接的是，DARPA 与 SDA 和其他机构合作发射了一些实验卫星，以降低黑杰克项目和其他扩散的 LEO 星座的风险。这些卫星正在测试使在轨网状网络正常工作所需的一些核心技术。
这些实验中的第一个——被称为 Mandrake（曼德拉草） I——于 2021 年 1 月发射。这颗立方体卫星已经度过了预期的短暂寿命，展示了在轨高性能计算。这项降低风险的实验让 DARPA 及其合作伙伴更有信心，相信他们可以依靠这些芯片来执行任务。另一个实验——曼德拉草 II——本应同时进行，但由于与火箭集成的设施发生事故，推迟发射了六个月，并最终将微型卫星送入轨道。DARPA 正在使用它来测试其光学激光通信概念，该概念将使在轨网状网络成为可能。
曼德拉草 II 实验遇到了一些问题，这些问题归咎于依赖商用货架产品（COTS）部件的决定。COTS 部件的使用有望降低卫星的成本，并使政府能够更快地建造它们。但是当使用 COTS 时，可能会出现故障。
由于下行数据的能力有限，阻碍了黑杰克演示实验进展。例如，在卫星上进行一项实验可能只需要两个小时，但下载该实验的所有数据可能需要一周时间。现在不是每周进行四次测试，而是每月进行四次测试。
尽管存在延误，但降低风险的实验已经改进了主要卫星。根据从曼德拉草 I 中吸取的教训，DARPA 将主要的高性能计算芯片换成了更适合长期太空环境的芯片。DARPA 还从辐射测试中了解到，一些辅助电子设备不太可能在轨道上存活整整两年，因此这些电子设备也被关闭。DARPA还根据从曼德拉草 II 中吸取的教训，更换了激光采集软件，并对光学镜头进行了机械改动。虽然较小的问题，例如卫星平台上某些支架的位置，并不是发射几颗卫星的巨大障碍，但随着该机构扩大到其完整的星座，它们会变得非常棘手。
下一步规划
随着 DARPA 完成其降低风险卫星的试验，它正准备发射黑杰克项目的首批卫星。目前正处于为黑杰克项目的通用卫星平台和有效载荷构建硬件之中。
第一批卫星将进一步证明黑杰克项目和其他轨道网络核心的在轨连接。DARPA 将使用这些初始卫星来解决其星座的错误和问题，确保发射的第二批卫星能够无缝运行。第二批卫星将在距地球表面 500 至 550 公里轨道高度处入轨，然后它们将缓慢爬升至约 1,000 公里，这将需要几个月的时间。
黑杰克项目真正想展示的是卫星之间共享数据的能力，在任务中协同工作，提供与地球同步卫星同样的永远在线的服务。如果能够成功做到这一点，那么这将成为一个非常成功的项目，并真正帮助美国太空系统司令部、太空发展局、导弹防御局，以及任何其他想要使用扩散的 LEO 来完成任务的机构。
【星星点评】
1.DARPA的黑杰克项目为SDA的国防太空架构提供了设计思想，验证了部分技术。
2.螺旋式开发策略以两年为周期，减小卫星设计寿命，加快技术验证迭代，值得借鉴。
3.从黑杰克项目中吸取的关于指挥控制、任务协同、数据共享、数据管理、边缘数据处理、高性能边缘计算等经验教训，将用于帮助构建扩散低轨星座。
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