DARPA推进卫星星座自主和太空网格先进技术

对美国作战能力至关重要的国家安全太空（National Security Space，NSS）资产，传统上位于地球同步轨道上，可为全球任何一点提供持续太空接入。在竞争日益激烈的太空环境中，这些精致、昂贵和单一的系统已成为脆弱的目标，如果退化或被摧毁，这些系统所承担的功能将需要数年才能被取代。为此，美国国防高级研究计划局（DARPA）于2017年推出了“Blackjack”项目，旨在开发和演示验证全球近地轨道（LEO）高速网络的关键要素，该网络为国防部提供高度连接、弹性和持续覆盖。该项目利用一系列小风险降低卫星，用来展示卫星星座自主和太空网格网络的先进技术。

“Blackjack”项目试图将商业领域的进步成果引入到LEO，包括设计用于宽带互联网服务的LEO星座，其中的设计和制造可以提供以前无法获得的规模经济。DARPA有兴趣利用这些进展来展示军事用途，强调一种商品化的总线和低成本可互换的有效载荷，其设计周期短，技术升级频繁。

“Blackjack”项目的主要目标是：

• 开发有效载荷和任务级自主软件，演示自主轨道运行，包括在轨分布式决策处理器；

• 开发和实施军用有效载荷和航天器总线的先进商业制造；

• 演示LEO中的有效载荷以增加NSS资产。驱动程序将展示与当前地球同步轨道系统同等的低轨性能，航天器组合总线、有效载荷和发射成本低于每轨道节点600万美元，而有效载荷满足商用总线的尺寸、重量和功率限制。

5月11日，DARPA通过其官网宣布与美国太空部队和航天发展局（Space Force and Space Development Agency）合作，计划于今年晚些时候和2021年实施飞往近地轨道（LEO）的“Blackjack”项目飞行。

即将进行的演示验证飞行计划都是搭便车，与其他任务一起前往近地轨道进行发射。第一个演示验证任务——Mandrake 1，是一个立方体卫星，将携带超级计算机处理芯片。Mandrake 2是一对小型卫星，将携带用于宽带数据的卫星间光链路。这些可能构成未来低轨光学网计算机网络的基础。

“Blackjack”项目还瞄准了一种叫做外卡的风险降低有效载荷，这是一种软件定义无线电，将试验从低轨道到战术无线电的链路。一个数据融合实验，能够承载先进的第三方算法，称为无质量有效载荷，是为即将到来的Loft轨道任务。

据“Blackjack”项目经理保罗·托马斯（Paul Thomas）介绍：“我们把设计做好是很重要的。我们首先关注总线和有效载荷，然后是自主任务管理系统，我们称之为Pit Boss。我们预计，我们将于明年夏天开始整合前两个军用有效载荷，并于2021年底通过共乘发射，随后于2022年开始整合‘Blackjack’项目演示子星座的其余部分。”

“Blackjack”项目的目标是演示低尺寸、重量和功率的传感器，这些传感器可以批量生产，以适应来自许多不同供应商的不同总线，每一个有效载荷价值不到200万美元。

DARPA正在评估空中客车公司、蓝峡谷技术公司和通信卫星公司的总线，所有这些公司都通过了初步设计审查。总线的最终选择将在2020年进行。“Blackjack”项目最近完成了对Pit Boss的初步设计审查，选择SEAKR作为在轨自主系统的主要执行者。DARPA还授予洛克希德·马丁公司作为卫星集成商的合同。

“Blackjack”项目演示验证子星座正在考虑几个传感器有效载荷，包括柯林斯航空公司和雷声公司的过顶持续红外（OPIR）系统；诺斯罗普·格鲁曼任务系统、泰鼎公司和系统与技术研究公司的射频系统；诺斯罗普·格鲁曼公司的定位、导航和定时；来自SA Photonics的卫星间光链路；来自L3Harris的电光/红外链路。“Blackjack”项目最近还完成了与奥古斯都宇航公司的小型企业创新研究合同（SBIR），以研究陆军太空和导弹防御指挥相关的有效载荷。

在接下来的几个月里，“Blackjack”项目将运行模拟测试所有类型任务的虚拟星座中的有效载荷。其目的是展示商品化总线和所考虑的各种有效载荷之间的互操作性。

对此，保罗·托马斯表示：“我们需要证明这些星座可以移动适当数量的数据，并支持我们想要的来自Pit Boss的数据融合以及命令和控制。从那里开始，我们将开始建造真正的硬件。到明年春末，我们将拥有硬件，然后在明年夏天集中精力进行卫星级的资格鉴定，以便在2021年底做好发射准备。”