不再发射新卫星，美军“黑杰克”星座大缩水

最近，美国国防部高级研究计划局与SpaceX公司合作，通过“运输者-8号”拼单任务发射了“黑杰克”计划的4颗卫星。此举引起了人们的关注，因为该计划原本是要构建由20颗卫星组成的星座用于演示验证，但如今规模大大缩水，这是为何？“黑杰克”计划是否还有继续推进的必要？

性价比超高的军用星座

军事卫星是美军作战能力的关键。为了能够持久监视地球上的情况，这类卫星向来都是部署在地球同步轨道。但在对抗日益激烈的太空，这些昂贵且庞大的系统很容易成为攻击目标，如果遭到干扰或破坏，可能需要花费数年时间才能补换。而且这些系统研发时间长，很难甚至无法快速应对新的威胁。不过随着商业航天的发展，低轨宽带互联网通信卫星成为可能，而且在成本上还具有规模效应。

在这样的背景下，美国国防部高级研究计划局在2017年提出“黑杰克”军用卫星发射计划。与SpaceX公司直接主导的“星链”计划不同，“黑杰克”计划是由美国国防部主导，由民营企业提供各种卫星平台和发射支持。这些军用卫星与商业卫星拼单发射，很难通过追踪火箭发射来分辨哪些是“黑杰克”计划的军用卫星，哪些是真正的商业卫星，从而构建出具有超高性价比的、高度弹性化的军用低轨星座，并使之成为同时在尖端军事和尖端科研领域拥有可持续发展和超强生存能力的太空基础设施。

这也正是“黑杰克”计划名字的由来，“黑杰克”又被译作“21点”，是一种扑克牌游戏，“黑杰克”计划构建的低轨星座，与赌场天花板上由球形监控装置构成、用来提醒赌场管理者有谁在作弊并起到持续威慑作用的网状网络非常类似，因而得名。

“黑杰克”计划注重研发具有较小尺寸、较低重量和功耗及成本的低轨军事通信与监视卫星，包括低成本卫星有效载荷和商业化卫星平台。卫星虽然在低轨运行，但能力与目前在地球同步轨道上运行的军事通信系统相似，而成本只有后者的一小部分。

该计划还将研发验证在低地球轨道进行卫星组网的关键支撑技术，重点是使民用卫星平台和低成本、可互换、设计周期短、技术更新频繁的军用有效载荷适配，并对有效载荷进行优化，使其适用于多个平台。

与所有的美国国防部高级研究计划局项目一样，“黑杰克”系统从来不应该是一个操作平台。相反，它可以用于开发和展示供其他机构或部队使用的新技术。美国国防部高级研究计划局成功的项目技术，可用于启动或促进其他项目。

“黑杰克”计划意在验证低轨小卫星的军事用途

计划一再延迟

“黑杰克”计划最初设想分3个阶段完成：一是确定卫星平台和有效载荷的需求；二是为两颗卫星的在轨演示验证研发卫星平台和有效载荷；三是在低轨对拥有两个轨道平面的系统进行6个月的演示验证。

未来用于演示验证的星座将包含20颗卫星，每颗卫星拥有一个或多个有效载荷。美国国防部高级研究计划局原本计划在2021年先发射2颗卫星，随后在2022年中期之前完成20颗卫星的星座建设，而“黑杰克”项目最终可能会发射60～200颗卫星。

计划的主要目标有3个：一是研发有效载荷和任务级的自主软件，采用自主在轨分布式决策处理器，有效载荷能够自主运行，在轨进行数据处理；系统能够根据高级系统指令，在轨自主执行共同任务。二是实现先进的民用制造能力，“黑杰克”计划将使用商业现成部件进行高速制造，对单个航天器的验收筛选流程进行简化，并降低对单个航天器寿命的预期，任务保障将在星座级实现。三是在近地轨道演示卫星有效载荷，目标是展示近地轨道航天器的性能与目前地球同步轨道系统相当，每个轨道节点的平台、有效载荷及发射成本低于600万美元，同时，有效载荷满足民用平台的尺寸、重量及功率限制。

“黑杰克”计划的项目经理斯蒂芬·福布斯是2017年加入美国国防部高级研究计划局的。他此前曾供职于SpaceX公司、轨道科学公司和作为铱公司最初卫星承造方的摩托罗拉公司。他在2020年接受《航天新闻》采访时曾表示，“黑杰克”计划之所以令人兴奋，是因为其有可能会颠覆传统的星座建设理念。他说，该计划的当务之急是要兑现其既定目标，以证明低轨系统能够成为比美国国防部精致而昂贵的地球同步卫星复原能力更强、费用也更好承受的替代品。

“黑杰克”计划的首次发射原本应于2021年执行，但直到2023年6月12日才进行首度发射。元器件问题可能是发射延迟的原因之一，商用货架产品是指可以采购到的具有开放式标准定义接口的软件或硬件产品，商用货架产品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，但与此同时也出现了可靠性差和故障多的问题。此外，下行数据能力有限也阻碍了“黑杰克”计划的演示实验进展。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。如果测试过程中发现问题或需要进一步改进，就可能导致发射计划的延迟。

不再发射新卫星

此次发射的4颗“黑杰克”卫星使用了美国雷神技术公司的子公司蓝色峡谷技术公司制造的“土星级”商用卫星平台，每颗可以携带多达200公斤的有效载荷，最终目标是证明低地球轨道系统的性能与目前地球同步轨道系统相当，同时有效载荷满足商业总线的尺寸、重量和功率限制。

然而，“黑杰克”计划的规模目前已经大大缩小，截至目前只发射了4颗卫星。规模缩小的原因可以归结为以下两点：一是供应短缺，受新冠肺炎疫情影响，许多供应链出现断裂，团队没能完全专注于“黑杰克”计划的技术方面，而是不得不投入大量的时间和精力来获得必要的材料，并且那些为特定硬件设计的软件，可能无法与替代品完全兼容，这迫使软件设计者废止大段代码并重新开始。二是需求减少，美国国防部高级研究计划局最初希望通过“黑杰克”计划向五角大楼展示如何充分将商业航天的发展成果用于军事用途，但随着新成立的美国太空军太空发展局为国防部开展部署低轨星座，这一发射计划的优先级在逐渐降低。

面对规模缩小和延迟发射等挑战，我们需要评估“黑杰克”计划是否有继续推进的必要。“黑杰克”计划的项目经理斯蒂芬·福布斯证实，美国国防部高级研究计划局预计不会在已发射的4颗卫星之外再增加更多卫星。他在给《航天新闻》的一份声明中表示：“目前，这是我们为‘黑杰克’计划实施的唯一一次发射，这些卫星经过几个月的调试后将抬升轨道，然后开始验证越来越多的卫星系统之间的相互作用。”也就是说，“黑杰克”计划不会再有下一步的卫星发射计划了。（作者：陈哲 王昭磊 把关专家：中国航天科技集团科技委副主任 江帆）