DARPA运用激光通信构建未来分布式卫星网络

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今年9月，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 公布了一个新项目，旨在创建一个低成本且易于重新配置的光通信系统，这将有助于确保各种卫星星座能够快速、安全地共享大量数据。DARPA将这项被称为“天基自适应通信节点”（Space-BACN）的工作描述为对于将未来分布式卫星网络连接在一起至关重要，这些网络正在开发中以支持各种不同但通常是互补的任务，包括预警、情报收集、一般通信和数据共享。

DARPA在今年9月13日的新闻稿中透露了“天基自适应通信节点”。尽管有着相同的首字母缩略词BACN，但没有迹象表明该项目与美国空军更实际的E-11A“战场机载通信节点”(BACN)飞机有关。

DARPA“天基自适应通信节点”项目概述（翻译&字幕 by 防务菌）

在DARPA此前发布的一个Space-BACN概述视频（上图）中，DARPA战略技术办公室（STO）负责Space-BACN的项目经理格雷格·库伯曼（Greg Kuperman）表示：“今天，我们目睹了一个名为增殖空间的新领域的诞生。在接下来的几年里，我们将看到数以千计的低成本、快速部署和高度分布式的卫星进入太空。”

此后，他在一份书面声明中补充表示：“随着世界各地对负担得起的天基能力的需求不断增长，未来十年可能会有数以万计的小型卫星发射到低地球轨道（LEO）。这种增长的问题在于，光通信链路目前被设计为仅连接给定星座内的卫星——它们无法动态调整波形以与其他星座中的卫星进行通信。”

“天基自适应通信节点”（Space-BACN）创新的简化招标流程（翻译&字幕 by 贾维斯&防务菌）

格雷格·库伯曼补充说，迄今为止，只有使用激光作为信息传输机制的固定速率、单模光通信系统在太空中得到了验证。这些节点已被证明能够非常快速地传输大量信息，并且以高度安全和抗干扰的方式传输，但通常也非常昂贵。

格雷格·库伯曼表示：“由于许多精密设计和制造的组件由该领域的高技能专家手工组装，用于相干天基光通信的传统政府光终端可能花费数十万至数百万美元。另一方面，商业航天公司正在开发超优化的单模相干系统，旨在实现高速率通信，同时降低成本。然而，这些低成本系统不可重新配置，也不与任何其他标准兼容。”

格雷格·库伯曼做了一个比喻，缺乏标准化导致了“支离破碎的‘狂野西部’太空领域”，而这就是Space-BACN的用武之地。该项目正在寻求能够生产具有三个核心功能的光通信终端的概念：每秒100吉比特的传输速率“以支持大多数光标准”；需要不超过 100 瓦功率；总成本低于10万美元。DARPA将这些关键要求称为“100立方”（100 Cubed）。

DARPA战略技术办公室主任谈“天基自适应通信节点”（Space-BACN）（翻译&字幕 by 贾维斯&防务菌）

Space-BACN将探索三种独立技术的提案，DARPA希望它们能够结合形成一个满足“100 Cubed”要求的系统。第一个是低成本光学孔径，能够处理C波段中的所有红外波长，然后将其馈入负担得起的单模光纤线路，提供低成本、低损耗的空间传输能力。第二个组件是可重新配置的调制解调器，可以支持多种不同的波形。根据DARPA的说法，最后一块拼图是“跨星座指挥和控制”架构，它可以“使政府和商业卫星之间的交互自动化”。

DARPA还希望整个软件包高度模块化，并利用开放式架构系统允许组件快速升级，甚至完全更换。随着时间的推移，这将能够快速集成新的和改进的功能。整体低成本目标的一部分也是使所有三种核心技术能够相对快速地大批量生产。终端本身可以安装在用作通信和数据共享网关的专用卫星上，或者与各种未来的卫星集成，直接赋予它们这种能力。

DARPA用于说明最终Space-BACN终端所需的模块化和开放式架构性质

DARPA对外发布的新闻稿显示：“由于Space-BACN专注于在低地球轨道上运行，它将能够利用先进的低成本电子设备，这些电子设备可以在低辐射环境中可靠运行，并且更容易连接到大量其他政府和商业低地球轨道卫星星座。此外，LEO卫星的预期寿命较短——三到五年，再加上Space-BACN终端的模块化，将促进新技术的快速更新周期和插入。”

在介绍视频中，格雷格·库伯曼表示：“我们的目标不是为每个人制定完美的解决方案，而是为大多数用户提供足够好的解决方案。”另一个信息图，如下所示，将项目愿景的最终结果描述为“瑞士军刀”。

仅美国军方就有一些正在进行的小型分布式卫星星座项目，它们可以从Space-BACN之类的项目中受益。DARPA本身正在领导一个名为“黑杰克”（Blackjack）的项目，该项目试图证明各种组件的可行性，这些组件对于能够执行早期预警和相关通信功能的LEO中相对低成本的小型卫星星座来说是必要的。一个专门的数据处理器，绰号为 “Pit Boss”，也在这个项目中开发，以赋予整个星座高度的自主权。

另外，美国太空发展署(SDA) 正在开发一个新的天基预警网络，该网络由各种“层”小卫星星座组成。这些层中的每一层都将执行一组不同的功能，从发现和跟踪各种威胁，包括高超音速武器，到确保将这些数据快速传输到地面的指挥和控制中心，可以用来尝试拦截.

显示MDA概念性多层国防太空架构的信息图

这些只是美国军方正在研究的小型卫星计划的一些例子，因为它正在探索减少各种天基能力脆弱性的方法，这些能力目前由相对较少的精巧卫星提供。越来越多的地面和在轨反卫星威胁强调了分布式星座的必要性，以尽可能最大程度地确保下面的部队将继续获得各种重要的天基支持，例如预警、情报收集、导航和武器制导，在任何意外情况下保持通信和数据共享等。

Space-BACN为美国军方提供了一条道路，可以更快地利用未来的商业星座来增强其天基能力和容量。美国空军已经与私人太空公司SpaceX合作，探索如何使用其 “星链”（Starlink）卫星来支持军事行动。

光通信终端也可用于在地球大气层内飞行的飞机。美国媒体在国防专题报道里特别强调了这项技术的这种潜在应用，该类专题介绍了通常称为RQ-180“白蝙蝠”秘密空军高空长航时 (HALE) 隐形无人机可能具有的角色和任务。基于激光的卫星通信系统的使用也已经在MQ-9“死神”（Reaper）无人机上进行了测试。其他举措可能存在于机密领域。

RQ-180“白蝙蝠”秘密空军高空长航时 (HALE) 隐形无人机可能已经应用激光通信

此外，格雷格·库伯曼表示，低成本光通信终端对于非军事用途也非常有益。在视频演示中，他特别概述了可以适用的灾难响应/人道主义救援行动场景。

格雷格·库伯曼解释说：“当前，缺乏沟通和感知已经损害了急救人员迅速采取行动并获得‘帮助有需要的人’的能力。在一个卫星系统上收集的图像不会立即提供给使用不同卫星系统进行通信的响应者。如果两队救援人员使用来自两个不同卫星星座的通信，那么他们的通信能力将有限。”

形象的动画解释

总而言之，光通信对于天基和其他用途的重要性在最近几年变得越来越明显。虽然至少其中一些应用仍然可能需要高度专业化的系统，但现在DARPA通过Space-BACN项目正在寻找降低该技术核心元素成本的方法，以方便各种最终用户使用在更广泛的范围内采用它。

本文转载自“从心推送的防务菌”，原标题《【Future Distributed Satellite Network】DARPA运用激光通信构建未来分布式卫星网络》，文 | 掰棒子的防务菌

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