2009 年 2 月 10 日,一颗已报废的俄罗斯军用通信卫星 Cosmos 2251 与一颗活跃的美国商业通信卫星 Iridium 33 相撞。这是两颗在轨卫星首次意外相撞,此次事故产生了近 2,000 块太空垃圾,其中许多至今仍在低地球轨道运行。1 美国空军提供的合轨警告数据显示,铱星星座在那一周内还有 37 次可能的合轨,其中一次的概率比这次事件高出一个数量级。提供给铱星卫星运营商的数据不足以区分他们已经习惯的许多虚假合轨警告和更严重的风险,在这种情况下,运营商没有选择改变卫星的轨道。2 这起事件让商业太空公司有充分的理由寻找或参与替代的 SSA 数据和分析来源,以保护他们在太空中的资产并提高会合警告的准确性。铱星宇宙碰撞并不是唯一值得担忧的原因。随着越来越多的卫星进入轨道,太空物体之间的碰撞警告变得越来越普遍,而且许多涉及的物体已经绕地球运行了几十年,无法进行避让机动。例如,在 2021 年 4 月初,一颗报废的气象卫星可能与一个自 1973 年以来一直在轨道上运行的火箭体相撞。3 这次两人错过了对方,但情况不会总是这样。随着各国在军事和民用行动中越来越依赖太空系统,产生碎片碰撞的可能性对太空资产和国家安全构成了巨大威胁。跟踪在轨运行卫星和其他物体的能力变得越来越重要,这一任务领域被称为空间态势感知 (SSA)。SSA 能力对于保护太空资产至关重要,它们在安全方面发挥着重要作用,因为许多企业、政府和军队都依赖空间系统来执行基本职能。可靠的 SSA 使太空运营商能够更好地了解其他人在太空中做什么,这些信息可用于更好地保护自己的太空资产。随着 SSA 能力的不断提高,SSA 提供商的数量也在不断增加。本文重点介绍商业和国际 SSA 提供商日益增长的活动和能力以及未来几年预计出现的趋势。过去十年左右,许多商业 SSA 公司应运而生,它们现在已成为该领域的主要参与者,将 SSA 数据出售给其他商业公司或与政府合作避免碰撞。
图 3 中反映的跟踪物品数量的急剧增加归因于新的国家、非国家和商业航天器;进入太空的门槛降低;商业公司将数百到数千个航天器组成的大型星座(例如 Starlink);一些重大的碎片产生事件,例如 2007 年中国反卫星 (ASAT) 试验、2009 年铱星-宇宙碰撞和 2021 年俄罗斯反卫星试验,以及改进的监测能力。与此同时,太空环境和自然碎片带来的危害继续威胁着航天器,并有可能产生更多的碎片事件。这些因素综合起来,对于太空作业的安全来说,美国不仅必须知道物体和航天器在任何特定时间的位置,而且还必须知道它们是如何到达那里的、谁拥有它们、它们的潜在能力以及它们的操作员的意图。
1 美国联邦通信委员会已授权铱星公司与 Globalstar 共享 1617.775-1618.725 MHz 大低地球轨道 (LEO) 频段的频谱。 2 请参阅 https://support.apple.com/en-us/HT213426。 3 Loral/Qualcomm Partnership, LP 申请建造、发射和运营低地球轨道卫星系统 Globalstar,以在 1610-1626.5 MHz/2483.5-2500 MHz 频段提供移动卫星服务,命令和授权,10 FCC Rcd 2333 (1995)。另请参阅 Globalstar Licensee LLC;非对地静止移动卫星服务空间站许可证修改申请;GUSA Licensee LLC;移动卫星服务地面站许可证修改申请; GCL Licensee LLC,《移动卫星服务地面站许可证修改申请》,订单,26 FCC Rcd 3948,¶ 2(IB 2011)(“Globalstar HIBLEO-X 许可证订单”)。
2.2.1 空间段 铱星空间段利用低地球轨道上的 66 颗运行卫星群,如图 2-2 所示。这些卫星位于近极地轨道的六个不同平面上,高度约为 780 公里,大约每 100 分钟绕地球一圈,速度约为 27,088 公里/小时。11 颗任务卫星均匀分布在每个平面内,充当通信网络中的节点。六个同向旋转的平面在经度上相隔 31.6 度,因此平面 6 与平面 1 的反向旋转部分之间的间隔为 22 度。相邻奇数和偶数平面中的卫星位置彼此偏移卫星间距的一半。该卫星群确保地球上的每个区域始终被至少一颗卫星覆盖。目前有 10 颗额外的在轨备用卫星,可在发生故障时替换任何无法使用的卫星。
航空电子设备选项 215:110 伏交流电源插座 – 6,000 美元 235:Jeppesen ChartView – 4,110 美元(Jeppesen PilotPak 一年订阅费) 256:GSR 56 铱星收发器 – 16,700 美元 269:GDL 69A XM WX 卫星无线电气象 – 10,970 美元(包括 GRC 10 遥控器) 330:WX-500 Stormscope – 11,350 美元 352:ADF Becker 3500 – 14,700 美元(待批准) 450:TAWS-B – 12,500 美元 563:DME BendixKing KN 63 – 10,600 美元 631:GTX 33ES 第二数字转发器 – 10,455 美元641:分集数字转发器 - 带双天线的 GTX33D ES(欧洲飞机必备 - 可换成 STD GTX33ES)- 14,500 美元 825:GTS 825 交通咨询系统 - 34,300 美元(具有 ADS-B 功能)
14 Weeden, Brian。nd “2009 年铱星-宇宙碰撞情况说明书”。安全世界基金会。访问日期:2021 年。https://swfound.org/media/6575/swf_iridium_cosmos_collision_fact_sheet_updated_2012.pdf。 15 “空间站空间碎片和载人航天器”。2021 年。美国宇航局。https://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/orbital_debris.html。 16 “国际法律制定者面临的空间碎片难题 - Room: The Space Journal。”nd Room, The Space Journal。访问日期:2021 年。https://room.eu.com/article/space-debris-conundrum-for-international-law-makers。 17 Robinson, Tim。2014 年。空间碎片:法律问题。 https://www.aerosociety.com/news/space-debris-the-legal-issues/。18 “外层空间——联合国裁军事务厅。”和联合国。访问日期:2021 年。https://www.un.org/disarmament/topics/outerspace/。19 Janelle, Chantelle。2008 年。“国际空间站宇航员可以使用枪支。”WIS-TV。https://www.wistv.com/story/7875955/international-space-station-astronauts-have-access-to-a-gun/。
作者注:学员 Bridgham、Lambert、Moe 和 Morin 是美国军事学院四年级学生,分别来自系统工程系和数学科学系。系统工程系教授 Timothy Elkins 博士是该小组的顾问。摘要:可靠定位、导航和授时 (APNT) 是利用全球定位系统 (GPS) 进行作战使用的系统的高级储备。如果 GPS 性能下降或不准确,APNT 可提供备份以维持作战和准备状态。有关 APNT 的准确信息(重点是分配时间)是掌控战场和取得战术和作战成功的关键,因为如果时间不同步,通信、智能武器和安全系统可能会无法运行。研究小组着手寻找一种替代技术或系统,为军用旋翼飞机提供 APNT(重点是时间)。通过我们的分析,团队确定了具体的高级功能和目标,筛选了可能的解决方案,并权衡了最终的系统以确定最佳匹配。总体而言,铱星卫星得分最高,是最佳考虑的解决方案。关键词:GPS、APNT、计时、IMU、航空、系统决策过程
作者注:学员 Bridgham、Lambert、Moe 和 Morin 是美国军事学院四年级学生,分别来自系统工程系和数学科学系。系统工程系教授 Timothy Elkins 博士是该小组的顾问。摘要:可靠定位、导航和授时 (APNT) 是利用全球定位系统 (GPS) 进行作战使用的系统的高级储备。如果 GPS 性能下降或不准确,APNT 可提供备份以维持作战和准备状态。有关 APNT 的准确信息(重点是分配时间)是掌控战场和取得战术和作战成功的关键,因为如果时间不同步,通信、智能武器和安全系统可能会无法运行。研究小组着手寻找一种替代技术或系统,为军用旋翼飞机提供 APNT(重点是时间)。通过我们的分析,团队确定了具体的高级功能和目标,筛选了可能的解决方案,并权衡了最终的系统以确定最佳匹配。总体而言,铱星卫星得分最高,是经过深思熟虑的最佳解决方案。关键词:GPS、APNT、计时、IMU、航空、系统决策过程
作者注:学员 Bridgham、Lambert、Moe 和 Morin 是美国军事学院四年级学生,分别来自系统工程系和数学科学系。系统工程系教授 Timothy Elkins 博士是该小组的顾问。摘要:可靠定位、导航和授时 (APNT) 是利用全球定位系统 (GPS) 进行作战使用的系统的高级储备。如果 GPS 性能下降或不准确,APNT 可提供备份以维持作战和准备状态。有关 APNT 的准确信息(重点是分配时间)是掌控战场和取得战术和作战成功的关键,因为如果时间不同步,通信、智能武器和安全系统可能会无法运行。研究小组着手寻找一种替代技术或系统,为军用旋翼飞机提供 APNT(重点是时间)。通过我们的分析,团队确定了具体的高级功能和目标,筛选了可能的解决方案,并权衡了最终的系统以确定最佳匹配。总体而言,铱星卫星得分最高,是最佳考虑的解决方案。关键词:GPS、APNT、计时、IMU、航空、系统决策过程
作者注:学员 Bridgham、Lambert、Moe 和 Morin 是美国军事学院四年级学生,分别来自系统工程系和数学科学系。系统工程系教授 Timothy Elkins 博士是该小组的顾问。摘要:可靠定位、导航和授时 (APNT) 是利用全球定位系统 (GPS) 进行作战使用的系统的高级储备。如果 GPS 性能下降或不准确,APNT 可提供备份以维持作战和准备状态。有关 APNT 的准确信息(重点是分配时间)是掌控战场和取得战术和作战成功的关键,因为如果时间不同步,通信、智能武器和安全系统可能会无法运行。研究小组着手寻找一种替代技术或系统,为军用旋翼飞机提供 APNT(重点是时间)。通过我们的分析,团队确定了具体的高级功能和目标,筛选了可能的解决方案,并权衡了最终的系统以确定最佳匹配。总体而言,铱星卫星得分最高,是最佳考虑的解决方案。关键词:GPS、APNT、计时、IMU、航空、系统决策过程