美軍通信衛星概況
在現代戰爭中，安全高效的軍事通信能夠為獲取戰爭主動權提供重要的保障，而衛星通信是最重要的軍事通信手段之一。美軍運用通信衛星的歷史較長，目前在通信衛星領域在軌衛星數量最多、技術性能最優、實戰應用最豐富。根據UCS在2019年1月9日更新的全球在軌衛星數據庫，目前全球在軌的軍事用途通信衛星共有132顆（總體分布情況如下圖所示），其中美國49顆。
美軍的通信衛星體系主要包括寬帶、窄帶和防護三大系統。20世紀90年代以來，為了滿足在新形勢下作戰對通信衛星容量和性能的更高要求，這三大系統分別經歷了一次升級換代。但是，軍事通信需求的增長遠遠超過美軍自有通信衛星系統的建設速度，因而美軍通過大量租用商業衛星來應對這一狀況。
美國目前在軌的49顆軍事通信衛星中，絕大多數都是在地球同步軌道運行的5噸以上的大型衛星（包括上文提到的三大通信衛星系統），NGEO衛星僅有6顆。
隨著各國反衛星技術的發展，美軍傳統衛星通信系統的脆弱性日益突出，普通軍用通信衛星的反攻擊能力較差，一旦遭受降級或破壞需要數年才能更新；防護衛星系統的成本高昂且容量有限，以AEHF衛星系統為例，AEHF 單星造價高達22億美元，但容量卻不及WGS單星的1/10。為了應對這些新的狀況，當前美軍通信衛星體系正處在新一輪的轉型中，已經有相關項目取得重要進展，諸如FPSS項目、DFARR項目、PTSFD項目、PTES項目等。
近年來，低軌寬帶通信衛星技術逐漸發展成熟，全球有幾十個LEO通信衛星星座計劃出爐，正處在大規模商用的前夜。這一動向早已引起美軍關注。在通信衛星體系的建設中，美軍已經越來越重視LEO星座的建設和運用，以替代和備份以往使用單顆昂貴GEO衛星的做法。
美軍低軌衛星系統的布局已經上升到越來越高的層面。2019年7月1日，美國航天發展局（SDA）發布了下一代空間架構信息征詢書。根據該文件，美國國防部（DOD）的下一代空間架構將由幾層基于小型通信衛星網絡的結構組成。
美軍已有低軌通信衛星資源
Figure 5 TacSat-4衛星
圖片來源：space.skyrocket.de
美軍對低軌通信衛星的研究和應用相對較早。美國國防部（DOD）在2005年提出了“響應型太空計劃”（ORS），并倡議發展戰術衛星（TacSat）。其中TacSat-4衛星屬于通信試驗衛星，于2011年發射，主要用于驗證超視距通信以及數據中繼服務。該衛星針對美軍高緯度地區通信能力不足的問題，采用大橢圓軌道設計，近地點高度748 km，遠地點高度12000 km，可提供包括高緯度地區在內的近似全球的、非連續的覆蓋。2013年，ORS辦公室又發射了TacSat-6衛星，發展基于3U立方體的超視距通信能力，該星運行在462 km × 889 km的近地軌道。
Figure 6 Polar Scout衛星
圖片來源：space.skyrocket.de
ORS計劃的另一個通信衛星項目是Polar Scout衛星項目，該項目旨在評估天基傳感器在支持北極搜索和救援任務方面的效能。Polar Scout衛星屬于6U立方體衛星，能夠發現遇險者，并迅速將信息傳達給指揮中心。海岸警衛隊可以派出快艇、飛機或通知附近的商船救助幸存者。Polar Scout衛星每隔90到100分鐘經過北極地區一次，每天可以在北極地區提供超過3小時的搜救服務。
Figure 8 SMDC-ONE衛星
圖片來源：space.skyrocket.de
美國陸軍為確保偏遠山區、雨林等多遮擋地區的戰術通信能力，發展了“空間與導彈防御司令部－作戰納衛星效用（SMDC-ONE）”衛星。第一代SMDC-ONE衛星于2010年10月發射成功，屬于立方體衛星，采用“集群”衛星平臺，是美軍為演示驗證低成本小型通信衛星星座組網而設計，主要通過無人中繼臺站進行超視距數據傳輸。該項目有兩種運行模式：一種是戰場人員將數據發送到地面無人值守傳感器，然后通過衛星中繼至指揮部；另一種是戰場人員直接發送指令或者信息到衛星，進行數據請求或者衛星任務調度。2012－2013年，美軍又發射了4顆SMDC-ONE衛星。
Figure 10 SNaP衛星
圖片來源：space.skyrocket.de
SNaP（航天導彈防御司令部納衛星計劃）是SMDC-ONE計劃的繼續。SnaP衛星是實驗性3U立方星，具有三軸姿態穩定和在軌推進能力，可提供超視距通信和數據滲漏服務，數傳速率是SMDC-ONE衛星的5倍。
建設中的低軌通信衛星系統
“黑杰克”項目是美國國防高級研究計劃局（DARPA）于2018年發起的研發項目，旨在利用現代商業衛星技術構建起一個小型、安全以及低成本、短周期的LEO軍事衛星星座，其能力與目前在地球同步軌道運行的軍事通信衛星類似。
“黑杰克”項目將采用開放式的架構標準和系統控制，可輕松插入第三方軟硬件，包括天基有效載荷和托管應用、通信設備以及地面用戶設備和軟件。為了降低集成風險，項目將為“黑杰克”衛星節點開發一種稱為Pit Boss的單元，它配備有高速處理器和加密設備，功能相當于一個通用網絡和電氣接口。Pit Boss還將提供一種任務級自主功能，實現在軌邊緣計算，管理“黑杰克”衛星和地面用戶之間的通信，提供平臺測控鏈路，并對有效載荷數據進行加密。Pit Boss在軌云網絡將提供星座級和節點級指揮控制、健康監測與恢復、星間數據管理以及在軌資源調度。通俗來講，該項目的基本套路將是要將具有軍用特色的有效載荷裝到商業衛星平臺上。
Figure 12 “黑杰克”星座運行概念圖
圖片來源：DARPA
2019年2月1日，DARPA戰術技術辦公室發布廣泛機構公告，就“黑杰克”項目之下的Pit Boss子項目向行業征求解決方案，公告中更新了項目理論上的時間表。
Figure 13 “黑杰克”項目時間表
圖片來源：DARPA
根據SDA發布的下一代空間架構信息征詢書，近期太空發展局的目標是開發由網狀網絡組成的傳輸層，用于低軌道通信和數據傳輸。而該傳輸層將嚴重依賴DARPA的“黑杰克”項目，太空發展局希望圍繞該項目建立子星座，滿足已確定的導彈防御預警、定位導航和授時替代服務等需求。
利用商業低軌通信衛星資源
2018年3月新版美國《國家太空戰略》提出將推行整個政府層面的方法以實現美國在太空領域的領先地位，該方法尋求與私營部門和盟友密切合作。根據這一戰略，安全利用商用衛星星座的服務、商業托管軍用載荷等或成為其太空體系彈性發展的重要方式之一，這在銥星系統的運用、“黑杰克”項目的目標設計中都體現得非常明顯。
在全球范圍內將商業衛星用于軍事通信領域的案例屢見不鮮，美軍更是在不斷探索有效利用商業衛星通信服務的新模式。
Figure 14 第二代銥星星座概念圖
美軍現役通信衛星體系中，低軌通信衛星的運用主要依靠銥星星座。1998年11月，銥星公司投入商業運營，但由于用戶較少，運營后一直處于虧損狀態。1999年8月，銥星公司申請破產保護。21世紀初，美國國防部通過為期5年、每年3600萬美元的合同（為2萬名政府雇員提供不限時的通信服務）使銥星公司渡過破產危機。美軍在隨后之后的伊拉克戰爭和阿富汗戰爭中廣泛使用了銥星的通信服務。
之后美軍與銥星公司不斷擴大合作范圍，2018年，國防部與該公司執行一項為期5年價值4億美元的合同，成為后者最大的業務收入來源；在獲取星座使用權的同時，美軍還完全掌握了該系統夏威夷關口站的運行和控制權，該關口站至今仍為美軍專用并得到多次升級改造。此外，美軍內部還先后啟動了“銥星增強衛星移動服務”（EMSS）、“分布式戰術通信系統”（DTCS）等多個項目，開發相關終端設備，包括“銥”衛星電話、尋呼機以及有源或無源的SIM卡等，并加速部署應用。在此推動下，銥星系統已充分融入美軍作戰。
2017年1月，Iridium NEXT首批10顆衛星發射成功，拉開了第二代銥星系統的部署進程。2019年1月，Iridium NEXT最后10顆衛星的發射成功，這標志著第二代銥星系統組網成功。銥星二代每顆衛星都預留了一個搭載載荷的空間，有消息稱至少22顆銥星搭載了SKA（天基殺傷評估）載荷，從而構成了一個天基殺傷評估系統。
Figure 15 starlink概念圖
美空軍于2016年成立戰略發展規劃和實驗辦公室（SDPE），負責探索利用前沿商業系統和技術為空軍提供服務。2017年12月，SDPE發布名為“商業天基互聯網軍用試驗”（DECSI）的項目招標合同，旨在探索利用多個商業低軌通信星座，為空軍構建全球范圍內高彈性、高可用性、高帶寬、低延時的通信設施，支持空軍各類典型作戰平臺的行動。該項目主要由兩部分內容組成，一方面關注單個星座為空軍作戰平臺提供軍事服務的性能，同時也重點關注多個星座在空軍作戰平臺上的兼容共用問題，將開展相應的硬件、軟件和多接口設備的研發工作。
SpaceX于2019年3月獲得美空軍價值2800萬美元的“商業天基互聯網軍用試驗”（DECSI）合同，美空軍將在未來3年的時間內利用Starlink星座開展相關的軍事服務演示驗證。后續SDPE極有可能向Oneweb、Telesat等公司授出類似的合同，以鼓勵更多的星座建設者參與到項目研究中。