2020年5月，美国太空发展局发布了《太空传输层0期工作说明》。“传输层”是美国未来“国防太空架构”的骨干，将为美军全球作战平台提供一种有保证、韧性、低延迟的军事数据和连通能力。“传输层0期”也称“作战人员沉浸期”，旨在为后续发展提供演示验证和基线。以下简要介绍传输层0期概况。

1 国防太空架构（NDSA）

美国太空发展局正在为美军开发下一代太空架构——“国防太空架构”，旨在构建一种“扩散型低地球轨道（pLEO）”太空架构，统一整合美国国防部下一代太空能力，实现韧性军事感知和数据传输。“国防太空架构”主要由以下功能层组成，如图1所示。

图1：国防太空架构

•传输层：可在全球范围内向各种作战平台提供有保证、韧性、低延迟军事数据和连接；

•战斗管理层：提供任务分派、任务指挥控制以及数据分发，支持在战役规模实现时敏杀伤链闭合。

•跟踪层：用于提供先进导弹威胁的全球指示、预警、跟踪与瞄准——包括高超声速导弹系统；

•监管层：提供对时敏、“发射左侧（美军一种导弹防御战略，即利用非动能技术提前攻击敌方核导弹威胁）”表面机动目标的全天候（24×7）监视（例如，支持瞄准先进导弹）；

•导航层：为GPS受限环境提供备用定位、导航和授时（A-PNT）；

•威慑层：在深空（从地球同步轨道之外到月球距离）威慑不友好行动（图中未显示）；

•支撑层：确保地面和发射段能够支持响应式太空架构。

2 传输层“0期”星座

传输层是国防太空架构的主干，旨在为全球范围内的作战人员应用提供可靠、灵活、低延迟的军事数据和连接。2020年4月，美国太空发展局（SDA）发布了“传输层0期”征询草案。“传输层0期”是一种测试和训练“螺旋”，其最终成果主要有两方面：一是系统能力实验和演示，可以整合并实现与其他运行实体兼容；二是可以作为后续阶段发展基线。传输层0期星座如图2所示。

图2：传输层0期星座

传输层由太空段和地面段（主要由政府提供）组成。太空段包括一个由20颗卫星组成的异构星座。地面段位于美国海军研究实验室Blossom跟踪设施（BPTF）的卫星运行中心。

“传输层0期”星座包含两个近极轨平面，轨道面高度为1000千米，倾角在80度到100度之间（注意，由于星座构建关系，90度倾角不可取）。每个平面的卫星分为两组：A组卫星提供连接整个星座的完整网络基础设施，B组卫星通过综合广播系统（IBS）和Link 16支持平面交链和任务通信。A组卫星在平面上均匀分布，可以支持与地面的连续联络和的双向交链。B组呈“簇”状，可支持在多个时间段内对某一战区的连续覆盖，并进行测试和实验。

3 发展计划

美国太空发展局（SDA）计划从“传输层0期”开始每两年一次向联合作战部队交付传输层能力，规划如下：

•“风险降低演示”（2020～2021财年）：完成LEO轨道“光学星间链路（OISL）”实验；在小卫星上演示光学交链及下行链路，包括到战术用户的极低延迟下行链路。

•“0期能力”（2022～2023财年）：实现定期区域接入低延迟数据连接；并实现与地面基础设施的全球链接。

•“1期能力”（2024～2025财年）：实现高纬度地区之外的持久区域接入低延迟数据连接——具备全网络化指挥控制（FNC3）下行链路。SDA计划在2024财年第四季度再推出150颗卫星，并于2025财年向美国太空军移交。

SDA初始采购分布在传输、跟踪、支撑、战斗管理控制和监管层，但所有这些要素必须共同运作以提供作战能力。SDA设想在2023财年第一季度进行一次“顶层”演示，整合所有要素，让作战人员熟悉系统架构能力，并在“1期”大规模投资之前提供反馈。“顶层”演示也可能与其他军事演习相协调，如“英勇之盾”演习。“顶层”演示主要关注两个方面：跟踪与监管。在跟踪方面，跟踪层需要在没有事先提示或其他知识的情况下，检测并启动对高级威胁的跟踪。跟踪数据（无论是光学瞄准信息、2D轨道还是其他产品）通过传输网络送至地面，在与弹道导弹防御系统企业的一部分一起进行处理，创建一条相关跟踪轨迹。轨迹数据被发送回传输网络，并通过战术链路转发给战区用户。传输时间必须在几秒量级。监管层则要求展示传输传感器数据并在前沿融合传感器数据的能力以缩短远程打击时间。未来阶段的轨道传感器将配备兼容传输层的交链，但“顶层”演示期间没有任何可用交链。因此，传感器数据将从地面通过传输网络“流动”到战区中的平台。传感器数据有多重来源，例如信号情报（SIGINT）探测和合成孔径雷达或光电成像。数据在地面接收和融合，然后通过战术链路发送到战区。

4 主要目标

传输层“0期”有以下主要目标：

•测试、评估和以极低延迟将数据从运行中心通过星座传递给作战人员的能力，包括光学星间链路。

•演示从传输层外天基信号源发送和接收宽带数据并将这些数据传输到地面的能力。

•演示有限的战斗管理指挥控制和通信（BMC3）功能，包括上传和演示应用软件的能力。

•演示从不同位置传输大容量综合广播系统（IBS）数据、接收传输的IBS数据馈送、生成IBS消息以及为特定地理区域解调IBS消息并将这些结果发送给BMC3的能力。

•演示地面站通过卫星通信链路存储、中继、发送和接收Link 16消息的能力。演示卫星向各种用户（例如飞机、导弹防御系统、海军和地面）发送Link 16消息的能力。

•证明在不使用全球定位系统的情况下，保持共同相对时间基准的能力。

这些目标，经过美国负责研究和工程的国防部副部长下辖的全网络化指挥控制（FNC3）部门的分析和审查，将成为“联合全域指挥控制（JADC2）”的重要推动因素。JADC2将把所有域（海洋、陆地、空中、太空和网络）的分布式传感器、射手和数据连接到所有部队。JADC2的主要功能要素将直接“映射”到SDA的太空层。例如，JADC2的传感层直接映射到监管层和跟踪层，而JADC2的指挥控制功能区与战斗管理功能直接相关。

5 关键领域

美国太空发展局（SDA）已确认了传输层开发的一些关键领域，包括综合服务广播IBS、Link16、光学星间链路（OISL）、组网等。

5.1 综合广播服务

“综合广播服务（IBS）”向作战人员分发近实时战术/作战重要情报和信息，提供态势感知、快速威胁预警、友军跟踪、战斗搜索和救援、导弹防御和战区导弹预警以及其他决策过程中的重要数据。IBS是一种战区定制的信息和情报传播架构，具有全球连接能力，使用标准化通用数据格式和通用战术终端系列，并可与当前和规划中的战术和战略作战系统互操作。IBS是一种交互式服务，它为情报生产者提供了根据用户生成的动态传播优先级，通过多种传输路径向作战人员传播战略、战役和战术信息的手段，并使用战略、战役和战术传感器数据不断完善这些信息。

IBS将集成在传输层上，以便更好地为作战人员对全球范围内军事行动的及时威胁警告和态势感知信息需求提供支持。传输层将为战术作战人员和其他数据用户提供远程信息系统，提供情报、监视和侦察（ISR）信息。作战人员和决策者可以通过IBS进行ISR数据分发，支持态势感知、指示和警告（I&W）、威胁警告、威胁规避、部队保护、友军跟踪、目标跟踪和跟踪/交战。

在传输层0期阶段，IBS演示对于演示对作战人员的支持至关重要。传输层卫星可以从美国本土（或其他指定地理区域）向联合情报行动中心（JIOC）或其他指定情报中心（如分布式公共地面站DCGS等）提供大容量IBS数据传输。传输层服务可通过Ka波段和光链路为IBS消息提供弯管传输能力。IBS消息集符合通用消息格式（CMF）MILSTD 6018。传输层服务还能解调星上IBS数据，并将其传递给BMC3管理模块，从而支持与其他多种情报源的融合——卫星上解调的所有数据将仅在密级处理。

图3 IBS集成与使用

5.2 Link 16

Link 16是美国国防部和北约的主要战术数据链，用于各军种（如陆军、海军、空军、海军陆战队、导弹防御）和国防机构的指挥控制、情报和武器系统应用。Link 16是一种安全抗干扰数据链，主要使用联合战术信息分发系统（JTIDS）、多功能信息分发系统（MIDS）低容量终端（LVT）和MIDS联合战术无线电系统（JTRS）设备。也有一些新型Link 16设备正在开发中，其体积大幅缩小，可以适应导弹、小型船只、直升机和单兵携带防空系统。Link 16可为功能性任务区提供支持，包括联合战区防空和导弹防御、攻击行动、防空、拦截、压制敌人防空、近距空中支援和时间关键目标。

图4 Link 16集成

按照美国国防太空架构未来阶段设想，跟踪和监管层将提供时敏目标解决方案，这就需要能够为战术用户提供Link 16。将Link 16搭载在卫星上，可以将从战斗信息中派生的分布式情报、监视和侦察（ISR）分发到战术作战人员和其他数据用户。作战人员和决策者可以通过Link16分发的ISR数据支持态势感知、指示和警告（I&W）、威胁警告、威胁规避、部队保护、友军跟踪、目标跟踪，以及瞄准/交战。将Link 16集成到传输层可以更好地支持作战人员对全球范围内军事行动的及时威胁警告和态势感知信息的需求。需要注意的是，Link 16有效载荷仅在传输层B组中提供。

为了支持这些任务要求和作战概念，传输层会具有以下能力：

•生成并将跟踪层生成的Link 16消息传输（通过L波段Link 16网络）至战区导弹防御资产。

•生成并传输来自监管层（在“”传输层0期“”阶段由地面托管）的Link 16消息（通过L波段Link 16网络）。

•生成并传输来自其他来源的Link 16消息（通过L波段Link 16网络），例如美国本土的情报分析，战区内情报中心（如JIOC、DCGS）。

5.3 光学星间链路

光学星间链路（OISL）（射频交链作为备份）是“传输层0期”最关键的技术之一。“传输层0期”传输卫星将通过专用OISL与平面内最近邻居或次最近邻居进行通信。每颗传输层卫星有最多四条OISL，覆盖相对于轨道的前、后、左、右几个方向。“传输层0期”OISL可以提供“平面内”（向前和向后）连接或“交叉平面”（向右/向左或向上/向下）连接。平面内链路将连接到最近或次最近的传输层卫星，两颗传输层卫星之间保持相同的相对速度。OISL建立的“交叉平面”链路，允许轨道平面相互通信并在网状网之间共享数据，以及到外部用户或地面的光链路（上行链路和下行链路）。传输卫星将通过光学地面终端（OGT）和Ka频段射频上行/下行链路与地面连接。

传输层OISL的一些关键技术要求包括：

•OISL应在5000千米范围内支持250Mb/s（门限）和1Gb/s（目标）数据速率。终端应支持多种较低速率，以改善长距离和/或功率降低时的误码率。

•OISL终端应能支持全双工能力，并能与其他供应商提供的OISL终端互操作。

•“0期”OISL应支持30厘米级测距和1纳秒级双向同步电文时间戳，并考虑通过演进实现