世界前沿技术发展报告2023《世界航天技术发展报告》（二）卫星技术

资料来自：《世界前沿技术发展报告2023》和网络

1.概述

2022年，全球卫星研制与部署保持高速发展态势。主要航天国家和地区继续推进天基信息获取、天基信息传输、天基导航定位及天基预警能力的建设与发展。在通信卫星方面，美国、俄罗斯及欧洲等国家和地区在部署新型通信卫星的同时，推进低轨通信卫星技术的研制与测试。在侦察与遥感卫星方面，美国、俄国、德国、印度等积极部署新型侦察卫星，进一步提升情报、监视与侦察能力。在导航卫星方面，美国、俄国、欧洲继续推进全球导航卫星星座部署、更新及升级，并开展对低轨卫星导航的技术研究。在预警卫星方面，美俄持续完善现有天基预警体系，并发展对高超声速威胁的探测能力。

2. 通信卫星

2022年，主要航天国家和地区持续补网发射通信星座卫星，重点推进卫星光学星间链路技术验证与在轨部署。美国按计划推进国防太空体系架构(NationalDefense Space Architecture, NDSA)研发与部署，加速太空能力发展变革，助力实现未来联合全域作战。俄罗斯对军事通信卫星进行升级，不断扩展通信网络范围。欧洲部署多颗高频通信卫星，为建设高容量、高速率、高带宽通信网络奠定基础。

2.1 美国太空发展局推进“国防太空体系架构”，持续部署“传输层”卫星

2022年1月，美国太空发展局(Space Development Agency, SDA)发布有关“国防太空体系架构”第一阶段地面运行与集成段的信息征询书。此次征询的核心功能包括跨架构中地面、链路、太空和用户段的整体管理、网络管理、任务管理、有效载荷数据管理及星座监控。第一阶段地面运行与集成工作范围包括开发、装备、管理和运行先进的运行中心，运行地面入口点，以及进行地面和太空段集成。国防太空体系架构中的“传输层”(Transport Layer)卫星星座是太空发展局首个利用更小、更低成本卫星开展关键军事行动的重大项目，旨在通过商业航天发展，利用光学星间链路降低传感器到射手之间的数据传输时延。

2022年3月，美国太空发展局授予洛克希德·马丁、诺斯罗普·格鲁曼和约克(York)3家公司总价值约18亿美元的合同，为1阶段(Tranche 1)星座生产并交付共126颗卫星。2022年10月，美国太空发展局公布第0批光通信终端供应商名单，将由德国Mynaric、美国SA Photonics、美国Skyloom和法国Tesat公司为0阶段(Tranche 0)“传输层”和“跟踪层”(Tracking Layer)卫星提供光通信服务。2022年12月，美国地球轨道公司(Terran Orbital)向总承包商洛克希德·马丁公司交付“国防太空体系架构”中最后10个0阶段“传输层”卫星平台，后续还将为1阶段“传输层”卫星设计和制造卫星平台。美国太空发展局拟于2024年9月前，发射144颗1阶段“传输层”卫星，形成网状网络，达到初始作战能力。

“传输层”星座将为美国提供高韧性、低延迟、大容量的数据传输通信，为未来联合全域指挥控制提供关键能力。同时，国防太空体系架构将为美国提供超视距跟踪、目指和通信等多重能力，将大幅扩展美国作战选择，并允许更多盟友将各自拥有的能力带入网络。

2.2 美国军方在近地轨道成功演示验证星间激光通信

2022年5月，美国太空发展局和DARPA利用“曼德拉”-2商业卫星平台成功建立光学链路，在相距100千米的低地球轨道，成功开展了通信速率超过200吉比特每秒的星间激光通信试验。此次演示验证了利用商业可用卫星总线和激光终端建立网状网络的可行性，将为美军下一代的“国防太空体系架构”实现卫星间通信奠定基础。

2.3 DARPA启动“天基自适应通信节点”项目，为增强太空通信在轨互操作能力提供支持

2022年8月，DARPA启动天基自适应通信节点(Space-Based AdaptiveCommunication Note, Space-BACN)项目，旨在创建一个低成本、可重新配置的光通信终端，以适应大多数卫星间光链路标准，在不同的卫星群之间进行数据转换。DARPA希望Space-BACN将创建一个低地球轨道卫星的分布式互联网络，使目前无法相互连接的军用、政府、商业和私营部门卫星群间实现无缝通信。

目前，DARPA已为Space-BACN第一阶段选择了11个来自学术界和不同规模企业的研究团队，对3种独立技术开展研究，具体技术包括：低成本光学孔径、可重新配置的调制解调器及跨星座光学卫星星间链路通信指挥和控制模式。第一阶段结束时，DARPA将对前两项技术进行初步的设计审查，并将在仿真环境中针对基线场景演示第三项跨星座光学卫星星间链路通信指控模式技术。

2.4 美国SpaceX公司成功发射波音公司V波段通信卫星

2022年9月，美国SpaceX公司在拼车发射任务中成功将波音公司V波段通信卫星部署入轨。该卫星由美国星球数字公司(Star Digital)制造，将在轨验证V波段通信抗干扰技术。美国联邦通信委员会于2021年11月正式批准了波音公司建设由147颗卫星组成的V波段通信星座。与Ka、Ku波段相比，V波段频率更高、带宽更大，可提升连接速度，增大通信吞吐量。

2.5 美国国际通信卫星公司成功部署两颗C波段卫星

2022年10月，美国SpaceX公司使用“猎鹰”-9运载火箭搭载“银河”-33(Galaxy-33)和“银河”-34(Galaxy-34)卫星发射升空，为美国国际通信卫星公司(Intelsat)成功部署两颗C波段卫星。两颗卫星成功入轨地球静止转移轨道，以替换2003年和2005年发射的“银河”-12(Galaxy-12)和“银河”-15(Galaxy-15)卫星。同时，美国联邦通信委员会将卫星通信C频段中300MHz划分给了5G网络，如果美国国际通信卫星公司能够在2023年12月前将原来使用该频段的用户转移到这两颗新卫星上，将获得48.7亿美元的C频段频谱加速清理补偿费。

2.6 美国SpaceX公司“猎鹰”-9火箭成功将Eutelsat 10B通信卫星送入轨道

2022年11月，美国SpaceX公司使用“猎鹰”-9火箭于佛罗里达州卡纳维拉尔角成功发射Eutelsat 10B通信卫星。该卫星携带两个多波束的高通量Ku波段载荷，提供约35千兆比特每秒速度通量，将为欧洲、地中海盆地、中东、非洲、大西洋和印度洋高流量地区的航空和海事客户提供通信服务。此外，该卫星还携带2个宽波束的C波段和Ku波段有效载荷，用于替换Eutelsat 10A电视广播卫星。

2.7 俄罗斯成功发射“子午线”-M通信卫星

2022年3月，俄罗斯国防部使用“联盟”-2.1a(Soyuz 2.1a)运载火箭成功发射“子午线”-M(Meridian-M)通信卫星。“子午线”-M卫星是俄罗斯新一代闪电轨道(Molniya orbit)军事通信卫星，用于替代“闪电”(Molniya)卫星。“子午线”系列卫星通过沿海和地面站为北海航线区域的海船和侦察机提供通信服务，还可用于扩展远东和西伯利亚地区地面站的通信能力。

2.8 欧洲卫星公司成功部署SES-22卫星

2022年6月，美国SpaceX公司利用“猎鹰”-9运载火箭成功发射欧洲卫星公司(SES)SES-22卫星。该卫星由泰雷兹·阿莱尼亚太空公司(Thales Alenia Space)研制，发射质量约3500千克，设计寿命15年，可为美国家庭提供电视、广播及其他关键数据传输服务。SES-22卫星可使欧洲卫星公司现有的C频段过渡到更高频段，帮助美国联邦通信委员会完成C波段频谱拍卖计划，推进美国5G网络建设进程。未来，欧洲卫星公司将获得美国联邦通信委员会提供的C波段迁移补偿。

2.9 法国卫星公司Eutelsat“量子”号通信卫星开始提供商业服务

2022年8月，法国Eutelsat公司的“量子”号(Quantum)通信卫星作为首颗可在太空中完全重新编程的商业卫星投入商业使用。Eutelsat公司已向包括政府和其他用户在内的组织出售了其8条卫星波束中的6条，用于提供数据和移动通信服务。该卫星的波束可通过改变形状和方向，近实时地为行进中的飞机、卡车和汽车提供网络服务。

2.10 法国Eutelsat公司成功发射高功率宽带通信卫星

2022年9月，法国Eutelsat公司成功发射甚高吞吐量卫星(Eutelsat KonnectVHTS)高功率宽带通信卫星，将为欧洲、北非和中东提供高速宽带和移动网络连接服务。

该卫星作为一颗Ka波段超高通量卫星，基于泰雷兹·阿莱尼亚太空公司的全电动平台Spacebus Neo设计制造，并得到了法国航天局(Centre National d’EtudesSpatiales, CNES)和欧洲航天局的大力支持。甚高吞吐量卫星高约9米，翼展超过45米，重量超过7吨，设计寿命超过15年，通信容量达500吉比特每秒，是欧洲迄今体积和容量最大的地球同步通信卫星。同时，该卫星搭载了有史以来最强大的在轨数字处理器，可实现灵活的容量分配和最优的频谱使用。预计，该卫星将于2023年下半年开始提供商业服务。

2.11 埃及部署Nilesat-301通信卫星

2022年6月，美国SpaceX公司成功发射埃及NileSat-301通信卫星。该卫星发射质量4100千克，在轨运行质量约3900千克，搭载32个Ku波段转发器和6个Ka波段转发器，可为非洲北部和中东地区提供服务。Nilesat-301卫星由法国泰雷兹·阿莱尼亚太空公司研制，是埃及尼罗河卫星公司(Nilesat)负责运营的民用通信广播卫星，主要用于数字通信和直播到户电视广播、无线电广播和多媒体业务。

3. 侦察监视与遥感卫星

2022年，主要航天国家持续稳步发展先进侦察与遥感卫星，多星组网规模、能力等不断延伸。美国发射多颗卫星继续扩大太空观测范围，着力增强太空态势感知能力；俄罗斯加强现有天基侦察监视系统高分辨和定位能力；德国、印度和伊朗等部署高精度侦察卫星。

3.1 美国发射“地球同步轨道太空态势感知项目”卫星

2022年1月，美国使用“宇宙神”-5(Atlas)火箭于卡纳维拉尔角航天中心成功发射地球同步轨道太空态势感知项目(Geosynchronous Space Situational AwarenessProgram, GSSAP)的第5及第6颗卫星。此次发射任务代号为“美国太空军任务”-8(United States Space Force-8, USSF-8)，旨在将两颗GSSAP卫星送入地球同步轨道。

GSSAP卫星是诺斯罗普·格鲁曼公司为美国太空军研制的业务型高轨巡视卫星。GSSAP卫星利用与地球同步轨道的相对漂移进行轨道机动，对太空中的目标进行探测、编目和精确侦察。此外，GSSAP卫星作为地球同步轨道机动平台，还可能具备太空进攻能力。

3.2 美国国家侦察局发射“锁眼”侦察卫星

2022年9月，美国国家侦察局(NRO)利用“德尔塔”-4重型（Delta Ⅳ Heavy，D4H）运载火箭发射第19颗“锁眼”-11卫星。卫星部署轨道高度约400千米，倾角约为74度。“锁眼”系列近地轨道卫星由洛克希德·马丁公司制造，是美国现役分辨率最高的光电侦察卫星，全色分辨率优于0.1米，红外分辨率可达0.5米，旨在开展对地观测任务。“锁眼”KH-11卫星使用电荷耦合器摄像机拍摄地物场景图像，可将拍摄的照片实时传输回地面，为美军战略决策提供关键信息支撑。

3.3 俄罗斯发射“中子”-1光学侦察卫星

2022年2月，俄罗斯利用“联盟”-2.1a运载火箭成功发射一颗编号“宇宙2553”(Kosmos 2553)的保密军事卫星，部署在1987千米×1995千米、67.08度倾角的轨道上。该卫星代号为“中子”-1(Neitron-1)，是一颗军事光学侦察卫星，由机械制造科研生产联合公司(NPO Mashinostroyeniya)设计，主要用于对地球目标进行光学侦察和对在轨卫星进行精确成像。

3.4 俄罗斯“芍药”-NKS海洋监视卫星通过国家试验，开始执行战斗值班任务

2022年10月，俄罗斯“芍药”-NKS(Pion-NKS)海洋监视卫星通过国家试验，开始执行战斗值班任务。“芍药”-NKS卫星单体重量6.5吨，带有两组大型雷达天线和太阳能电池板，在轨服役时间至少4年。该卫星作为海上侦察监视卫星，主要任务是对美国航母编队及其他舰艇进行侦察定位，为远程反舰导弹的攻击提供目标指引。

3.5 德国部署“萨拉”-1军用雷达侦察卫星

2022年6月，德国使用“猎鹰”-9运载火箭成功发射“萨拉”-1(SARah-1)军用雷达侦察卫星，以开启为期10年的全天候观测图像采集任务。“萨拉”-1卫星由欧洲空客公司制造，是德国于2013年订购的3颗合成孔径雷达成像卫星中的首颗卫星。该卫星采用有源相控阵雷达天线，具有指向速度快、天线波束成形灵活等优点，可快速提供图像数据。

3.6 印度成功发射“雷达成像卫星”-1A

2022年2月，印度太空研究组织(Indian Space Research Organisation, ISRO)使用“极轨卫星”-XL C52运载火箭(Polar Satellite Launch Vehicle-XL.C52, PSLV-XL.C52)成功发射“雷达成像卫星”-1A(Radar Imaging Satellite 1A, RISAT-1A)。该卫星又名EOS-04，是印度首型国产民用合成孔径雷达成像卫星(Radar ImagingSatellite 1, RISAT-1)系列的第2颗卫星，发射质量1710千克，运行轨道高度为529千米的太阳同步轨道，设计寿命10年。同时，RISAT-1A卫星采用C频段合成孔径雷达系统，中心频率5.35吉赫兹，最高分辨率为1米，可全天候获取高分辨率图像，支持农业、林业、种植业、土壤湿度、水文测量和洪涝监测等应用，并可用于军事侦察监视。

3.7 印度成功发射海洋监测卫星

2022年11月，印度太空研究组织成功发射“极地卫星”-XL C54运载火箭(PolarSatellite Launch Vehicle-XL.C54, PSLV-XL.C54)，将“海洋卫星”-3(Oceansat3)卫星和8颗纳米卫星送入太空。“海洋卫星”-3卫星又名EOS-06，是印度海洋卫星系列的第三代，用于提供海洋监测服务。该卫星的主要作用是监测海洋表面的颜色，并收集有关海面上风速和风向的数据。

3.8 伊朗发射第2颗军用卫星

2022年3月，伊朗“努尔”-2(Nour-2)军用侦察卫星搭乘“信使”号(Kavoshgar)运载火箭成功发射，进入高度500千米的低地球轨道。“努尔”-2卫星作为伊朗发射的第2颗军用卫星，轨道周期90分钟，设计寿命3年，旨在执行军用成像侦察和测绘任务，以及救灾等民用任务。此前，伊朗于2020年4月发射“努尔”-1卫星，轨道高度425千米，现仍在轨运行。

4. 导航卫星

2022年，美欧等国家和地区的导航卫星系统均取得新进展。美国启动并推进多项天基导航系统改进项目，增强定位、导航和授时(PNT)能力；俄罗斯继续部署“格洛纳斯”(Glonass)全球导航系统；欧洲拟开发低轨导航卫星星座，并完成第二代“伽利略”导航卫星初步设计评审工作；日本完成“准天顶”(Quasi-Zenith)试验卫星在轨运行功能和性能初步测试。

4.1 美国加速部署新一代GPS卫星

美国新一代GPS卫星包括10颗GPS III卫星和22颗GPS IIIF卫星。2022年5月，第5颗GPS III卫星具备初始运行能力。2022年11月，美国SpaceX公司成功将GPS III-SV04卫星送入太空，完成第4颗GPS III卫星部署任务。2022年12月，美国正式启用GPS III卫星。

2022年1月，美国太空军与洛克希德·马丁公司签订了22颗GPS IIIF卫星生产合同。与GPS III卫星相比，GPS IIIF卫星性能更先进，具备新的区域军事保护能力，可向指定区域发送可信的M码（军码）信号，抗干扰能力提升60倍。新一代GPS星座将具备星座长期自主运行能力，降低对地面运控系统的依赖，点波束功率增强能力大幅提升，在全球指定区域的功率增强可达20dB。

4.2 美国空军“导航技术卫星”-3进入发射前的综合测试阶段

2022年，美国空军“导航技术卫星”-3项目(Navigation Technology Satellite-3,NTS-3)取得了实质性的进展，为试验星发射及在轨技术验证奠定了基础。2022年7月，美国空军研究实验室太空载具管理局(Space Vehicles Directorate)对“导航技术卫星”-3进行整合测试试验，为中断了50年的导航技术试验系列卫星发射做好准备。“导航技术卫星”-3将展示可改进未来GPS卫星的新技术，包括提供区域覆盖的可控波束、防止信号干扰的保护措施和可在轨升级的可重新编程有效载荷。“导航技术卫星”-3试验星将于2023年发射，用于验证韧性天基PNT新概念及新型时频技术、在轨可编程数字波形生成器、高增益天线、先进的L频段放大器、软件定义接收机等新技术，验证后的新技术将在GPS IIIF卫星上应用。

4.3 美国太空发展局寻求发展基于低轨星座的PNT服务体系架构

2022年11月，美国太空发展局发布2阶段“传输层”PNT服务有效载荷信息征询，寻求将低成本L波段PNT有效载荷应用于数百颗低地球轨道(LEO)卫星。该PNT有效载荷包括在轨可重编程PNT信号发生器、中型高功率放大器和固定宽波束天线。美国国防部和太空军作战司令部已确认将这种LEO星座作为传输PNT服务的潜在来源，可补充增强GPS，并在极端情况下作为GPS的备份，为导航战略性规划和行动提供先进能力。

4.4 美国科研人员利用“星链”星座开展定位、导航和授时能力验证，实现30米高定位精度能力

2022年10月，美国得克萨斯大学奥斯汀分校科研人员开展了一项独立研究，通过监测SpaceX公司“星链”星座网络通信信号，分析其PNT潜力。试验结果显示，利用小型无线电接收机监测“星链”卫星信号，并借助接收机测量的数据序列进行卫星距离测量，可实现30米的定位精度。

4.5 俄罗斯联邦航天局发射3颗“格洛纳斯”导航卫星

2022年7月，俄罗斯联邦航天局(Russian Federal Space Agency, RKA)利用“联盟”-2.1b(Soyuz 2.1b)运载火箭成功发射一颗“格洛纳斯”-K(Glonass-K)导航卫星。2022年10月，俄罗斯将一颗“格洛纳斯”-K卫星送入预定轨道。2022年11月，俄罗斯成功发射“格洛纳斯”-M(Glonass-M)导航卫星。截至2022年12月，俄罗斯“格洛纳斯”全球导航卫星系统共有26颗卫星在轨，其中22颗处于运行状态，1颗处于维护状态。“格洛纳斯”全球卫星导航系统是俄罗斯的军民两用系统，可为全球用户提供陆地、海上及空中的定位和导航服务。俄联邦航天局下属列舍特涅夫信息卫星系统公司(Reshetnev)正在制造第三代“格洛纳斯”-K卫星，将替代“格洛纳斯”-M系列卫星。此次发射的两颗新卫星是“格洛纳斯”-K系列导航卫星中的第4颗和第5颗，设计的运行时间为10年。

4.6 英国国际海事卫星组织将帮助英国建设自主天基导航能力，以替代欧洲地球静止导航重叠服务系统

2022年6月，英国国际海事卫星组织(Inmarsat)正在开发一种新技术，以替代欧洲地球静止导航覆盖服务(European Geostationary Navigation Overlay Service,EGNOS)星基导航增强系统，帮助英国建设自主天基导航能力。国际海事卫星组织已将其“国际海事卫星”-3 F5(Inmarsat-3 F5)卫星上的应答器重新用于广播PNT信号，为替代EGNOS SoL(Safety of Life)服务提供测试平台。此举将帮助英国公司和监管机构验证“英国天基增强系统”(UK Space-Based Augmentation System,UKSBAS)计划，为提升GPS导航能力提供支持。

4.7 欧洲航天局拟开发低轨导航卫星星座

2022年11月，欧洲航天局下属导航局(Navigation Support Office)计划对在低轨运行的新型导航卫星进行在轨演示，使其成为“伽利略”卫星导航系统星座的补充星座。该星座将利用一种新型多层卫星导航系统，提供更精确、更高鲁棒性及在全球范围内可用的定位、导航和授时服务。欧洲航天局初步打算发射至少由6颗卫星组成的初始微型星座，以测试其能力、关键技术及后续运行使用的信号和频段。

4.8 欧洲“伽利略二代”导航卫星系统概念成功完成初始设计评审

2022年3月，欧洲空客公司成功完成“伽利略第二代”(Galileo next-gen)导航卫星系统概念初步设计和客户系统要求全面审查。该公司后续将开展并完成设备和模块级别的进一步验证、验收和鉴定。同时，该卫星有效载荷级别的验证已全面展开，结构关键设计审查即将到期。

4.9 日本三菱电机宣布“准天顶”系统1号卫星接替星完成在轨功能和性能初步测试

2022年4月，日本三菱电机株式会社(Mitsubishi Electric Corporation)完成“准天顶”卫星系统1号卫星接替星(Quasi-Zenith Satellite Replacement 1, QZS-1R)在轨功能和性能的初步测试。同时，日本政府宣布通过QZS-1R及其他在轨卫星推出定位和高精度定位增强服务。未来，三菱电机还将为日本政府研制“准天顶”卫星系统5号、6号和7号卫星，以实现“准天顶”卫星系统七星体制，完善其独立的PNT能力，并增强系统性能和鲁棒性。

5. 预警卫星

2022年，美国继续完善现有天基预警系统建设，进一步加强对高超声速武器预警和监测系统的研发和部署，并调整天基预警系统建设方向。俄罗斯补网加强现役导弹预警系统。

5.1 美国太空发展局将部署低轨跟踪卫星，实现高超声速武器目标跟踪指示能力

2022年1月，美国太空发展局(SDA)表示将加快在低地球轨道部署“国防太空体系架构”中的“跟踪层”卫星，实现对高超声速武器跟踪及从天基传感器到武器系统的目标指示能力。

5.2 美国部署“宽视场”卫星

2022年7月，美国联合发射联盟公司利用“宇宙神”-5火箭成功发射美国太空军“宽视场”(Wide Field of View, WFOV)卫星。“宽视场”卫星由美国千禧年太空系统公司(Millennium Space Systems)和L3哈里斯技术公司研制，主要用于搜集在轨数据，探索导弹预警算法，为美国“下一代过顶持续红外”(Next-GenerationOverhead Persistent Infrared, Next-Gen OPIR)项目进行风险降低技术演示。

“宽视场”卫星尺寸约为当前“天基红外系统”(Space-Based Infrared System,SBIRS)导弹预警卫星的四分之一，设计寿命周期为3年。此外，“宽视场”卫星搭载了L3哈里斯公司的凝视红外探测器，其传感器采用4000×4000像元的大面阵，相关技术可用于太空发展局低轨跟踪层卫星和2028年年底前部署的4颗中轨导弹预警卫星，以探测跟踪高超声速导弹。

5.3 美国太空军完成“天基红外系统”预警卫星系统建设

2022年8月，美国太空军成功发射天基红外系统(SBIRS)6颗导弹预警卫星中的最后一颗，即SBIRS GEO 6导弹预警卫星，标志着整体系统部署完成。天基红外系统为地球同步轨道卫星，携带扫描和凝视型红外传感器，可探测来自导弹尾气的热羽流，并为可能瞄准美国本土、盟国或军事力量部署地点的导弹发射提供发射警告。