美国国防部高级研究计划局(DARPA)想要廉价的激光通信终端,让任何卫星都能与另一颗卫星通话

一种可以处理多种波形的廉价激光终端将极大地扩展天基通信的弹性和能力。

与美国国防部高级研究计划局的天基自适应通信节点(Space-BACN)相关的艺术品。
美国国防部高级研究计划局

美国国防部高级研究计划局(DARPA)公布了一项新项目,旨在创建一种低成本且易于重构的光通信系统,该系统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。该机构将这种被称为天基自适应通信节点(Space-Based Adaptive Communications Node,简称Space-BACN)的努力描述为连接在一起的关键未来的分布式卫星网络,目前正在开发中,以支持各种任务不同,但往往是互补的,包括早期预警、情报收集、一般通信和数据共享。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)公布了Space-BACN,缩写读音为“bacon”在新闻稿中2021年9月13日。尽管是首字母缩写,但没有迹象表明这个项目在任何方面都与美国空军更为务实的做法有关E-11A战场机载通信节点(BACN)飞机。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)战略技术办公室的空间bacn项目经理格雷格·库珀曼(Greg Kuperman)在新闻稿附带的视频演示中解释说:“今天,我们正在见证一个名为增殖空间的新领域的诞生。”“在未来几年,我们将看到数千颗低成本、快速部署、高度分散的卫星进入太空。”

他在一份书面声明中补充说:“随着世界各地对负担得起的天基能力的需求增长,未来十年可能会有数万颗小卫星被发射到近地轨道。”“这种增长的问题是,目前设计的光通信链路只连接给定星座内的卫星——它们不能动态地调整波形来与其他星座的卫星通信。”

Kuperman补充说,到目前为止,只有固定速率的单模光通信系统使用激光作为传递信息的机制,在太空中得到了证明.这些节点已经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阻塞的方式进行传输,但通常也非常昂贵。

Kuperman说:“用于相干天基光通信的传统政府光学终端可能会花费数十万到数百万美元,因为许多精密设计和制造的部件是由该领域的高技能专家手工组装的。””商业太空公司另一方面,该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,这些低成本的系统无法重新配置,也无法与任何其他标准兼容。”

库伯曼说,缺乏标准化导致了一个“支离破碎的、烟囱式的‘狂野西部’空间领域”。这就是Space-BACN发挥作用的地方。该项目正在寻找能够生产具有三种核心能力的光通信终端的概念:100千兆位每秒的传输速率“以支持大多数光学标准”,发电需求不超过100瓦,总成本低于10万美元。DARPA将这些关键要求称为“100立方”。

Space-BACN将探索三种独立技术的提案,美国国防部高级研究计划局希望它们能够结合起来形成一个满足100立方要求的系统。第一个是低成本的光学孔径,能够处理C波段的所有红外波长,然后馈送到一个负担得起的单模光纤线在太空中提供低成本、低损耗的传输能力。第二部分是一个可重构的调制解调器,它可以支持各种不同的波形。美国国防部高级研究计划局(DARPA)表示,这个难题的最后一块是“跨星座指挥和控制”架构,它可以“自动实现政府和商业卫星之间的交互”。

DARPA还希望整个套件高度模块化,并利用开放架构系统,允许组件快速升级,甚至完全替换。随着时间的推移,这将使新的和改进的功能能够快速集成。整体低成本目标的一部分还在于,所有这三种核心技术都能够相对快速地大批量生产。终端本身可以安装在作为通信和数据共享网关的专用卫星上,或者与各种未来卫星集成,直接赋予它们这种能力。

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美国国防部高级研究计划局(DARPA)用来说明最终Space-BACN终端所需的模块化和开放架构性质的图形。

DARPA在新闻稿中说:“由于Space-BACN专注于在低辐射环境中运行,它将能够利用先进的低成本电子设备,能够在低辐射环境中可靠运行,并更容易与大量其他政府和商业低辐射卫星星座连接。”“此外,低轨道卫星的预期寿命(3至5年)较短,加上空间bacn终端的模块化,将促进快速更新周期和新技术的插入。”

“我们的目标不是为每个人提供完美的解决方案,而是为大多数用户提供足够好的解决方案,”Kuperman在视频演示中补充道。另一个信息图,如下所示,描述了渴望的最终结果为“瑞士军刀”

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仅美国军方就有一些小型、分布式的卫星星座项目正在进行中,这些项目可能会从太空bacn等项目中受益。DARPA本身正在领导一个项目称为21点,它正在设法证明在低地球轨道上能够执行早期警报和相关通信功能的相对低成本小卫星群所必需的各种组件的可行性。一个专门的数据处理器,绰号工头该项目也正在开发中,以赋予整个星座高度的自主权。

另外,美国空间发展机构(SDA)正在开发一种新的天基预警网络由各种“层”组成小卫星星座。每一层都将执行一套不同的功能,从发现和跟踪各种威胁,包括高超音速武器,到确保数据快速传输到地面指挥和控制中心,然后用于尝试拦截。

SDA

显示MDA概念上的多层国防空间架构的信息图。

这些只是美国军方正在进行的小型卫星项目的一些例子,美国军方正在探索如何减少各种天基能力的脆弱性,目前这些能力是由相对少量的精致卫星提供的。一个越来越多陆地在轨卫星的威胁强调了对分布式星座的需要,以确保在可能的最高程度上,下面的力量将继续接受各种关键的天基支持,例如早期预警情报收集导航和武器制导在任何突发事件中,通信和数据共享等等。

Space-BACN为美国军方提供了一条道路,使其能够更迅速地利用未来的商业星座来加强其天基能力。美国空军已经与私营太空公司SpaceX合作探索它的星链卫星可以用来支持军事行动。

还可以使用光通信终端在飞机上飞行在地球的大气层的战场特别强调了这项技术的潜在应用在我们的深入专题中关于一架通常被称为RQ-180的神秘的美国空军高空、长航时(HALE)隐形无人机可能具有的角色和任务。激光卫星通信系统的使用已经在MQ-9“收割者”上测试过。在保密领域可能还存在其他举措。

此外,DARPA的Kuperman说,低成本的光通信终端对于非军事用途也非常有利。在视频介绍中,他特别概述了救灾/人道主义救援行动的适用场景。

他解释说,“今天,沟通和感知的缺乏损害了急救人员快速行动和向有需要的人提供帮助的能力。”“一个卫星系统收集的图像不会立即提供给使用另一个卫星系统进行通信的应急人员。如果两组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受到限制。”

总而言之,光通信对于天基和其他用途的重要性,只是在最近几年才变得越来越明显。而高度专业化的系统仍然可能需要至少其中一些应用程序,美国国防部高级研究计划局,通过Space-BACN计划,正在寻找方法来降低成本的核心元素技术方便各种终端用户采取它在一个更广泛的范围上。

联系作者:joe@thedrive.com