初探美国商业太空态势感知项目

现在太空正在经历一场变革，高效、快捷、经济的微小卫星组网技术不断应用，空间碎片正以越来越快的速度挤满太空。卫星及航天飞行器的飞行安全对每个国家航天器的拥有者来说都是一个现实的问题，其对太空态势感知能力(SSA)要求越来越强烈，各个国家都相应调整国家的航天政策，以发展自身的空间态势感知能力。

位于加利福尼亚州范登堡空军基地的联合空间行动中心(JSpOC)

美国太空态势感知服务主要是美国国防部(DOD)的职责，美军联合太空行动中心CSpOC (The Combined SpaceOperations Center)管理的“空间监视网”（SSN）拥有目前世界上最强大的空间监视能力，其前身是JSpOC中心 (the Joint Space Operations Center)，2018年7月18日正式转型为CSpOC， CSpOC监视着轨道上超过21000个空间目标，并向世界各国政府和商业实体提供关于这些目标的空间跟踪数据。但随着世界航天的迅速发展，SSN现有能力已不能满足美国利用空间和控制空间的战略需求。2018年6月，特朗普总统签署了《空间政策指令3》(SpacePolicy Directive 3)，指示商务部接管为民用和商业用户提供基本SSA数据和空间交通管理(STM)服务的责任，而目前这一责任由美国空军负责，太空态势感知SSA的商业市场时代已经慢慢到来。以下是对美国在SSA领域已经取得了相当大进展的几个商业公司及其太空态势感知项目进行简要分析。

AGI公司商业空间运营中心ComSpOC

AGI的商业空间运营中心ComSpOC

美国分析图形有限公司AGI（Analytical Graphics Inc）是航天工业领域分析软件产业的市场领导者，“卫星工具软件包”STK是AGI公司的旗舰产品，它是AGI公司出品的一系列图形化、交互式航天工程用软件产品的核心。早在2014年AGI公司就宣布建立世界上第一个商业运营中心ComSpOC。AGI公司以其为美军JSpOC中心和空间数据中心协会SDA开发世界级SSA解决方案的经验为基础，提供了一种复杂的、具有视觉冲击的观测空间环境的新方法。

2016年ComSpOC中心传感器分布状态图

AGI公司正在与各种商业、研究和创新组织合作，建立一个由光学、雷达和天基传感器组成的全球商业传感器网络，提供对空间目标的持续昼夜跟踪。随着技术的发展，新的传感器变得非常强大，价格也非常低廉，可用的传感器和网络的数量正在迅速增长，对空间目标的跟踪测量获得了大量的观测数据，但是更多的观测并不一定意味着更好的结果，ComSpOC的真正实力在于其数据处理能力和无与伦比的目标定轨能力，它能够提供数据融合和数据分析能力，将从整个传感器网络接收的数据自动融合，生成高保真的空间编目和各种数据产品。用户可以通过SpaceBook访问ComSpOC生成的数据产品。SpaceBook是一种支持web服务的数据和分析订阅服务。用户可以通过SpaceBook接口访问ComSpOC跟踪目标的信息，包括卫星非常精确的轨道数据、机动探测、特性描述、联合评估和其他分析，以确保飞行和任务的安全。

SpaceBook用户界面

早在2010年AGI就和空间数据协会SDA(TheSpace Data Association)签订了合作，为商业卫星公司提供卫星跟踪、无线电频谱管理和联合警报服务。空间数据协会(SDA)是一个正式的、非营利性的卫星运营商协会，支持控制、可靠和有效地共享对卫星运营的安全和完整性至关重要的数据。SDA的成员包括世界上主要的卫星通信公司，包括Inmarsat、Intelsat、Eutelsat和SES等国际卫星通信公司。AGI为这些卫星运营商提供有关SSA服务，包括空间环境的信息，碰撞预警信息。ComSpOC的用户目前主要集中在高轨空间目标上，AGI计划近几年部署三到五台L波段雷达，增强LEO轨道空间目标的跟踪能力，L波段雷达的布设能够追踪小到2厘米的空间目标，届时ComSpOC的编目数量将会有很大的提高。

ComSpOC在LEO、MEO、HEO和GEO轨道上稳定编目9000多个公开目录的空间目标，同时还对一些未公开的目标进行了跟踪分析，值得注意的是ComSpOC曾经公布对俄罗斯和中国高轨试验卫星的跟踪分析。

2018年5月AGI和ThothTechnology公司合作将位于阿尔冈昆无线电天文台(ARO)的46米射电天文天线引入ComSpOC。经过两年的运行测试，ARO具备了全天候搜索GEO轨道的能力，可以跟踪同步轨道大约20cm的目标。

LEOLABS公司

LeoLabs公司于2016年由致力于保障近地轨道运行安全的科学家和航天行业资深人士创建，公司建造和操作相控阵雷达，是一家领先的低地球轨道(LEO)观测和空间态势感知(SSA)服务商业提供商，能够对低地球轨道LEO的目标提供高分辨率的数据，可以提供基础的观测数据和服务，以降低碰撞风险。这些服务包括快速确定轨道、早期测控支持和不断提高对轨道目标的认识，以上技术是由硅谷领先的研发机构SRI International开发。

两个相控阵雷达在LEO中跟踪的目标快照。

目前LeoLabs公司拥有两部相控阵雷达，一部是位于阿拉斯加的扑克平面非相干散射雷达PFISR（The Poker Flat Incoherent ScatterRadar）相控阵雷达。还有一部是位于德克萨斯州米德兰的MSR（the Midland Space Radar）相控阵雷达。第三部相控阵雷达计划于2019年在新西兰南岛奥塔哥中部的开始使用，第三部雷达的设计目标是跟踪小至两厘米的物体。在几年内，LeoLabs公司计划在全球范围内运行6个雷达，能够跟踪卫星和更多的太空碎片。

阿拉斯加扑克平原PFISR相控阵雷达

PFISR相控阵雷达由4096个发射和接收单元组成。PFISR是SRI国际组织代表国家科学基金会建立的，用于对极光带的上层大气和电离层进行研究。

位于德克萨斯州米德兰的MSR相控阵雷达

2017年2月，LeoLabs公司启用了米德兰空间雷达(MSR)，这是该公司全球雷达网络中的第二架雷达。MSR位于德克萨斯州米德兰附近。MSR是一种利用LeoLabs公司专有雷达技术的相控阵雷达，在UHF超高频波段工作，MSR雷达能够每小时跟踪数千个物体，并且对直径10厘米的太空碎片非常敏感。

ExoAnalytic Solutions公司

该公司于2008年由三位物理学家创办，目标是在航空航天行业有所作为。该公司建立的全球望远镜网络EGTN（The ExoAnalytic GlobalTelescope Network）是一个全球商业SSA望远镜网络，拥有超过25个天文台和275个望远镜，可以在多个轨道区域跟踪卫星，每个EGTN观测站的传感器都收集空间目标的测角数据(RA和DEC)和光度测量数据(目视星等)，其望远镜定期探测、跟踪和关联地球同步轨道(GEO)、高椭圆轨道(HEO)中的空间目标，达到全球100%覆盖GEO, HEO, MEO轨道。

外部分析解决方案公司全球传感器EGTN网络分布图

运营中心ESpOC（ExoAnalytic Space Operations Center）管理EGTN网络，ESpOC中心实现对所有EGTN传感器的远程指挥和控制，实时自动集成和融合多个传感器的数据，支持闭环跟踪和目录维护，并将所有采集到的数据实时叠加在空间态势界面上。

ESpOC用户界面

作为世界上首屈一指的SSA望远镜网络的运营商，ExoAnalytic Solutions公司可以支持各种各样的航天工业需求。SSA专业团队为整个航天器生命周期的卫星操作提供定制的解决方案。这些服务包括发射监测、联合分析、预警和二次筛选、异常检测和规避。

VisionEngineering Solutions公司

视觉工程解决方案有限责任公司(VisionEngineering Solutions)是一家退伍军人拥有的小型企业，于2011年10月由两名前计算机科学公司(CSC)的工程师成立，并于2012年3月开始运作。公司为国防、航天和工业应用提供先进的传感器解决方案，该公司的专业领域有：先进的成像和观测技术；指向和跟踪系统；数据采集与分析；建模和仿真。

视觉工程解决方案有限责任公司相关服务

VT-100望远镜是视觉工程解决方案有限责任公司的旗舰产品之一，代表了该领域和实验室超过20年的经验。该跟踪系统广泛满足了应用领域的跟踪、成像和传感需求，能够跟踪火箭、火炮、无人机和航天飞行器。其跟踪精度可以达到一个微弧度的量级，VT-100能够消除了电缆缠绕的问题以每秒90度的最大速度运行，并且它的低质量和小尺寸使它很容易通过陆地、海洋或航空运输，可以随时开展跟踪。目前公司正在与美国国家航空航天局和商业航天公司合作，开发用于跟踪、识别和精确计算空间物体的地基和天基系统。

VT-100望远镜及其拍摄图片

美国目前从事商业SSA的公司还有很多，例如：Schafer、Etamax Space、Kratos Defense & SecuritySolutions等，有待对此感兴趣的读者继续挖掘。