美国正在研制的下一代天基预警系统，将采用多星、多轨道的分布式部署方式，重点提升探测和生存能力，可实现对高超音速武器和弹道导弹的全弹道预警、探测和跟踪。高轨方面，美国空军将研制下一代过顶持续红外系统（OPIR），以取代天基红外系统（SBIRS）系统；低轨方面，美国太空发展局（SDA）、导弹防御局（MDA）和DARPA等多家机构正在开展合作，构建大规模、低成本、小型卫星星座。

一、下一代过顶持续红外系统

美国空军在2018年启动了下一代过顶持续红外系统（OPIR），是美国在继SBIRS之后规划的新一代高轨预警卫星系统，由美国情报机构和国防部共同负责运营，其主要作用是为美国及其盟国提供洲际弹道导弹发射、潜射弹道导弹发射和战术弹道导弹发射的预警，并通过改进系统能力，实现对高超音速武器等新出现威胁的预警、探测和跟踪。OPIR由天基传感器和地面数据处理站组成，它们协同组网工作，可持续或近乎连续地收集可见光、近红外、短波红外和中波红外能量，并将之处理后产生红外图像，支持导弹预警、导弹防御、技术情报等领域任务。

▲OPIR由高轨卫星、极轨卫星以及地面系统共同组成

OPIR主要在以下几个方面增强能力：①利用大面阵技术实现多目标预警、探测和跟踪能力；②将预警对象扩展到高超音速武器；③增强全球红外事件的探测能力；④利用轨道设计增加燃料携带，增强系统的机动能力。OPIR完成部署并投入实战应用中后，将直接在战略和战术层面支持反导作战。

▲OPIR系统架构

二、低轨探测卫星星座

目前，SDA正在与MDA、DARPA和美国空军等多家政府机构和公司合作，构建下一代大规模近地轨道天基架构。美国将在此架构下，发展低轨探测跟踪能力，实现对高超音速武器和弹道导弹的预警探测、全弹道跟踪和识别。其中，SDA负责下一代天基架构的总体设计，DARPA和SpaceX公司负责低轨卫星平台的设计和建造，MDA负责高超音速武器和弹道导弹跟踪天基传感器（Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor，HBTSS）的研制。

（1）下一代天基架构

2019年7月，SDA发布了下一代天基架构信息征询书，提出了由支持层、传输层、跟踪层、导航层、战斗管理层、监视层、新兴能力层等7层（layer）组成的下一代天基架构（National Defense Space Architecture，NDSA）。

▲下一代天基架构（National Defense Space Architecture，NDSA）

其中，支持层（Support）是SDA用来描述为NDSA工作奠定基础的所有地面站、发射设施和其他基础设施的总括。注意，发射设施包含在支持层基础结构中，所有任务载荷集成和卫星运营都属于支持层。

传输层（Transport）是一个卫星星座，将在LEO中形成一个通过星间光学链路连接的网状网络。这些链路通过激光传输数据，使用比传统无线电传输更难拦截的非常窄的光束以光速传输数据。

跟踪层（Tracking）是另一个卫星星座，将配备红外传感器，以发现和跟踪导弹威胁。这些卫星将通过光学链路连接到传输层，它们的数据通过网状网络传输并下行传输到地面。

导航层（Navigation）实际上并不是一个星座，而是由传输层卫星形成的网状网络的额外能力。由于遍布全球的网状网络的性质，运输层卫星能够传输精确的位置、导航和授时（PNT）数据。注意，不是取代GPS，而是在GPS拒止环境下仍能提供PNT服务。

战斗管理层（Battle Management）。每个传输层卫星都携带一个任务计算机，以动态管理卫星之间以及各个层之间的交互。这些任务计算机被归为战斗管理层，其任务是在轨处理或边缘计算。

监视层（Custody）。情报、监视和侦察（ISR）功能是监视层的最大功能。ISR卫星负责探测和跟踪地面目标。SDA不打算推出自己的监视层卫星，监视层资产可能是商业卫星，也可能是NRO和其他情报机构运营的间谍卫星。

新兴能力层（Emerging Capabilities）。NDSA最后一层为新空间技术的发展留下了一点回旋余地。目前，这些技术包括标记和跟踪、射频识别、替代导航系统和战术通信支持等。

（2）星链计划

2015年1月，SpaceX公司提出星链（Starlink）计划，旨在构建一个覆盖全球的大规模、低延时、高速率和低成本卫星互联网络。2018年3月，星链计划得到美国联邦通信委员会批准，进入美国市场运营。

▲SpaceX公司使用Falcon 9火箭发射51颗Starlink V1.5卫星

SpaceX公司分三个阶段构建星链，第一阶段在24个550千米、倾角53°的轨道面上部署1584颗Ka/Ku频段卫星，在部署800颗卫星后即可满足美国、加拿大和波多黎各等国的天基互联网需求。第二阶段在550千米、1130千米、1275千米和1325千米4种不同轨道高度共部署2825颗Ka/Ku频段卫星，实现全球覆盖。第三阶段在340千米轨道高度部署7518颗V频段卫星，进一步增加星座容量。

▲组装厂房中的Starlink V1.5卫星和Starlink V2 Mini卫星

虽然星链计划最初目的是构建全球互联信息网络，但其作为卫星平台在军事领域有着巨大的应用前景。2020年10月，SDA授予SpaceX公司4颗跟踪层第0批卫星的研发合同。SpaceX公司将基于其星链平台，从另一家供应商采购宽视场OPIR传感器。这是美国军方首次从SpaceX订购卫星，也反映出SpaceX公司在卫星平台研制方面的强大技术优势和快速交付能力。

（3）HBTSS系统

MDA一直在探索和研究高超音速武器和弹道导弹的天基探测方案。2018年，MDA启动了导弹跟踪系统（MTS）项目，旨在研发天基传感器方案，以探测并跟踪传统和新兴导弹威胁。2019年，该项目被更名为天基传感器层（SSL）。2020年，该项目再次更名为HBTSS系统，将采用宽视场和中视场传感器组合的方式，实现对高超音速武器和弹道导弹的持续跟踪和监视。其中，宽视场传感器用于对陆、海、空、天目标的组网探测和跟踪；中视场传感器用于向导弹防御系统提供火控数据，拦截来袭目标。

▲HBTSS系统作战视图