美國正在研製的下一代天基預警系統，將採用多星、多軌道的分布式部署方式，重點提升探測和生存能力，可實現對高超音速武器和彈道導彈的全彈道預警、探測和跟蹤。高軌方面，美國空軍將研製下一代過頂持續紅外系統(OPIR)，以取代天基紅外系統(SBIRS)系統;低軌方面，美國太空發展局(SDA)、導彈防禦局(MDA)和DARPA等多家機構正在開展合作，構建大規模、低成本、小型衛星星座。

　　一、下一代過頂持續紅外系統

　　美國空軍在2018年啟動了下一代過頂持續紅外系統(OPIR)，是美國在繼SBIRS之後規劃的新一代高軌預警衛星系統，由美國情報機構和國防部共同負責運營，其主要作用是為美國及其盟國提供洲際彈道導彈發射、潛射彈道導彈發射和戰術彈道導彈發射的預警，並通過改進系統能力，實現對高超音速武器等新出現威脅的預警、探測和跟蹤。OPIR由天基傳感器和地面數據處理站組成，它們協同組網工作，可持續或近乎連續地收集可見光、近紅外、短波紅外和中波紅外能量，並將之處理後產生紅外圖像，支持導彈預警、導彈防禦、技術情報等領域任務。

　　▲OPIR由高軌衛星、極軌衛星以及地面系統共同組成

　　OPIR主要在以下幾個方面增強能力：①利用大面陣技術實現多目標預警、探測和跟蹤能力;②將預警對象擴展到高超音速武器;③增強全球紅外事件的探測能力;④利用軌道設計增加燃料攜帶，增強系統的機動能力。OPIR完成部署並投入實戰應用中後，將直接在戰略和戰術層面支持反導作戰。

　　▲OPIR系統架構

　　二、低軌探測衛星星座

　　目前，SDA正在與MDA、DARPA和美國空軍等多家政府機構和公司合作，構建下一代大規模近地軌道天基架構。美國將在此架構下，發展低軌探測跟蹤能力，實現對高超音速武器和彈道導彈的預警探測、全彈道跟蹤和識別。其中，SDA負責下一代天基架構的總體設計，DARPA和SpaceX公司負責低軌衛星平台的設計和建造，MDA負責高超音速武器和彈道導彈跟蹤天基傳感器(Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor，HBTSS)的研製。

　　（1）下一代天基架構

　　2019年7月，SDA發布了下一代天基架構信息徵詢書，提出了由支持層、傳輸層、跟蹤層、導航層、戰鬥管理層、監視層、新興能力層等7層(layer)組成的下一代天基架構(National Defense Space Architecture，NDSA)。

　　其中，支持層(Support)是SDA用來描述為NDSA工作奠定基礎的所有地面站、發射設施和其他基礎設施的總括。注意，發射設施包含在支持層基礎結構中，所有任務載荷集成和衛星運營都屬於支持層。

　　傳輸層(Transport)是一個衛星星座，將在LEO中形成一個通過星間光學鏈路連接的網狀網絡。這些鏈路通過激光傳輸數據，使用比傳統無線電傳輸更難攔截的非常窄的光束以光速傳輸數據。

　　跟蹤層(Tracking)是另一個衛星星座，將配備紅外傳感器，以發現和跟蹤導彈威脅。這些衛星將通過光學鏈路連接到傳輸層，它們的數據通過網狀網絡傳輸並下行傳輸到地面。

　　導航層(Navigation)實際上並不是一個星座，而是由傳輸層衛星形成的網狀網絡的額外能力。由於遍布全球的網狀網絡的性質，運輸層衛星能夠傳輸精確的位置、導航和授時(PNT)數據。注意，不是取代GPS，而是在GPS拒止環境下仍能提供PNT服務。

　　戰鬥管理層(Battle Management)。每個傳輸層衛星都攜帶一個任務計算機，以動態管理衛星之間以及各個層之間的交互。這些任務計算機被歸為戰鬥管理層，其任務是在軌處理或邊緣計算。

　　監視層(Custody)。情報、監視和偵察(ISR)功能是監視層的最大功能。ISR衛星負責探測和跟蹤地面目標。SDA不打算推出自己的監視層衛星，監視層資產可能是商業衛星，也可能是NRO和其他情報機構運營的間諜衛星。

　　新興能力層(Emerging Capabilities)。NDSA最後一層為新空間技術的發展留下了一點迴旋餘地。目前，這些技術包括標記和跟蹤、射頻識別、替代導航系統和戰術通信支持等。

　　2015年1月，SpaceX公司提出星鏈(Starlink)計劃，旨在構建一個覆蓋全球的大規模、低延時、高速率和低成本衛星互聯網絡。2018年3月，星鏈計劃得到美國聯邦通信委員會批准，進入美國市場運營。

　　▲SpaceX公司使用Falcon 9火箭發射51顆Starlink V1.5衛星

　　SpaceX公司分三個階段構建星鏈，第一階段在24個550千米、傾角53°的軌道面上部署1584顆Ka/Ku頻段衛星，在部署800顆衛星後即可滿足美國、加拿大和波多黎各等國的天基互聯網需求。第二階段在550千米、1130千米、1275千米和1325千米4種不同軌道高度共部署2825顆Ka/Ku頻段衛星，實現全球覆蓋。第三階段在340千米軌道高度部署7518顆V頻段衛星，進一步增加星座容量。

　　▲組裝廠房中的Starlink V1.5衛星和Starlink V2 Mini衛星

　　雖然星鏈計劃最初目的是構建全球互聯信息網絡，但其作為衛星平台在軍事領域有着巨大的應用前景。2020年10月，SDA授予SpaceX公司4顆跟蹤層第0批衛星的研發合同。SpaceX公司將基於其星鏈平台，從另一家供應商採購寬視場OPIR傳感器。這是美國軍方首次從SpaceX訂購衛星，也反映出SpaceX公司在衛星平台研製方面的強大技術優勢和快速交付能力。

　　（3）HBTSS系統

　　MDA一直在探索和研究高超音速武器和彈道導彈的天基探測方案。2018年，MDA啟動了導彈跟蹤系統(MTS)項目，旨在研發天基傳感器方案，以探測並跟蹤傳統和新興導彈威脅。2019年，該項目被更名為天基傳感器層(SSL)。2020年，該項目再次更名為HBTSS系統，將採用寬視場和中視場傳感器組合的方式，實現對高超音速武器和彈道導彈的持續跟蹤和監視。其中，寬視場傳感器用於對陸、海、空、天目標的組網探測和跟蹤;中視場傳感器用於嚮導彈防禦系統提供火控數據，攔截來襲目標。

　　▲HBTSS系統作戰視圖