Negli ultimi mesi la Space Force ha iniziato a lanciare i primi satelliti di una nuova costellazione che proietterà la forza armata spaziale degli Stati Uniti nel futuro. PWSA o Proliferated Warfighter Space Architecture è il nome della nuova costellazione sviluppata dalla Space Development Agency (SDA), una divisione della Space Force che si occupa di sviluppo tecnologico.
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PWSA si appresta a diventare il centro di gran parte delle attività della Space Force, seguendo il nuovo approccio che prevede la costruzione di un architettura resiliente e modulabile. Approccio che ha visto un grande supporto dal congresso manifestato con il grande budget 2024.
La SDA è una nuova agenzia governativa fondata nel 2019 per rivoluzionare l’acquisizione e la gestione di satelliti militari, nata in concomitanza con la Space Force. In questo lasso di tempo l’ente americano ha siglato contratti miliardari per PWSA che entro la fine di questo decennio sarà composta da quasi 1000 satelliti.
L’obbiettivo di questa nuova megacostellazione è molto ambizioso ed è quello di fornire diverse capacità per le forze amate terrestri, alcune nuove e altre come miglioramento di quelle già esistenti con i vecchi satelliti geostazionari. Passare dalle alte orbite all’orbita bassa permette però una serie di vantaggi inestimabili per la Space Force:
- Minore costo di produzione: un satellite in LEO costa ordini di grandezza meno rispetto alla controparte GEO.
- Iterazione rapida: tanti piccoli satelliti sono molto più veloci da produrre e permettono di lanciare costantemente nuovi modelli evitando l’obsolescenza.
- Proliferazione: un grande numero di oggetti in orbita riduce significativamente l’efficacia delle misure antisatellite come gli ASAT.
Come si articola PWSA nei due principali layer
La SDA descrive le diverse funzionalità offerte da questa rete satellitare come “layers” che possono essere una serie di satelliti specializzati, payload oppure servizi acquisiti. Uno dei due più importanti layer di questa architettura è il Transport Layer che si compone di un centinaio di satelliti che forniranno comunicazione persistente alle forze armate americane. Il tutto si realizza introducendo diversi payload di comunicazione, il cui principale è un antenna in banda Ka.
La rapida iterazione di questo layer della SDA prevede l’introduzione di un’antenna per connettersi agli aerei o droni militari via Link 16, uno standard NATO per le comunicazione tattiche. Oltre a questo anche nuovi payload per comunicazione in banda S e UHF, potenzialmente rimpiazzando la costellazione MUOS.
C’è poi la Tracking Layer, una serie di satelliti molto desiderata dal pentagono per tracciare i lanci di missili balistici intercontinentali, ma sopratutto, le nuove armi ipersoniche. Queste sono missili capaci di viaggiare a velocità superiori a Mach 5 e tendono a sfuggire ai sensori degli attuali satelliti posti in orbita geostazionaria GEO, posti a oltre 36000 km dalla Terra.
Costruendo un layer con sensori a infrarosso WFOV (Wide-field of View), la SDA risolve questo problema e abbassa di molto i costi rispetto ai programmi miliardari dei pochi satelliti geostazionari. Le potenzialità di questo layer sarà massimizzata negli anni con l’arrivo di sensori MFOV con migliore risoluzione che permetteranno alla Space Force di avere il migliore sistema di tracciamento missilistico al mondo.
Le altre capacità della costellazione
Altre capacità di PWSA sono il Support Layer, utilizzato dalla SDA per indicare tutte le stazioni terrestri, lanciatori e altre infrastrutture che costituiscono la base per il funzionamento della costellazione. La componente principale di questo layer è rappresentata dai sistemi a terra. La SDA intende sviluppare un sistema integrabile con le stazioni esistenti a livello globale, garantendo una rapida trasmissione delle informazioni.
Il Navigation Layer non è una costellazione, ma un vantaggio derivante dalla rete di satelliti del Transport Layer. Questi satelliti forniranno dati precisi di posizione, navigazione e tempistica in grado si migliorare e potenzialmente rimpiazzare in futuro il segnale dei satelliti GPS.
Battle Management Layer si riferisce all’equipaggiamento di ciascun satellite del Transport Layer con un computer per gestire le interazioni tra i satelliti. Questa gestione on-orbit riduce le complicazioni nella trasmissione dei dati.
Il concetto di Custody Layer apre al concetto di servizi per PWSA che riguardano le funzioni di intelligence, sorveglianza e ricognizione. I satelliti ISR monitorano obiettivi terrestri. La SDA non lancerà una propria costellazione per questo layer, ma sfrutterà altri satelliti già in orbita da altre entità commerciali vista il rapido progresso nel mercato SAR e non solo.
Infine, c’è il layer delle “Emerging Capabilities” offre spazio per lo sviluppo di nuove tecnologie spaziali. La SDA collabora con altre divisioni del DoD per identificare e testare nuove tecnologie che potrebbero potenziare le capacità di PWSA, includendo sistemi di navigazione alternativi e supporto alle comunicazioni tattiche. Per questo segmento la SDA ha in programma di lanciare alcuni satelliti dimostrativi da integrare con gli altri layer di PWSA.
Rapida iterazione
La SDA ha l’obbiettivo di lanciare i satelliti in serie distinte e successive, noti come “tranche”, a intervalli regolari di tempo. Questo approccio mitiga l’obsolescenza, poiché la tecnologia spaziale evolve rapidamente. Lanciando satelliti ogni pochi anni, si assicura che ogni nuova serie beneficia delle ultime innovazioni, evitando di mettere in orbita sistemi che diventano rapidamente obsoleti.
Inoltre, conferisce una flessibilità senza precedenti: se emergono nuove esigenze od opportunità, la successiva tranche di satelliti può essere adattata di conseguenza, permettendo una risposta agile alle sfide emergenti.
La natura sequenziale e regolare dei lanci riduce anche i rischi. Se un lancio dovesse fallire o un satellite presentare problemi, l’intera missione o rete non sarebbe compromessa, e le lezioni apprese da eventuali errori in una tranche possono informare e migliorare i lanci successivi. Questa strategia può anche portare a economie di scala. Con lanci frequenti, l’industria può capitalizzare sulla produzione ripetuta e sui processi di lancio, riducendo i costi complessivi.
Questo modello consente anche l’introduzione graduale di nuove tecnologie. Invece di impegnarsi in tecnologie non collaudate su larga scala, nuove soluzioni possono essere testate in piccoli lotti e, se dimostrano di essere efficaci, adottate più ampiamente nei lanci successivi.
Infine, mentre i satelliti più vecchi terminano la loro vita operativa, i nuovi satelliti lanciati garantiscono una continuità di servizio, assicurando che la capacità e la copertura rimangano costanti nel tempo. Di seguito il piano di tranche prestito dalla SDA fino al 2030 circa come riportato dalla stessa SDA:
- “Tranche 0 (FY22)—Warfighter immersion: The minimum viable product is demonstrating the feasibility of the proliferated architecture in cost, schedule, and scalability towards necessary performance for beyond line of sight targeting and advanced missile detection and tracking.
- Tranche 1 (FY24)—Initial warfighting capability: Regional persistence for tactical data links, advanced missile detection, and beyond line of sight targeting.
- Tranche 2 (FY26)—Global persistence for all in Tranche 1. This will incorporate lessons learned from operating gen 0 for at least two years.
- Tranche 3 (FY28)—Advanced improvements over Tranche 2. This includes better sensitivity for missile tracking, better targeting capabilities for BLOS, additional PNT capabilities, advances in blue/green lasercom and protected RF comm.
- Tranche 4 (FY30)—“Continual advances to the layers, including additional capabilities identified as current or future threats to the warfighter.”
Un analisi dei costi
Fino a oggi la SDA ha speso 5.7 miliardi per le prime due tranche e una parte della seconda. In base a prezzi odierni dovrebbe raggiungere la quota di 11 miliardi per completare la tranche 2. Stimare il costo della tranche 3 e 4 è impossibile senza sapere il numero di satelliti, tuttavia entro il 2030, con questi ritmi, la SDA spenderà quasi certamente più di 20 miliardi per una megacostellazione di migliaia di satelliti.
Per quanto riguarda l’industria, la SDA ha finora coinvolto quasi tutti i costruttori di satelliti negli Stati Uniti e sta spingendo anche diverse compagnie europee a entrare in questo business come Airbus in collaborazione con Nortrhop Grumman e presto forse anche con Leostella, la Joint venture tra BlackSky e Thales Alenia Space.
Il bus satellite richiesto è mediamente nella classe dei 500 kg si attesta a un costo medio per satellite di circa 20 milioni di dollari per i Transport Layer mentre 45 milioni per quelli del Tracking Layer. Infine ci sono quelli della fase dimostrativa, con un costo intorno ai 16 milioni di dollari. Il costo per satellite dovrebbe comunque aumentare in futuro, in parte per l’inflazione (quasi il 18% dal 2020) ma soprattutto per l’introduzione di nuove tecnologie.
Ne è un esempio il caso esemplare dell’ultimo contratto per i satellite Beta dalla Transport layer tranche 2. In questo caso la SDA prevedeva di assegnare i 72 satelliti a 3 contractor ma alla fine ne ha scelti solo due più “tradizionali” per la complessità dei payload introdotti in questa nuova generazione del Transport Layer.
