航天测控网是用来保障航天器难常运行和操作的，因而航天测控网必须要符合航天计划的要求和变化。美国的航天计划投资巨大，种类繁多，因此航天测控网也多种多样，发展也很迅速。美国的航天测控网分属不同的部门管理。美国国家航空航天局(NASA)负责民用航天计划，目前管理着航天跟踪与数据网(STDN)、深嶷网(DSN)以及跟踪与数据中继卫星系统(TI)RSS)。美国的主要军事航天测控网包括：空军卫星控制网(AFSCN)、海军卫星控制网(NSCN)、海军研究实验室卫星控制网、陆军卫星控制网、NOAA卫星控制网和几个军用卫星专用控制网。
NASA的测控网目前形成了天基网和地基网两大体系。天基网由位于地球同步轨道上的一组TDRS星及其地球站组成，用于支持地球轨道航天任务(轨道高度在3000公里以下)。地基网则主要是深空网，用以支持高地球道、同步轨道航天器以及月球、星际和深室探测任务。此外，地基网还包括STDN网目前剩下的几个站。
NASA于1972年将载人航天飞行网(MSFN)与卫星跟踪与数据获取网(STADAN)合并成一个网，称为航天跟踪与数据网(STDN)，用来保障NASA所有地球轨道任务，包括载入与不载人飞行任务。
STDN的网络控制中心设在哥达德航天中心的11号大楼内，负责规划、控制以及确保STDN的可靠运行。网络控制中心主要由计算机系统、数字电视系统和数据通信设备组成。
计算机系统是网络控制中心的主要数据处理设施，由计算机及相关外设组成。该系统维持网络控制中心的数据库并运行网络控制中心的所有操作软件。
数据通信设备由通信处理器和通信前端处理器组成。它给网络控制中心提高了大部分外部接口。通信前端处理器完成线路控制功能，通信处理器完成较高级的透信协议功能。
数字电视系统提供与NCC操作人员的接口。向操作人员显示文字和图形信息，接收操作人员从控制台发出的各种指令。数字电视系统允许控制台操作人员完成以下功能：与NCC交互；观看、编辑、建立显示；与其它控制台通信。
为了执行管理STDN的职责，网络控制中心要完成以下一些主要功能：网络规划；监视网络性能；监视网络资源的状态；核实网络保障结构；给用户提供SIDN的性能数据；确保网络设施获得用户航天器的信息；服务统计；设计故障隔离程序；管理改变网络配置的地面配置指令；管理TDRS地址用户发射功率，确保从各个用户来的数据质量；控制无线电频率干扰。为了完成这些主要功能，网络控制中心与哥达德航天中心的部分设施还设有外部应用层接口：NASA通信网控制与状态接口，信息转换系统以及多路调制器/解调器；多卫星操作控制中心；NASA地面终端；白沙地面终端；操作保障地面设施；传感器数据处理设施。
NASA现有4个地面站。分别是梅里特岛/庞斯德利昂站、百慕大站、达卡尔站(塞内加尔)以及沃洛普斯岛站。
达卡尔站只是一个通信站，提供与航天飞机之间的UHF话音通信，并没有测控功能。
百慕大站主要是用来保障从肯尼迪角向东北方向发射的航天器的上升段。梅里特岛站用来保障从肯尼迪角向东南方向发射的航天器的上升段，还用于保障在肯尼迪角降落的航天器的再入段。由于大部分航天器都是向东南发射的，所以梅里特岛站的使用较频繁。沃洛普斯岛站用来保障国际紫外线探测计划。
从肯尼迪角发射的航天器升空后尾焰对着梅里特岛站，因此S波段信号的衰减较大。为了提供与航天器的S波段通信，又在该站以北65公里处的庞斯德利昂设了一个附属站，与梅里特岛之间通过一个三条微波系统通信。
②2副3米抛物面天线，在肯尼迪航天中心与中继卫星之间中继数据。其中一幅天线装在42米高的TDRS中继塔上，指向TDRS的用户，与另一幅指向TDRS的天线连接；
③1副3米抛物面天线，当梅里特岛站的其它天线用于其它测试时，该天线用来与正在肯尼迪航天中心测试的轨道器通信；
④1副UHF Teltrac天线，用来与航天飞机轨道器上的宇航员进行话音通信。该天线伺服于S波段跟踪天线中的某一个，在上升段、轨道段和着陆段指向航天飞机轨道器；
⑤2副盘锥形天线，用作动态备份和监视可移动UHF Teltrae天线；
⑥2副1．2米抛物面天线，与在肯尼迪航天中心处理的深空网载荷通信。2副天线分别工作于S和X波段，都安装在42米高的中继塔上接近顶端的地方；
⑧1副1．8米微波天线，安装在42米高的中继塔上，用来与庞斯德利昂站通信；
⑨中继塔也作标校塔，有1．2米S波段和Ku波段天线，用来校正和测试可转向天线；
⑩1副18米、2副12米属于地球站的天线，通过国内通信卫星与其它地球站通信。
由喷气推进实验室(JPL)管理的深空网是一个很先进的测控网，其主要作用是为NASA的行星探测飞行器提供跟踪、数据获取和通信服务。该网目前由相隔约120°的3个站组成，分别位于加利福尼亚州的戈尔德斯顿、澳大利亚的堪培拉和南非的约翰内斯堡。这三个站形成了一个完整的26m网站，可以完全覆盖2000公里高的轨道。每个站有4副大型抛物面天线，1副70米，2副34米，1副26米。70米和34米天线配置有S波段和x波殷接收机，26米天线仅能工作在S波段。
深空网站不仅包括口径非常大的天线，还包括以下电子设备：
②低噪声放大器，相位相干接收机，以及将天线电信号转换成数字(符号)流的同步检测器；
为使作用距离尽可能远，尽可能多地接收探测器发回的数据，深空阿一直在尽量采用最先进的技术，以推动通信链路的性能不断提高。提高频率，提高航天器发射机的功率以及采用更大口径的天线是最直接的方法，其他还有采用低噪声接收机，提高天线效率，改进编码技术，改进调制和检测系统。
DSN的测控(TT&C)系统包括低噪声接收机、数字信号和侧音处理、符号解码、跟踪和遥测数据处理、指令调制和发送系统。目前，这些功能由五个不同的子系统完成，每个子系统都有独立的控制器和操作界面，其设计并没有考虑各子系统之间的相互作用。不过JPL制定了一个从1995年开始并一直持续到2004年的TT&C系统改造计划，即深空网简化计划(NSP)，目的是为该系统引进新技术、新功能，并提高系统的效率和稳健性。网络简化计划完成后TT&C系统的设备的数量明显减少。通过结构改造和整合，形成两个新的子系统：上行链路遥控和跟踪子系统，下行链路跟踪和遥测子系统。[1]
军事航天任务对测控网提出了保密性好、生存能力强的特殊要求。为此，美国国防部从20世纪50年代末开始，建立了多个独立的全球性测控网，其中任务最忙、技术水平最为先进的是空军卫星控制网(AFSCN)。该网原由7个地面站和位于桑尼威尔的1个测控中心组成。多年来为国防部的大量侦察卫星、预警卫星、通信卫星和航天飞机等提供测控服务。20世纪80年代该网作了全面改造，为各站装备机动型自动化s波段综合系统，开通宽带卫星连接线路，并在美国中部斯普林斯建立既能控制人造卫星又能控制航天飞机的综合航天操作中心。此外，美国的军事航天测控网还包括海军卫星控制网(NavySatellite Control Network，NSCN)、陆军卫星控制网(Army Satellite Control Network)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)卫星控制网等卫星专用测控网。
空军卫星控制网是美国空军系统司令部的一个下属单位，由12个部门组成，其中5个部门负责操作活动，4个部门提供各种保障，3个部门从事开发活动。AFSCN至今已支持了80多个15种类型的航天器，包括低高度的气象卫星、中高度的导航卫星和高轨通信卫星。AFSCN在美国军用测控网中规模最大，同时也是最重要的多用户军事航天测控网，非常具有代表性。目前，AFSCN同的组成及站上设备包括：卫星指挥控制中心、远方跟踪站、天地链路分系统和通信系统4个部分。
空军卫星控制网共有2个指挥控制中心，一个靠近科罗拉多州斯普林斯，位于{击尔肯空军基地，称作综合航天操作中心(CSOC)；另一个在加州桑尼威尔，位于昂尼祖卡空军基地，称作综合卫星试验中心(CSTC)。每个中心用自己的通信设备与其它测控设备联接，它们独立运行，又互为备份。每个控制中心又可细分为数个“航天指挥控制设施”(MCC)，每个MCC负责一个卫星系列，若星座不大也可负责几个卫星系列。目前，昂尼祖卡空军基地有11个MCC，法尔肯空军基地有4个MCC。不管支持哪一项任务，所有MCC都要支持卫星操作的3个阶段：规划、过境测控和评价。所有MCC的硬件都相似，配置方法一样。通常一个MCC只有一个过境测控处理器、一个规划和评价处理器、一个数据处理单元、2个或2个以上遥控和遥测前端设备。
指挥控制系统是一大型软件，由8个主要模块构成，程序超过250万行。这8个模块分别是操作规划(OPPLN)模块、航天任务轨道规划(MOPLN)模块、跟踪和轨道确定(TRORD)模块、遥测处理和评价(TLMPE)模块、遥控模块、MCC管理模块、公共业务模块和显示模块。其中后面3个模块是前面5个模块的服务程序。[2]
为了对美国各种军用卫星形成全球覆盖，空军卫星控制网在全球8个地方设立了远方跟踪站，安装了16副天线，在卫星与MCC之间形成天地回路。卫星控制中心的每个MCC都与每个远方跟踪站相连。在空军卫星控制网中，除法尔肯空军基地和印度洋迭戈加西亚的跟踪站为单套站，格林兰图勒为3套站外，其余均为双套站。美国空军投入巨资对远方跟踪站进行了名为“自动化远方跟踪站”(ARTS)的改造，引人新的计算机，更换或改造了天线伺服系统并安装了新的发射和接收设备。经过改造，天线的可用性从老天线的每天17小时增加到改造后的每天23小时，而且MCC可以通过发送控制指令远程配置和控制天线，明显减少了值班人员。每个远方跟踪站都包括一套相同的具有标准接口的ARTS核心设备，以及使各站具有特殊功能的专用增强设备和天线分系统。
天线分系统包括反射器、副反射器、馈源、带驱动装置的底座、控制器及天线保护罩；核心专用设备则由测控子系统、控制和状态子系统及通信接口子系统组成；增强设备包括了GPS增强设备、国防气象卫星增强设备及跟踪站开发和维护设施增强设备。
SGLS用于在测控站和卫星间提供全双工通信，完成遥控、跟踪、遥测和测距功能。只有当航天器装配了与SGLS波形兼容的应答机才能进行全双向通信。SGLS共有20条上、下行信道，上行采用L频段；下行采用S频段，每条信道所使用的上、下行频率是相干的。
通信系统将指挥控制中心与各远方测控站联系起来，传递来自MCC的遥控信息、航天器的遥测信息、远方跟踪站的状态信息、IRIG时间信息和远方跟踪站操作员之间的保密话音信息。通信链路可以分为2大类，即宽带和窄带链路。
宽带链路主要由国防卫星通信系统/卫星试验中心接口分系统(DSIS)提供。每个控制结点及每个远方跟踪站都有一个通信卫星地面终端。这样，每个控制结点都可以通过国防卫星通信系统(DSCS)与任何远方跟踪站相联。没有DSCS宽带链路的站，租用商业通信链路；宽带通信发生故障时，到远方跟踪站的窄带通信链路将提供应急路由。这些链路与上述宽带电路相互独立，由商业公司租用陆线、微波和光纤链路组成。窄带的能力低于宽带。MCC有时使用到远方跟踪站的窄带链路补充其宽带链路，而不仅仅是备用。这种做法在操作上风险大一些，但这样MCC可以比只用宽带链路收到更多的遥测数据。[3]
海军卫星控制网负责支持15颗通信和导航卫星的运行和放在其它卫星上的一些通信包，海军研究实验室卫星控制网支持着28颗保密卫星和科学卫星任务，陆军卫星控制网控制着11颗在轨国防卫星通信系统卫星(DSCS)的有效载荷和通信网络(空军卫星控制网负责控制卫星平台)，NOAA卫星控制网支持着4颗环境卫星和4颗备用卫星的运行，以上这些测控网的规模都较小。
目前美国国家海洋和大气局（NOAA）在轨运行的为 16 颗卫星组成的 3 个卫星星座， 包括地球同步卫星、 极轨卫星等， 由其所属地面测控资源实施运行管理。NOAA的地面测控资源具体可分成极轨卫星地面系统和同步卫星地面系统两部分。
NOAA 的极轨地面系统（PGS）负责接收 NOAA 极轨运行环境卫星（POES）和国防部防御气象卫星计划（DMSP）等近地卫星的遥测和科学数据，并通过各种遥控体制实施卫星控制，此外还接收一些非 NOAA 卫星的数据。PGS 由位于马里兰州的 Suitland 的卫星运行控制中心和中心环境卫星计算中心、位于维吉尼亚州沃洛普斯（WCDAS）和阿拉斯加州 Fairbanks（FCDAS）的两个指令和数据接收站组成。在运行控制中心，基于实时系统的指令、控制和通信系统的极轨捕获和控制子系统（PACS）支持极轨卫星系统，还负责处理卫星数据。两套地面站的功能相同，由天线、射频、指令发送、数据处理和 PACS 几部分组成。随着卫星拥有更大的指令存储能力，要求修改地面软件以仿真卫星，验证操作正确性。同时要在求地面人员不变情况下，可以完成更多的跟踪圈次。
同步卫星地面系统的主要功能是接收卫星图像，再将修正过的数据以 GVAR 格式发给同步卫星供广播给主要用户，处理数据流获得轨道和姿态确定数据，监视广播数据质量。系统的主要部分是敏感器处理系统（SPS、产品监视（PM）和轨道姿态跟踪系统（OATS。NOAA 目前具备 S 和 X 频段测控能力。[4]
无论是负责民用航天计划的 NASA，还是负责军用航天计划的美国国防部，都正面临来自测控性能和测控成本两方面的挑战，在地基测控资源上表现尤为突出。NASA 的 GN 和 ASFCN 都面临未来卫星测控需求的持续增长，设备和系统老龄化更增加了航天测控服务性能上的风险，然而财政投入的限制却约束了新系统的大规模建设和原有系统的全面升级。保留的一些早期任务专用设备，利用率低，仍需不断进行维护。实现不同测控网之间的互操作的呼声越来越强烈。
航天测控资源的综合利用可以有效覆盖，减少测控间隔；提高测控资源利用率，减少闲置时间；增强多任务测控能力；使测控系统更加灵活；有效降低航天测控成本等。但是由于以往任务需求驱动的模式，使得不同测控资源之间采用不同的标准和接口，系统间的互操作技术上仍需进行验证测试。已经在 NASA 的 SN、 GN 和AFSCN 之间利用 CCSDS SLE 开展了一些互操作的实验。但同时面临不同部分所属资源的管理实施困难，由于测控网之间的差异导致空间操作更加复杂，并带来测控安全性问题，资源使用优先级的高效安排和经费使用等一系列问题，这些问题导致美国航天测控资源综合利用并未取得明显进展。[4]
卫星控制网（SCN）是美国防部的一个地基卫星控制系统，在管理越来越多的卫星系统方面发挥着关键作用。卫星控制网是一个由19部全球分布天线组成的系统，为美国政府卫星的发射和日常控制提供支持，包括国防和情报卫星。美国太空军负责管理、维护和升级该网络。
SCN每天与卫星联系超过450次。用户对SCN的需求很高，并且还可能继续增加。随着对系统需求的增加，该网络正面临着维护和过时问题。在过去十年中，SCN的利用率平均为75%。自2012年以来，SCN支持的年度卫星发射增加了两倍。这种需求的增加，以及由此导致的系统可用性的限制，可能会影响美军用户未来任务。
因此美太空军正在开发解决SCN需求和其他挑战的方法，但是缺乏更新的长期保障计划。美太空军还在管理两项改进工作，以更新SCN的地面控制电子设备和天线。美太空军正在通过探索使用商业天线和美国其他联邦机构运营的天线来寻求额外的SCN能力。两者都可用于SCN支持的卫星。此外美太空军还在努力开发和获得12部新的更高容量天线，这一工作称为卫星通信增强资源。第一台原型机预计在2025年完成。
2015年10月13日美国空军拓展哈里斯公司的卫星控制网络合同哈里斯信息技术服务公司获得美国国防部一份价值3790万美元合同修订，将继续为美国空军卫星控制网络（AFSCN）提供运行、维护和后勤支持。合同为期9个月，即从2015年9月29日到2016年6月16日，将在包括施里弗空军基地和范登堡空军基地在内的许多场站进行。哈里斯合同是即将在未来几周授出的“统一AFSCN改进、维护和运行”（CAMMO）合同。除了哈里斯合同，CAMMO还将增强来自霍尼韦尔公司和洛克希德·马丁公司的支撑合同。
2020年5月14日报道Kratos将为美国空军升级卫星地面系统，Kratos国防和安全解决方案公司(Kratos)获得了一份价值490万美元的合同，将为美国空军卫星控制网络(AFSCN)升级卫星地面系统。该公司将根据AFSCN网络边缘传输系统(ANETS)项目，对连接AFSCN站点的基础设施和系统进行现代化改造。合同允许卫星控制网络在转向数字IP架构时充分利用现有技术。新的ANETS系统包含了广域网接口功能(WANIF)和广域网资源管理器(WRM)系统，将使AFSCN能够更有效地扩展，以满足AFSCN用户不断增长的惠求。
2020年09月洛克希德·马丁公司和波尔航空航天公司(Ball Aerospace)宣布已经成功完成了多波段、多任务(MBMM)天线的相控阵传输测试。MBMM有望使多颗卫星同时连接使用多频率的单相控阵天线系统。它增加了吞吐量，同时也缩小了天线的占用面积。这标志着美国太空部队MBMM计划的又一技术里程碑，并使团队向今年晚些时候的完整的端到端卫星通信演示又迈进了一步。在此传输测试之前，曾在2月份进行过一次类似的成功接收测试。该计划于2019年4月由美国国防创新部门授予，由三家公司——洛克希德·马丁公司、波尔航空航天公司和Kratos公司——将作为一个团队开发原型。其特点是采用洛克希德·马丁公司的“Horizon”高级卫星调度程序、波尔航空航天公司的子阵列和面板设计以及Kratos RT逻辑高级数字信号处理。也就是说，洛克希德·马丁将开发实际原型阵列，最初支持L波段和S波段频率，Ball Aerospace公司将提供相控阵技术，Kratos公司将提供信号处理技术。此外，该原型使用了一种“构建模块”的方法，可以随着卫星数量的增加或通信需求的发展而轻松增加或减少。如果原型研发出来，它可以被纳入空军卫星控制网络，用于运行和维护国防部卫星。根据洛克希德·马丁公司，新的天线可以同时支持近地轨道和地球同步轨道上的多颗卫星。MBMM原型相控阵是一项广泛计划的一部分，该计划旨在使现有的美国空军卫星控制网络(AFSCN)系统现代化，并为作战人员带来更快的新技术。MBMM提高了AFSCN的能力和吞吐量，同时提高了地面基础设施和卫星系统的弹性。AFSCN由美国太空部队的太空操作司令部运行，为美国国防部和一些非国防部卫星的操作、控制和维护提供支持，包括持续执行遥测、跟踪和指挥(TT&C)操作。此外，AFSCN还提供发射前检验和模拟、发射支持以及在卫星处于初始或转移轨道并需要机动到最终轨道时的早期轨道支持。“我们很高兴能与太空部队合作进行相控阵技术演示。”洛克希德·马丁公司任务解决方案副总裁兼总经理Maria Demaree说：“这是一个协作团队，在部署大规模L-波段和S -波段通信相控阵方面具有良好的领导能力。”“我们将天线集成到指挥和控制(C2)系统的经验是无与伦比的。”Demaree还表示，多波段、多任务天线是“一种更聪明的方式，可以快速、经济地扩大卫星传输规模，同时降低空军的长期维护成本。”“今天，当一个抛物面天线坏了，它可能需要几天的时间来修复；有了MBMM，只需花费数小时，而无需让整个站点离线——这是一个巨大的优势。”波尔航空航天公司战术解决方案副总裁兼总经理Jake Sauer说：“波尔航空航天公司的目标是投资于核心相控阵技术，使MBMM能够满足太空部队的任务需求，同时提供一个负担得起的完整系统解决方案。”“随着传输测试的成功完成，我们期待着相控阵能力的完整端到端任务演示。”2020年7月17日，洛克希德·马丁公司宣布，国防创新部门已经授予Ball Aerospace公司、Kratos国防和安全解决方案公司和洛克希德·马丁公司一份价值720万美元的联合合同，用于开发这种原型。在此之前，5月30日，哈里斯公司宣布，该公司已从国防创新部门获得626万美元，用来建造并演示一套原型地面天线系统，以帮助扩展空军的空间跟踪能力。
美国防部和其他机构一直在以超过工业标准的高利用率使用SCN，导致了时间安排冲突和SCN网络的维护延期。预计卫星发射的增加和不久的将来预计投入使用的新卫星数量将对SCN系统造成额外压力。并且，SCN需求的增加也可能会影响卫星任务。
（1）高利用率运行
至少在过去10年中，SCN一直以高利用率运行，这导致现有和新卫星的可用运行容量有限，维护挑战增加。根据美太空军数据显示，从2012财年到2021财年，SCN的年网络利用率平均约为75%。利用率超过70%（包括天线工作时间和维护时间），表明SCN正在紧张运行，可能会产生负面影响。70%的天线利用率阈值是商业界使用的标准，用于指示需增加额外容量。然而，据美太空军称，美国防部多年来一直未增加SCN天线数量。
由于高利用率导致容量限制，SCN用户会遇到时间冲突问题。利用率持续接近或超过70%会导致依赖SCN与卫星通信的项目在提出请求时可能无法使用该网络。据美太空军称，目前，每部SCN天线一次只能与一颗卫星保持联系。当两颗卫星的操作人员试图同时安排与同一天线联系时，或者当由于计划外停机、维护或新出现的优先事项而改变计划安排时，可能会发生冲突。在这种高利用率的情况下，操作人员必须确定哪些联系会发生，哪些不会被接纳。
SCN的高利用率也影响了SCN的维护。据美太空军官员称，高利用率导致了天线定期维护的推迟，以使天线保持持续运行。这种维护延期会导致天线故障。持续的高利用率意味着美太空军领导人经常面临这样的抉择：是停止某部天线运行，以便有时间进行维护，还是满足即时运行需求，但会增加关键故障风险。
（2）需求持续增加
随着美国防部和其他机构继续开发、发射和运行新的卫星系统，对SCN的需求预计会继续增加。美空军机构从2016年到2020年进行了一系列研究，以确定SCN能力差距程度和满足需求的潜在解决方案。对SCN缺乏足够的投资是导致其无法满足未来需求的原因之一。这些研究建议美空军增加网络容量和韧性以满足需求。
美太空军的新太空作战态势对SCN有重大影响，因为预计未来SCN必须支持的发射和卫星联络数量还会增加。不仅仅是发射量增加会增加SCN的利用率，每次发射的卫星数量的增加也会增加SCN的利用率。现在每次发射可以同时发射20颗或更多卫星，这些卫星将依靠SCN进行定期联络。而过去的发射一般一次只有一颗卫星。依赖SCN的卫星的增加将进一步限制可用的SCN容量。SCN运营者称，如果没有实现每部天线联络多颗卫星的技术，则要满足未来需求，需要增加16部抛物面天线，达到总共35部天线。
太空作战态势的变化还将带来与新的和现有卫星无线电联络的增加，涉及卫星有效载荷、卫星无线电联络、联络支持时间和频率方面，所有这些都将增加SCN的利用率。预计在2019年至2027年期间，需要SCN联络的卫星数量将增加一倍以上。
（3）高需求将影响卫星任务
依赖于SCN的卫星网络用户担心需求的增加和容量的减少会影响他们的任务。例如，美国国家侦察局（NRO）的官员评估了SCN容量限制相关风险。更多的新系统将依赖SCN实现TT&C。据NRO官员预计，从2022年到2024年将有20到30次新发射。除了在发射期间需要SCN之外，这些新卫星也将增加SCN的运行负担，因为新卫星并不意味着取代现有卫星。轨道系统寿命的延长意味着下线系统越来越少，而上线系统越来越多。
美太空军第10太空作战中队的官员表示，他们也担心SCN可用性对其现有卫星的影响。第10太空作战中队运行着几个通信卫星星座。该中队依靠SCN来跟踪多颗卫星，因为SCN具有该中队天线所不具备的能力。失去SCN的支持可能会产生直接负面影响。这些官员表示，从2021年开始，他们已多次拒绝了SCN非关键任务支持请求。用户担心SCN的高需求可能会在未来导致关键联络的优先级降低，且无法通过SCN解决。
空军卫星控制网络 (AFSCN) 每天协调来自不同用户的数百个卫星通信请求。 从大量卫星通信请求中建立一个无冲突的时间表是一个难题。 人工调度员非常擅长生成高质量的解决方案，通常可以满足所有请求。 但是，此过程非常耗时，并且需要训练有素、经验丰富的人员。 也就是说，训练有素且经验丰富的调度员团队必须手动检查收到的每个调度请求。 大约一半的请求需要调整以消除冲突。 美国空军 (USAF) 有兴趣进一步自动化此过程。
Stottler Henke 与美国空军合作开发了托管智能消除冲突和调度 (MIDAS) 解决方案，这是一种人工智能 (AI) 工具，通过结合人类调度员的经验、见解和专业知识，自动安排卫星联络。MIDAS 现在几乎可以自动化 AFSCN 卫星通信请求的所有调度，允许调度人员在真正需要的地方应用他们的专业知识。MIDAS 通过一个两阶段过程来实现这一点，该过程首先在其定义的约束范围内洗牌任务，然后仔细应用用户可定义的业务规则集，这些规则允许在必要时放宽某些约束条件。
该系统提供了一个熟悉的、用户友好的界面，以传统的电子时间表发布 (ESD) 系统为模型，以方便比较，并允许用户相对容易地从一个界面切换到另一个界面。
它运行在廉价的消费类硬件上，并通过定义明确的纯文本文件格式与遗留系统通信：原始调度请求被导入 MIDAS，调度结果可以导出回遗留工具。MIDAS 现在以前所未有的水平提供空军规划。可以在几分钟内制定一个可行的时间表，以评估可能的中断、事件、设备扩展等的影响，也就是说，MIDAS 提供了执行“假设”场景的能力，以评估影响 潜在事件或任务变更。只需几分钟的处理，MIDAS 就能够消除一天中所有或几乎所有通信请求的冲突。MIDAS 消除了调度中涉及的大量重复性工作，并允许调度员专注于其他重要问题。
本文提供了 MIDAS 的历史、其体系结构的概述以及 MIDAS 提供的许多好处；除了它对非美国空军卫星通信调度的普遍适用性。
空军通过全球天线网络和地面支持设备指挥和控制各种卫星。每个卫星星座（例如 GPS 卫星）都由一个卫星运营中心（SOC）指挥，见图 1。天线站点作为一个整体）独立于其他中心调度组织，该组织必须消除竞争请求的冲突。这个过程最明显的限制是天线和卫星之间必须有视线。对于卫星通信来说，瓶颈资源是地面站数量有限。
图 1. 为空军卫星控制网络 (AFSCN) 工作的卫星、地面站和 SOC
卫星调度器负责调度价值数亿美元的地面卫星设备，尽可能发挥最高通信能力，同时保护数十亿 美元的在轨卫星对我们国家的防御至关重要。调度程序会尽可能地满足原始请求。在典型的一天中，通常有 600 多个支持请求，而且通常有一半以上相互冲突。许多冲突似乎无法解决，例如 如果一个站点只有一个天线，同时有两个请求该天线，冲突似乎无法解决。然而，该组织每天都会制定一个无冲突的时间表，同时满足所有要求。尽可能满足所有（或尽可能多的）支持请求是主要目标。
AFSCN 确实每天协调来自不同用户的大约 60 万个卫星通信请求。从大量卫星通信请求中建立一个无冲突的时间表是一个难题。幸运的是，人类调度员可以非常擅长生成高质量的解决方案，通常允许所有请求得到服务（尽管不如最初请求的那么充分）。然而，这个过程是时间密集型的，需要训练有素、经验丰富的人员，而且随着时间的推移，对他们的要求只会随着需求的增加而增加。
这种情况为自动调度工具提供了一个机会来减轻这些调度程序的一些负担。此外，这样的工具可以提供当前不可用的运行“假设”场景的可能性，以足够快地评估潜在事件或任务变化的影响，从而发挥作用。例如，当甚至其中一颗卫星宣布车辆紧急情况时，调度员必须迅速重新调整通信计划，以最大限度地支持失事车辆及其所支持的高优先级战术任务。有效地平衡这些优先事项在业内被称为“消除冲突”。
Stottler Henke 与美国空军联合开发了 MIDAS（托管智能消除冲突和调度）——一种用于快速调度和消除 AFSCN 卫星通信请求冲突的工具。MIDAS基于Stottler Henke的智能资源调度平台Aurora。Aurora 专为修改/适应截然不同的领域而设计，其中一方面是用户界面的灵活性，请参见图 2。
MIDAS 利用 Aurora 的这一方面来创建改进的用户体验。例如，图 3 显示了一种适用于卫星调度的界面版本。在 MIDAS 之前，消除冲突只能和在 AFSCN 工作的专家一样快和好，这通常是八个或更多，现在可以在不到一小时内完成，通常不到 15 分钟。在 MIDAS 之前，人工调度员手动检查收到的每个调度请求，结果是大约一半的请求需要调整以消除冲突。MIDAS 现在自动化了全部或绝大部分。MIDAS 通过一个两阶段过程来实现这一点，该过程首先在其定义的约束范围内洗牌任务，然后仔细应用用户可定义的业务规则集，这些规则允许在必要时放宽某些约束条件。
图 3. 适用于卫星调度的 Aurora 用户界面
MIDAS 提供了一个熟悉的、用户友好的界面，它以传统的电子调度发布 (ESD) 系统为模型，以方便比较并允许用户相对轻松地从一个界面切换到另一个界面。它运行在廉价的消费类硬件上，并通过定义明确的纯文本文件格式与遗留系统通信：原始调度请求被导入 MIDAS，调度结果可以导出回遗留工具。
MIDAS 对于快速消除现实世界调度请求的冲突以及规划（假设情景）和培训的应用非常有用。同样，空军需要一个自动化、智能的软件系统，可以快速安排和消除来自独立卫星操作中心 (SOC) 的通信请求的冲突。如果没有 MIDAS，调度和冲突消除过程需要训练有素、技术精湛的操作员提供过多的人力，每个操作员都需要几乎一整年的培训，而且淘汰率很高。无法快速评估中断、车辆紧急情况、攻击或通信系统可能发生的变化的影响。这些非常困难、复杂和具有挑战性的问题本质上会导致之前制作的进度表不一致。
解决方案分为两个步骤：1. 瓶颈调度，2. 业务规则冲突消除。
MIDAS 包括一个单程调度算法，称为瓶颈调度，它在遵守所有用户指定的约束的同时最小化支持间冲突。
任务被考虑调度的时间顺序是调度处理顺序。获得良好的任务调度处理顺序对于在瓶颈调度期间构建接近最优的调度至关重要。人类专家在决定审查任务的顺序时使用启发式方法。例如，一些调度程序倾向于在高地球轨道 (HEO) 或地球同步 (GEO) 联系之前查看低地球轨道 (LEO) 联系。MIDAS 模仿这种行为。这一决定背后的原因是 LEO 卫星的能见度窗口相对较短，显着限制了它们接触的时间灵活性。通过尽早让他们离开，调度程序确保联系人获得它需要的资源，同时在资源已经部分分配时将更灵活的任务留到以后。如果一个人等到调度结束才分配这些不灵活的任务，那么如果需要的位置被占用，就会留下很少（或没有）的选择。另一种说法是，通过首先安排不灵活的任务，我们可以在每个步骤中保持最大的灵活性。
瓶颈调度包括使用类似的启发式方法避免瓶颈，尝试在最灵活的任务之前安排最不灵活的任务。灵活性使用几个维度来定义：时间灵活性（如 LEObefore-HEO 方法）、该时间窗口内资源的争用程度以及已安排任务的当前状态。这三个考虑因素自动包含在用于查找瓶颈的预测使用计算中。瓶颈避免算法涉及一个预处理器，通过确定哪些资源是瓶颈（最过度争用的）和时间来获得全局视角。这在 [1] 中有更全面的解释，但非常简单，这涉及将每个请求伪概率地“传播”到它可能使用的所有资源中。（例如，如果支持请求需要两根天线中的一根，它会被伪分配给每根天线 50%，类似地，请求所需的分钟数分布在整个可能的时间窗口中）。Prioritizer 使用此信息将需要最过度竞争资源的请求放在最先被调度的队列前面。然后 MIDAS 使用瓶颈信息进行资源和时间窗口选择，通过进行最能减少瓶颈问题的分配来避免最严重的瓶颈。也就是说，在做出这个局部决策时，它会考虑全局视角。
瓶颈规避解决了大约一半的冲突，但如果不放松请求的某些方面，其余的冲突通常无法解决。
该流程的第二步，即业务规则冲突消除，反复检查每个剩余的冲突，并对一个或多个支持请求提出建议的更改。例如，特定支持可能要求在支持实际开始之前有 10 分钟的准备时间。调度程序可能知道如果没有其他选择，这个星座的经理会接受 5 分钟。对该经理的建议更改是将他的准备时间减少到 5 分钟。其他变化涉及将支持移出其请求的时间窗口或转移到不同的站点，或者用替代品替换地面支持设备，甚至一起放弃某些硬件要求。如果冲突中的另一颗卫星来自同一个星座，那么其中一些变化就更有说服力了。调度员用符号和注释为建议的更改对时间表进行注释，并附上他的姓名首字母。有几十个星座，每个星座都有几十个这样的经验法则，专家调度程序使用数百个未记录的规则来有效地解决所有剩余的冲突。在每组规则中，都有先于其他规则使用的偏好。还必须考虑组合和多米诺骨牌效应（例如，通过制造另一个冲突来解决冲突，然后解决那个冲突）。这些知识是在星座特定的、用户可编辑的规则库中引出和实施的，这些规则库被纳入 Aurora 的后处理器。每条规则的应用也做了必要的注释注释，并附上了软件的首字母。更多详细信息，请参见以下部分。
调度器经常（每天数十到数百次）遇到不修改原始请求的约束就无法解决冲突的情况——他们必须“改变规则”。这些修改必须经过用户（卫星运营中心）的审查和接受，然后才能包含在最终的时间表中，因此重要的是，调度员必须高度确定他们的建议将被接受。这一事实导致了业务规则冲突的概念——描述可以修改约束的不同方式的原型策略——以及如何协调它们以解决请求之间甚至复杂的冲突。有一组有限的业务规则。
1. 为支持提供的设置时间可能少于用户请求的时间。
长支撑可以（而且通常必须）被打散并从一个站点移交给另一个站点。这些业务规则中的每一个都采用各种参数，这些参数根据支持类型、用户以及他们与谁发生冲突来描述何时可以应用策略以及应用多少策略。许多冲突可以通过简单地遍历所有冲突的支持并按顺序应用业务规则直到找到解决方案来解决。然而，组合应用这些规则（例如，将不太严格的规则与更严格的规则组合，而不是单独应用严格的规则）通常会产生更可接受的结果。在某些情况下，只能通过考虑业务规则的级联组合来获得解决方案。幸运的是，只有某些规则组合起来才有意义，因此可以考虑每一对的影响和应用。
Knowledge elicitation (KE) 用于捕获专家调度员的经验知识，以制定业务规则，例如，在什么情况下可以放宽哪些约束以及放宽到什么程度。KE 导致以具体的、用户可定义的格式捕获这些规则——作为一组“业务规则”。该解决方案将权力掌握在调度系统管理员手中。放宽哪些限制的决定是微妙的，在给定情况下的正确行动可能会随着任务目标或其他因素的变化而改变，因此使规则明确和可控已被证明是非常可取和有用的。
很明显，根据卫星是由同一组织运营还是它们之间本质上相同，应该应用哪些业务规则以及以何种顺序在不同的卫星组之间有所不同。因此，为方便起见，业务规则按照它们对应的卫星组（通常称为系列）内从最优选到最不优选的顺序存储。这些群体的规模从 1 个到几十个不等。
业务规则在瓶颈调度完成后应用，并且仅在解决冲突所必需的范围内应用（例如，如果 prepass 可以缩短到至少 5 分钟，但只需要缩短到 7 分钟来解决冲突，则将缩短 到 7 分钟）。有几种方法可以应用去冲突策略。用户可以选择将业务规则应用于单个任务或当前时间段内的所有冲突任务。对规则进行排序，首先尝试造成最少“损害”的规则。缩短任务的 prepass 通常是调度程序将采取的第一步，并且相当准确地预知什么是用户可以接受的让步，什么不是可以接受的让步。因为这种“缩短预准”是许多家庭首先尝试的商业规则之一。
下面列出的是 MIDAS 当前支持的单一业务规则冲突策略的示例。
• 如果（条件）至少为（minimum_duration）
o minimum_inter_family_duration = 如果从另一个系列中的区间操作数 (IRON) 转过来，则最短持续时间
o minimum_intra_family_duration = 如果从同一系列的 IRON 转身，最短持续时间
o minimum_ats_duration = 自动跟踪支持的最小转弯
o hard_minimum = 不会被违反的绝对最小值
o irons = IRONs 系列，此任务可能会出现负周转
• 将 NO(n) 限制放宽到 NO(m) 的最小值
• 连续n个支持的NO(n)个约束请求不应该在同一个站点 冗余设备
• 如果（primary_equipment）可用，移除（secondary_equipment）
o secondary_equipment = 1 种或多种设备类型
o primary_equipment = 1 种或多种设备类型
• 从 (source_stations) 到 (target_stations) 的切换任务具有最小块大小 (minimum_block) 和 (overlap_duration) 重叠
o source_stations = 任务前一部分允许的站点
o target_stations = 任务后续部分允许的站点
o minimum_block = 拆分后每个结果任务的最短持续时间
o overlap_duration = 先前和后续任务之间所需的重叠量
• 允许任务移动 (start_change) min 早于其请求窗口的开始 o start_change = 窗口开始前的最大分钟数
• 允许任务在其请求的窗口结束后移动 (end_change) 分钟
o end_change = 窗口结束后的最大分钟数
• 允许任务将 +/-（更改）分钟移出其请求的窗口
• 将任务持续时间缩短至 (minimum_duration) o minimum_duration = [ ### min OR ###% of original ]
• 通过推迟开始时间（maximum_start_change）来缩短任务持续时间 o maximum_start_change = 开始可以向前移动的分钟数
• 通过将结束时间 (maximum_end_change) 提前一点来缩短任务持续时间 o maximum_end_change = 末尾可以向后移动的分钟数。
当自动将业务规则应用于当前可见区域中的所有冲突任务时，而不是在继续执行下一个任务之前将所有业务规则应用于一个任务，我们使用迭代算法来避免当一个任务的低损害改变到另一个任务时造成高损害 任务可能已经解决了冲突。因此，该算法
• 遍历所有冲突的任务，首先应用最低损害的业务规则；然后
• 第二次遍历，应用第二低损害的业务规则，直到所有冲突都得到解决，或者直到我们对所有冲突任务尝试了所有规则。在某些情况下，多个业务规则需要应用于单个任务。单个业务规则可能不足以解决冲突，或者通过在较小程度上协同应用多个业务规则，我们可能能够获得比仅在更大程度上应用单个业务规则更理想的结果。
通常，通过将第一个规则应用到由业务规则定义的某个最大范围，应用第二个规则，然后放宽第一个规则，来组合两个业务规则。在实践中，不可能泛化用于组合任意两个业务规则的算法，只有某些组合才有意义。出于这个原因，我们确定了一组受支持的可管理的固定组合。通常在单独尝试每个组成规则后尝试组合规则。
一旦为每个家庭定义了业务规则，就可以以多种方式使用它们，并且已经开发了一个以多种方式使用它们的初始冲突消除过程。如前所述，第一步是应用瓶颈调度，通过在每个支持请求的参数内打乱调度来解决冲突。然后，下一步通常是通过将单个业务规则分别应用于每个任务来自动尝试解决冲突。接下来，将多个业务规则应用于每个任务和每个冲突的任务对以解决每个冲突，同时仍然放宽对尽可能少的任务的约束并为每个任务使用破坏性最小的规则组合。
即使遵循上述过程，通常仍会存在相当数量的冲突。对于难以解决的冲突，观察到人类调度员在采取行动之前“准备”一个位置以解决困难的冲突。例如，可能无法解决两个任务之间的冲突，因为尽管可以移动其中一个或两个任务（在其约束内或使用业务规则），但所有可能的目标位置都已满。在这种情况下，人工调度员通常会在这些可能的目标区域之一上工作，并移动那里的支持（在他们的约束范围内或使用业务规则），以便为最初难以解决的冲突中的一项任务腾出空间 . 因此，调度程序首先移动其他任务，然后将支持移动到他们创建的空洞中。这完全等同于以相反的顺序执行相同的操作——首先通过将其中一个任务移动到没有空间的新位置来解决原始冲突，然后解决创建的新冲突。
从这个角度来看，可以看到一种多米诺骨牌现象，通过创造另一个冲突然后解决它来解决一个冲突。换句话说，移动一个支撑会迫使另一个支撑移动。以上是对单层多米诺骨牌的描述，但任何数量的多米诺骨牌都是可能的，而达到两层、三层或四层多米诺骨牌是相当常见的。当使用多米诺骨牌方法时，新产生的冲突可能可以通过支撑约束允许的移动来解决，因此应该首先尝试这些。但通常情况下，解决后续冲突也需要使用业务规则。通常，使用深度设置为 2、3 或 4 的多米诺骨牌方法是自动消除冲突过程的最后一步。然后，如果还有任何剩余冲突，人工调度程序会解决它们。最后一个非常有用的功能被用户称为“自我修复”。有时应用业务规则的原因已经改变。例如，可能是为了解决冲突，冲突中涉及的支持之一被移到其参数允许的范围之外，因此调用了业务规则。如果后来由于其他原因删除或移动了原始冲突中涉及的其他支撑，使得移动的支撑可以移回到其原始参数内，那么这会自动发生。（即，如果应用业务规则的原因发生变化并且不再有效，则业务规则的影响将被逆转。）
自动采用业务规则的过程除了模仿人类消除冲突过程之外，还必须遵循人类注释过程，因为它旨在在当前工作流程中执行。这实现了两个功能。
1. 确认更改在出现在已发布的时间表之前已获得卫星运营中心 (SOC) 的批准。
2. 提供关于谁在正常参数之外进行了更改的审计跟踪。在业务规则的自动应用的情况下，软件做到了。
为大约 整个集合输入业务规则，并将其应用于几个不同的 24 小时计划的冲突消除任务。通常，每天需要安排大约 600 次支持。尽管存在相当大的差异，但大约一半的支持是在冲突中开始的。从这个约 50% 的冲突消除的起点开始，瓶颈调度通常解决了一半的冲突，剩下 25% 的冲突将由本文所述的业务规则消除冲突过程消除。
• 应用业务规则的单个实例解决了另外 10% 的问题，从而达到了大约 85% 的冲突排程。
• 应用多个业务规则（但没有多米诺骨牌）通常可以将其提高到 90%。
• 使用深度为 4 的多米诺骨牌方法使总数进一步上升到 97% 左右。
MIDAS 已被证明对其他分析很有用。例如，关闭两个站点有一个看似令人信服的成本节约案例。为了证明让它们保持开放是合理的，MIDAS 被用来快速安排上个月的请求价值，并显示这些关闭将导致的严重任务影响。
在真实或培训紧急情况下，MIDAS 可以更快地确定影响并创建新的优化计划。
更抽象地说，MIDAS 是一个令人印象深刻的应用程序，展示了我们如何在一个非常困难的领域中复制人类的思维过程。作为 MIDAS 工作的一部分而开发的许多智能调度算法已被整合回我们的商用 Aurora 智能调度工具中，波音、辉瑞、通用动力电船、纽约大学和其他公司都在使用该工具。例如，NASA KSC 利用 Aurora 提高太空飞行器的调度和处理效率；从多年项目到最终启动。
在 MIDAS 之前，消除冲突只能与在 AFSCN 工作的专家一样快和好。卫星控制网络调度主要包括解决相互竞争的支持请求（以及维护等其他任务）之间的争议。大约一半的冲突可以通过在请求提供的约束范围内改组请求的支持来解决。另一半要求在一定程度上放宽限制。使用参数化业务规则的表示、卫星系列以及每个系列的规则和参数的偏好列表允许 MIDAS 软件自动解决大部分剩余冲突。这大大节省了消除冲突所需的劳动力，并允许更准确地研究未来的负载（和相关的所需资源）以及更准确地响应与故障资源和所需紧急支持的影响相关的假设问题。
三十多年来，数十家组织致力于解决这个具体问题，空军此前也投入了数千万美元来开发各种解决方案，但所有这些都被认为在操作上是不可接受的（主要是因为放宽规则从未被实施过） 之前引出）。MIDAS 解决了这个问题，同时证明消除 24 小时时间表冲突所需的时间缩短了 20 倍；同时现在允许在紧急情况下快速重新安排时间，并在使结果可用的时间范围内评估多种情景。
美太空军正在采取一系列行动来应对SCN能力挑战，也在解决SCN过时的问题，并通过两个持续保障项目来替换现有SCN天线系统中的老化部件。SCN生命周期保障计划（LCSP）指导该系统的长期保障策略，但自2017年发布以来并未进行更新，不能适应SCN和美太空军组织结构的变化，因而需要进行更新。
美太空军已经采取了一系列工作在短期内降低了SCN的利用率，并有望降低未来利用率的增加。这些工作包括：
缩短卫星预通过（pre-pass）时间：据美太空军称，它正试图通过缩短与卫星建立联系所需时间（称为预通过时间）来返回SCN容量。预通过时间是在与卫星联系之前分配的时间，确保地面站和卫星之间的一切配置正确。目前分配给SCN用户的标准预通过时间是10分钟。据估计，将分配的预通过时间减少到5分钟将每月节省大约12天的SCN容量，而将预通过时间减少到2分钟将节省大约27天。
消除非关键联络：美太空军要求卫星用户减少非关键联络，并在可能情况下将联络转移到自己的天线，以减少对SCN的使用。在新冠肺炎疫情期间，SCN用户减少了与卫星的联系。结果，SCN的利用率暂时下降到40%。根据SCN操作人员称，这表明在SCN上发生了许多非关键联系。为了保持这种较低的利用率，美太空军要求SCN用户，如GPS和天基红外系统（SBIR）用户，将联系请求数量减少到工作必需数量，并消除SCN上的非关键联系。这些缩减非关键联系的工作将节省大约12%的SCN容量。美太空军官员还指出，他们已经要求用户通过他们自己的专用任务系统（如果有这样的系统）联系卫星，以释放额外的SCN容量。例如，据第10太空作战中队称，他们已经就SCN容量挑战与美太空军进行了沟通，并被建议通过将SCN上的一些联系转移到他们自己的天线并切断SCN上的非关键任务支持来减少这些挑战。
管理SCN天线之间的联系：美太空军还在各天线之间管理与卫星的联系，以减少冲突。例如，SCN运营人员引导SCN用户不要为其联系请求特定的天线，以便美太空军可以利用所有可用资源来满足所需要的联系。这有助于他们在网络中更均匀分配卫星联系。
修订联络优先级矩阵：美太空司令部与太空军最近联合修订了优先级矩阵，以明确SCN资产的优先级，并帮助管理SCN联络。当SCN上发生冲突时，该矩阵帮助太空司令部在特定时间和地点将资源分配给具有最高优先级的SCN用户。据美国家侦察局称，美太空司令部修改了优先级矩阵，以应对更新的国家安全优先级。SCN运行人员、任务合作伙伴以及美太空军内外用户参与了与太空军关于该矩阵修订的讨论，美太空司令部对优先顺序做出最终决定。
2 美太空军应对已确定的SCN持续保障挑战所做的工作
虽然美太空军正在进行多种工作来保障SCN，但这些工作由于系统的老化而变得复杂。据SCN保障官员称，该计划经常缺乏可用部件，并且维护该老化系统的成本也在增加。这些官员还表示，在某些情况下，美太空军不得不付钱给制造商建立一条生产线，为过时的SCN设备生产替换零件。
陈旧的基础设施也加剧了运营和保障方面的挑战。例如，美施里弗太空军基地（SCN的主要控制中心）的电力基础设施需要现代化，以满足当前和未来需求。总体而言，美空军和太空军从2015财年到2021财年为SCN的运营和维护支付4.918亿美元。在此期间，SCN运营和维护成本的增加也部分归因于通货膨胀、新冠肺炎疫情以及与SCN保障项目相关的各种成本。
美太空军持续保障SCN的主要工具是一项整合了修改、维护和运营工作的合同。美国空军在2016年授出了这份综合保障工作合同，合同执行期长达8年。各承包商负责完整综合的SCN运行、组织和基地级维护、后勤管理和持续保障工程。然而，目前的综合保障合同没有为SCN提供足够的维护。2022年9月，美太空军正准备根据另一份合同提供未来保障服务。
美太空军的SCN持续保障办公室也在管理两项工作，以改进现有SCN天线和相关设备，解决系统过时问题。第一项工作是远程跟踪站组变更项目（remote tracking station block change project）。这项工作始于21世纪初，旨在更新SCN网络地面控制计算机和天线上的现有电子器件，其中大部分器件自20世纪80年代就已安装到位。该项目包括：
改进现有天线中与卫星运行中心通信并为SCN提供TT&C能力的电子核心
改进容纳更新电子核心并作为SCN人机接口点的地面站。
该项目包括安装自动TT&C能力，取代旧系统提供的半自动TT&C。该项目中每部天线的升级需要18到24个月的时间暂时将其从SCN中移除。该项目根据天线的地理位置以及有多少其他天线已经在进行改进来选择要升级的天线。必须在任意给定时间保持至少13部天线运行，以确保满足SCN用户需求。截至2022年5月，所有SCN天线的电子核心已经完成改进，19部天线中的7部已经接收了改进的地面站。截至2022年12月，两个地面站的改进工作正在进行中。
2022年夏天，美太空军启动了第二个现代化项目，取代已安装的现已过时的电子核心。该项目被称为模块化过渡远程跟踪站，将包括替换调制解调器、跟踪接收机和高功率放大器。该现代化工作还将通过软件虚拟化，使SCN运营人员能够灵活地用一套电子设备与多部天线通信，而SCN目前只能实现用一套电子设备与一部天线通信。该现代化工作还将使运营人员能更容易与美太空军目前正在开发的长期项目接口。此现代化工作包含固定和移动天线。如果固定天线损坏，可将移动天线部署到SCN站点，以保持运行连续性。美太空军计划在SCN网络中部署11个过渡跟踪站，包括7个部署在现有SCN位置的固定型跟踪站和4个移动型跟踪站。
模块化过渡型远程跟踪站还将解决其他常见保障和运行问题，并朝着所有地面站采用共同基线发展，以便易于未来保障管理。虽然天线体积将保持不变，但天线相关核心电子设备将会减少。例如，该现代化工作将允许SCN计划通过减少调制解调器、解码器和数据处理器数量，将电子设备体积减少约80%。旧硬件的移除也使美太空军可减少需要采购和储存的备件数量。需要供电设备的减少还可降低发热和电力成本。此外，从旧硬件到虚拟环境的迁移旨在改善SCN运行并减少维护工作。此项现代化工作将通过减少20%~25%的计划内和计划外维护时间，在SCN上提供更多可用容量。
美太空军正在采购两种版本的过渡跟踪站。2022年1月，美太空军修改了与其他太空控制系统相关的现有合同，优先采购移动型过渡跟踪站。美太空军表示，将在印度洋中的迪戈加西亚岛部署第一个移动站——这是SCN支持发射的一个关键地点——以取代目前存在问题且不稳定的系统。美太空军在2022年6月授出了第一个固定式模块化过渡型远程跟踪系统合同，打算将其部署在位于英国奥克汉格的地面站。
美太空军的生命周期保障计划（LCSP）于2017年9月发布，用于指导SCN的管理和实施，目前尚未更新以应对最近的计划变化。LCSP包括从SCN建立到处置的所有操作。2017版LCSP包括维护和保障SCN系统的关键信息，并提出了SCN长期保障战略。这包括关于保障成本和风险、综合保障合同、SCN系统集成和处置计划信息。LCSP还包含关于SCN管理和SCN性能测量信息。
然而，自2017年LCSP发布以来，SCN项目在保障方面发生了重大变化，但这些变化并未反映在计划中。
美太空军已经启动了新的SCN升级，这不包括在当前的LCSP中。例如，目前的LCSP不包括SCN网络模块化过渡型远程跟踪站升级的保障规划。此外，美太空军最近启动了多项采购和其他开发工作，这些工作计划从太空军的其他部门转移到SCN保障办公室，2017版LCSP也不包括这些工作。
作为一个独立军种，美太空军经历了重大的组织变化，但这些变化并未包含在当前LCSP中。LCSP最近一次更新还是在SCN尚由美空军管辖时。因此，许多被授权负责保障SCN的组织都被列在美空军之下。
根据规定了美国防部系统有效生命周期管理程序的国防部指令5000.91和2017版LCSP，LCSP文件应每5年更新一次，或当系统的产品支持策略发生变化时更新。该指令规定，LCSP应包含以下信息：确定负责保障计划的个体的方法，实现支持性和保障要求的行动，评估与LCSP合规性的指标，预测分析和建模工具，以提高物资可用性和可靠性，降低运营和保障成本。
据SCN保障官员称，他们目前正在更新LCSP。这些更新将包括关于SCN可靠性、可维护性和可用性的新指标信息、更新的保障风险管理流程、关于SCN保障费用的新信息，以及美太空军进行的维持和现代化工作的解析。美太空军最初估计LCSP将于2022年秋季完成；但截至2023年1月，LCSP尚未完成。
为了满足SCN的未来需求，美太空军正在管理多项采办工作，旨在利用联邦和商业能力，实现SCN天线和调度系统的现代化。美太空军选择进行多次采购，而不是一次性采购，以提高能力和效率，使冗余选项多样化，并降低长期维持成本。美太空军正在对这些工作进行整合。
1 美太空军正在管理采办工作，使用非国防部天线增加SCN容量
为了满足SCN的未来需求，美太空军正在管理两项采办工作，将使用非国防部天线提供额外的联系能力。除了增加容量，这两项工作都有可能通过天线网络多样化为SCN提供额外的长期韧性。
FAS是一项从现有美国政府天线获取容量以增强SCN容量的工作，计划将美国其他机构的天线综合用于SCN。作为这项工作的一部分，美太空军与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）签订了跨机构协议，以利用NOAA天线。选用NOAA天线主要是因为其可用的过剩容量。根据FAS采购策略，美太空军目前计划升级和使用五部NOAA天线，以增加与五个卫星系统的联系。目前SCN用户的更多卫星联络未来将转移到FAS。然而，有官员也表示，NOAA天线将不足以解决对SCN的更高需求。
将NOAA的天线用于FAS需要一些升级。美太空军和NOAA计划升级NOAA天线，使它们能够在SCN带宽上进行通信，并替换过时的部件来增强通信。根据美太空军预算，为太空军升级全部五部NOAA天线的总成本估计为1660万美元。美太空军官员表示，使用NOAA的天线还需要考虑FAS站点附近使用相同频率的商业宽带操作带来的潜在干扰。这种干扰可能会中断FAS与卫星的联系。该项目正在为尚不存在FAS天线制定专用频谱带宽政策，防止商业实体在FAS运行地区使用相同的带宽，并避免中断。
一旦完成必要的升级，SCN预计将在2024财年结束前开始使用NOAA天线。当NOAA的所有五部天线都被使用时，总共可实现77到136个日常联络，即SCN容量的17%到30%可以提供给其他用户。但预计FAS的运营成本将高于目前的SCN。美太空军官员确定，FAS可将SCN当前的日常联络工作减少30%，值得升级和运行。
CAS是从商业天线获取容量以增强SCN。美空军在2014年根据一份小型企业创新研究合同启动了CAS工作，之后又利用了多个类似合同。一旦实施，CAS可以实现额外的与卫星通信位置，为无法用现有SCN天线联系卫星的地区增加联络机会。但这项工作需要满足网络安全要求，才能使SCN支持的卫星使用商业天线。目前，没有SCN支持的卫星使用CAS。
目前，美太空军计划建立一个独立于SCN的网络，使SCN用户也能访问商用天线。这个新网络也将使用一个单独的调度系统，但可能会将CAS集成到未来的SCN调度系统中。此外，美太空军已经建立了一个CAS控制中心，与施里弗太空军基地的运行中心进行通信。可分流到CAS的SCN容量取决于有多少用户和商业提供商满足网络安全要求，以及能够在与SCN相同的频谱带宽上运行的商业提供商的数量。
网络安全：2022年4月，CAS获得了在施里弗太空军基地的太空作战中心和CAS控制中心之间运行两年的授权。各SCN用户需要获得个人网络安全批准才能与CAS连接。2022年美太空军年度力量评估确定了利用商业源传输SCN数据是一个持续的安全问题。这一过程还需要获得商业天线运营商的认证。
兼容带宽：2022年，兰德公司的一项研究发现，大多数商业提供商进行传输使用的带宽与SCN不同，因为商业卫星运营商不使用该频率。到目前为止，美太空军为CAS确定了至少三家商业供应商，其中共有五部天线与SCN带宽兼容。
2 美太空军正在采取措施提高其现有地面站容量并增强其自动化能力
为了满足SCN未来发展需求，美太空军正在采购新的天线以提高联系能力，并采购两个新的调度系统以维护现有的调度操作，然后使其自动化。
SCAR是一项采购相控阵天线以显著提高SCN容量的工作。每部SCAR天线将能同时与18到20颗不同的卫星联系，而不是像目前的SCN抛物面天线那样一次联系一颗卫星。预计SCAR的维护和操作成本将比目前配置更便宜，因为相控阵系统没有运动部件。预计，运行SCAR的成本将大大低于目前的SCN天线。美太空军表示，计划在未来9年内开发、采购和部署12部相控阵天线。第一部原型天线的开发和交付以成本加固定费用为基础，而其余天线预计将在固定价格的基础上采购。
美太空军正在为SCN采购两个调度系统，一个用于替换使用寿命即将结束的当前系统，另一个是基于云的系统，旨在提供更多的自动化调度能力，并与连接SCN网络的任何天线集成。现有的调度系统使用的硬件将在2024年1月达到其使用寿命期限。美空军卫星控制网络调度工具（AST）预计在短期内取代现有系统。这种调度工具预计将通过提供有限自动化调度能力和消除SCN卫星联络请求冲突来更有效运行，需要的调度人员数量与当前系统类似。此调度系统也将调度采用FAS的联络。美太空军计划在当前调度系统的预期寿命于2024年1月结束之前，将AST连接到所有太空军SCN用户。其他SCN用户，包括NOAA，正与美国国防部合作通过FAS支持SCN，将于2024年2月连接。但AST正面临延迟。相关项目文件显示，AST估计将在2023年9月的时间限后延期5个月交付。
美太空军正在开发一种针对长期目标的新型调度系统，该系统称为企业资源管理（ERM），并希望它能够消除人工操作。ERM旨在对所有连接到SCN网络的天线进行调度。预计ERM将使SCN能够通过自动配置天线和网络资源来动态响应实时条件和威胁，同时还允许网络安全升级。除了调度和自动化，ERM还旨在取代太空军现有收集和处理SCN联络指标的数据系统，为保障决策和满足未来需求提供信息。
截至2022年12月，美太空军尚未授出ERM合同或其他交易协议，正在最终确定ERM需求并制定采购策略。美太空军预计ERM将于2028财年交付。SCN是美太空军太空资产控制系统的重要组成部分，但随着美国防部和其他机构发射的依赖该网络的卫星系统越来越多，它正面临着过时的挑战和潜在能力缺口。美太空军正在做出一系列工作来解决目前SCN面临的挑战，并整合多种采办工作，提高SCN能力，以满足美国防部需求。美太空军正在更新生命周期保障计划（LCSP），规划和管理SCN保障工作，但目前尚不清楚升级后的LCSP将于何时实施。美国太空军也无充分的信息适当规划未来SCN保障工作。
[1] Stottler, Dick and K. Mahan, “Automatic, Rapid Replanning of Satellite Operations for Space Situational Awareness (SSA),” presented at the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, 2015.
[2] Stottler, R., Mahan, K., and Jensen, R., “Bottleneck Avoidance Techniques for Automated Satellite Communication Scheduling,” Proceedings of the Infotech@Aerospace 2011 Conference, Vol.1, AIAA, Reston, VA, 2011.
原文始发于微信公众号（太空安全）：AFSCN针对卫星控制网络智能化冲突与调度解决方案MIDAS
