过去几十年间，美国空军的军用卫星系统都处于世界领先地位，但是在国防预算紧缩的背景下，平均花费数十亿美元、历时多年的军用卫星发展模式也受到了国内反对派的置疑，要求美国空军对空间项目进行调整改革。尽管面临各种压力，2015年4月23日，美国空军还是在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射了全球卫星定位系统12颗新型卫星中第九颗“GPSIIF－9”卫星，这颗迄今最先进的全球定位系统卫星具备更强大、更准确的导航能力，标志着美国空军的空间战略改革进入了实质阶段。
DSP卫星主要用于导弹预警
国防支援计划（DSP）为美军奉献了多颗卫星。DSP预警系统卫星属于地球静止轨道卫星（GEO），用红外传感器检测导弹和助推羽流的热量，可为美国国家指挥机构和作战司令部提供导弹发射和核爆炸的早期监测和预警探测，并将数据传送给美军作战部队使用。由于DSP卫星每10秒钟就可以扫描一次整个地球表面，对火山喷发、森林大火等自然灾害有很强的监测和预警能力，因此DSP的红外传感器也可以作为民用预警系统使用。目前，航空航天公司已经把DSP用于公共安全危害援助系统（HSS）。
1970年11月，美国空军用“大力神－IIIC”火箭发射了第一颗DSP预警系统卫星，之后30多年时间内共发射了20颗，进行了5次重大的技术革新。1991年海湾战争期间，DSP卫星探测到伊拉克“飞毛腿”导弹发射，及时向联军、以色列和沙特阿拉伯的居民提供了几分钟的警报，美军空中导弹防御部队发射“爱国者”导弹击落了多枚“飞毛腿”导弹。2007年11月，在人类发射人造卫星50周年之际，美国空军使用德尔塔－Ⅳ火箭发射了最后一颗DSP系列导弹预警卫星DSP－23。早在1995年，美国空军就开始寻找DSP的接班人，研发了战区进攻与发射预警系统（ALERT），用来向美国和盟军提供近程弹道导弹进攻的高质量预警信息。
最终，洛克希德·马丁公司的天基红外预警系统（SBIRS）成为DSP预警系统卫星的取代者，其由大型专业地球静止轨道人造卫星和其他轨道的卫星系统组成。2011年中期，美国发射了第一颗SBIRS卫星，该星呈球型，重5600磅，装有宽视野红外扫描探测器和窄视野多色凝视探测器，具备数字信号处理能力，和DSP卫星相比，能够为导弹发射探测和拦截目标定位提供更精确的制导数据。但是由于系统本身存在诸多问题，研发经费成倍激增，这颗卫星比预计发射时间推迟9年。2012年，天基红外预警系统预算经费大幅增加，美国政府责任署（GAO）最近的一份报告指出，虽然每颗卫星的研发经费有所缩减，但是技术研发和软件合成的费用相加也达到了30亿美元，以保证到2025年SBIRS系统的所有卫星都能投入运转。
GPS III卫星2015年首次发射
GPS卫星系统目前由31颗轨道卫星组成，提供定位、导航、授时数据，特别适合为空中武器系统精确制导。目前，美国空军的GPS信号已经实现了军民通用。到2012年6月，美国2颗Block IIA卫星已经服役了20年，由于这种4000磅的卫星相当昂贵，所以空军只购买了2颗。
2010年5月，美军发射了GPS IIF的第1颗卫星，比计划推迟了4年。2011年7月发射了第2颗，2012年10月发射了第3颗，第9颗已于2015年发射。GPS IIF 卫星虽然比上一代的定位精度提高了2倍，地面接收机的精确度已经小于3米，但是仍存在许多问题：GPS IIF－1卫星遇到天线样式和发射机构等问题，GPS IIF－2的导航铯原子钟也存在技术问题。由于合同商在GPS IIF卫星的建造过程中缺少专业技术和项目监管，存在太多技术问题，项目成本增加了一倍，从原来的7.29亿美元激增至17亿美元。
美国空军近几年一直在推进GPSIIF的下一代卫星GPS III卫星的研发进程，计划采购32颗GPS III卫星，并要求在2015年发射首颗卫星，随之进行重要的技术改造。美国空军空间司令部指挥官威廉·L·谢尔顿将军希望GPS III计划成为执行项目成本和研发计划的“典范”，空军提出精确的需求，承包商使用成熟的技术和研发的监管，使GPS III建设步入正轨，确保上一代GPS卫星退役后不发生断代。但是由于导航有效负载数据的设计和技术问题，GPS III首颗卫星SV 01的组件集成在2015年5月刚刚完成，发射时间被迫推迟到2016年，交付给美国空军的时间也相应推迟。
“军事星”的后继者AEHF
美国空军的军事战略战术与中继卫星系统（军事星）由5颗卫星组成，冷战时期负责核战争条件下的三军保密通信，传送美国的核指令，目前的应用重点由应付核战争的战略通信转变为常规战术通信。“军事星”每颗重10000磅，加载了核防护措施，在核战争环境下也能正常工作。“军事星Ⅱ”通信频率选用EHF极高频毫米波段，采用自适应调零天线技术、星上再生处理技术和扩频、跳频技术，抗干扰能力超强。
由于超高的技术需求，目前“军事星”还存在许多问题。美国空军原计划采用转型通信卫星（TSAT）取代“军事星”，但是花费了数10亿美元之后，TSAT仍在研制阶段。之后，美国空军计划用“先进极高频（AEHF）”卫星取代“军事星”。2010年8月，美国空军和洛克希德·马丁公司组成的联合团队成功将“军事星”卫星地面控制系统转换成先进极高频卫星任务，并签订了6颗AEHF卫星的研制合同。
2010年8月，美国使用“宇宙神－5”火箭成功发射首颗AEHF卫星，第3颗卫星于2013年9月发射，美军军用通信卫星更新换代迈出关键一步，目前已有3颗卫星在轨，剩余3颗正在生产中。AEHF卫星重14000磅，在“军事星”基础上进行了诸多改进，可以担负战略通信和士兵在战场上的战术通信任务，也可以用于核战争环境下。该星使用新型相控阵天线、先进的集成电路、更有效的波形以及崭新的天基推进器，使得噪音管理更加清晰，作战效能提高了10倍，并可以与“军事星”兼容，支持机载、舰载、车载和便携式多种终端，可为6000个终端和4000个网络提供服务。
但是，AEHF卫星研发也存在一些问题，比如首颗卫星发射比原定计划推迟了4年，发射成本也比原计划的50亿美元增加了10亿美元，而且由于推进系统故障，AEHF卫星发射后用了1年时间才进入最终轨道。这些问题都需要洛·马公司在研制AEHF-5和AEHF-6时加以解决，比如要努力降低美国空军的发射风险，未来两颗卫星的研发成本也需要进一步降低。
WGS卫星支援军事通信
国防通信卫星系统（DSCS）是美军全球军事通信的骨干卫星，用于重要军事终端与国家指挥机关间的声音、数据、数字和电视传输，为大容量固定用户提供超高频音频和高数据率保密通信。第1颗DSCSⅢ卫星于1982年入轨，2003年发射了最后一颗，目前有8颗DSCS卫星仍在地球静止轨道运行，但是都已经达到了服役寿命。
美国空军计划用宽频全球卫星通信系统（WGS）填补DSCSⅢ和其他研发中的更先进卫星之间的空白，在未来几十年内承担美军的通信任务。WGS卫星由加利福尼亚州艾尔斯贡杜的波音卫星制造公司研制，每颗重7600磅，与国防通信卫星的数据容量相同，目前已经有4颗在轨，未来将形成10颗在轨的卫星系统，是空军未来主要的通信卫星系统。
WGS卫星可转发Ka波段和X波段频率信号，通信容量是DSCS卫星系统的10倍，在轨运行的3颗WGS卫星即可处理五角大楼90%的宽带需求。WGS卫星还具备“交叉频段”能力，能够以一种频率接收数据，以另一种频率发布数据，支持更多的终端类型用户。2012年1月，美国空军发射了WGS－4卫星， 2015年7月24日，美国空军利用“德尔塔”-4火箭成功发射了第7颗WGS－7卫星。WGS－7卫星由波音公司制造，发射造价4.45亿美元，是目前最先进的一颗军用宽频通讯卫星。
美国国防部太空暨任务系统中心（SMC）军用通讯卫星主任罗伯特·塔尔顿表示，美国国防部预计在2018年之前再发射3颗WGS卫星，这10颗全球军用宽频卫星可让在世界各地的美国士兵、飞行员和海陆人员，随时能做点对点或多对多的无缝接轨通讯。WGS星座的10颗卫星实现全球覆盖，可以同时支援X及Ka波段的频率，还可以无缝的跨越和连结这些频宽，除了可以提供军用战术通讯及支援多项军事行动之外，还可以在必要时协助国际人道救援任务。
命运多舛的军用气象卫星
国防气象卫星计划（DMSP）从1962年开始为军方提供气象数据，由于没有合适的继任型号，美军决定继续使用至2020年。2009年10月，洛克希德·马丁公司发射的F－18 Block 5D－3卫星是DMSP的第7代型号，用于战略和战术气象预报，以援助美军在海、路、空制定作战计划，尖端传感器套件可对可见光和红外云层进行成像，每6小时可提供一次全球卫星云图。DMSP还能测量降雨、地表温度、土壤湿度，可以全天候收集专业的全球气象学、海洋学、太阳－地球物理学信息，具有强大的星载计算机增强型存储和航天器自动化能力。美国空军共计发射了50颗DMSP卫星，大部分已经超过了服役年限，目前在轨的有2颗极地轨道的DMSP卫星以及4颗备用卫星，另外还有2颗在轨储备卫星，用于在未来几年替换服役期满的DMSP卫星。
1994年，克林顿政府要求美国空军与诺·格宇航系统公司共同开发“国家极轨环境卫星系统”（NPOESS），该系统由红外天气预报传感器和交叉跟踪红外探测器等传感器系统组成，红外光谱信息通道有1000个，具有极高的水平空间分辨率，温度分布测量精度达到近1K，用来满足军用和民用气象预报需要。但是在经历了16年时间并花费了数百亿美元之后，白宫在2011财年中止了这项计划。
NPOESS失败之后，2010年6月，空军向国会提交了DWSS气象卫星系统的初步要点：DWSS系统计划使用诺·格宇航系统公司建造的卫星平台，携带可见光成像仪辐射组件、太空环境监视传感器和微波传感器等10台气象与气候仪器，预计在2018年发射。2012年1月，美国空军宣布结束国防气象卫星系统（DWSS）的研发工作，该项目从立项到取消仅持续1年时间。
军用卫星发射改革前景
目前，美国空军的卫星系统建设既有强大的通信能力，又或多或少存在一些问题。谢尔顿在一次演讲中提到，美军以往的卫星研发要求一颗卫星具备所有功能，设计寿命也过长，造成了研发成本的浪费。从安全角度考虑，在轨卫星越多，受到攻击的可能性就越小，因为对手很难将其全部击毁。新型采购模式能够缩减预算，使空军选择性地采购先进系统，在美军轨道航天器面临的威胁持续增加的背景下，低成本系统也能间接提高安全系数。未来的军用卫星将大量运用一箭多星技术，并向小型化、多样化方向发展，通过降低发射载荷控制卫星研发和推进系统成本。天基空间监视卫星（SBSS）等大型卫星将从美军退役，DMSP气象卫星、导弹预警卫星也将向小型化发展。但是并非所有的卫星都要小型化，地球静止轨道还将以大型卫星为主。美国空军空间司令部指挥官威廉·L·谢尔顿将军在科罗拉多州斯普林斯市举行的国家空间研讨会上表示，美军下一代军用卫星将具备小型化、简易化的特征，商用宇宙飞船也将为美军运送军用载荷，成为20世纪50年代空军发射人造卫星以来最大的一次变革。
美国空军空间与导弹系统中心（SMC）主任埃伦·M·帕夫利克夫斯基中将支持谢尔顿的观点，认为美军应当运用全新的空间任务模式，提高项目研发的灵活性和经济性。美国空军正在寻求“共享搭载”的发射模式，使用民用运载火箭为军方发射载荷，商用卫星也要通过高技术手段嵌入军事功能。2011年9月，美国空军在商业红外传感器（CHIRP）上开始了首次尝试，在阿里亚娜火箭发射的SES卫星公司的商用卫星上加装了红外导弹预警系统。CHIRP研发时间仅为39个月，创造了美军相关研发的速度纪录，虽然还处于实验阶段，但是却预示着未来发展方向。“共享搭载”的概念适用于导弹预警、气象预报、空间报知和多种通信卫星，是未来空军卫星体系的重要组成部分。
本文摘编自《军事文摘》 2017年1月刊 责任编辑：张传良
