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        美國太空對抗作戰(zhàn)概念與裝備技術進展分析

        2019-06-18 06:58:38天鷹
        國際太空 2019年5期
        關鍵詞:天基太空軌道

        美國認為,太空與陸、海、空一樣,都是軍事作戰(zhàn)可利用的媒介。特朗普上臺后,著眼大國戰(zhàn)略競爭進行全面調整,在太空領域亦瞄準高端對手和應對未來太空沖突積極調整。2017年底發(fā)布新版《國家安全戰(zhàn)略》,強調“不受阻礙地進入太空和在太空自由行動是美國核心利益”,美國“必須保持太空領域的領導力和行動自由”。2018年1月發(fā)布新版《國防戰(zhàn)略》,首次在國家級戰(zhàn)略文件中明確“太空是一個作戰(zhàn)域”,指出“必須確保太空力量能夠在對抗、惡化和行動受限(COD)環(huán)境下作戰(zhàn)、制勝”。修訂發(fā)布新版聯(lián)合出版物3-14《太空作戰(zhàn)》條令和空軍3-14《太空對抗作戰(zhàn)》條令附件,首次設劃太空作戰(zhàn)責任區(qū),進一步明晰太空作戰(zhàn)職責和任務,明確太空作戰(zhàn)支援和受援關系,理順太空作戰(zhàn)機制流程。在裝備技術領域,美軍大幅增加投入,推動相關裝備發(fā)展和升級,并積極探索可能“改變游戲規(guī)則”的顛覆性太空對抗技術和新概念裝備,試圖進一步拉大與其他國家在太空攻防技術領域的差距,鞏固其優(yōu)勢地位,搶占未來戰(zhàn)爭制高點。美軍在太空對抗領域的最新動向應引起高度關注。

        1 太空對抗概念簡析

        美軍太空對抗概念隨形勢演變、認知發(fā)展而變化。美軍表達這一概念的術語主要有“太空控制”和“太空對抗”。在概念范疇上,“太空控制”概念以2013年版聯(lián)合出版物3-14《太空作戰(zhàn)》條令的發(fā)布為標志,正式將太空態(tài)勢感知從中剝離,核心內涵與“太空對抗”調整為一致,即都包括進攻性對抗和防御性對抗。

        以下以美軍2018年最新修訂的聯(lián)合出版物3-14《太空作戰(zhàn)》條令和空軍3-14《太空對抗作戰(zhàn)》條令附件中的相關定義為主要依據(jù),介紹美軍當前對太空對抗概念的理解和界定。

        太空對抗是一項作戰(zhàn)任務,旨在獲取和維持對太空、從太空和過太空的控制權。太空對抗作戰(zhàn)涵蓋在所有作戰(zhàn)域(天空、太空、陸地、海洋和網絡空間)的戰(zhàn)術、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略層面的行動,并依賴于強健的太空態(tài)勢感知和及時的指揮控制能力。太空對抗包括進攻性太空對抗和防御性太空對抗。

        1)進攻性太空對抗作戰(zhàn)涉及遂行太空拒止(negation)任務的各種進攻性作戰(zhàn)行動,其中太空拒止包括欺騙、阻擾、阻斷、降級、摧毀敵方的太空系統(tǒng)或服務等。進攻性太空對抗行動以敵方的太空能力(包括太空段、鏈路段和地面段,或由第三方提供的太空服務)和部隊為目標,可以運用可逆和/或非可逆手段。進攻性太空對抗行動可以在對手對友方實施攻擊前對其太空對抗能力進行打擊。

        2)防御性太空對抗作戰(zhàn)涉及保護友方太空能力(包括太空段、鏈路段和地面段)免受攻擊、干擾或無意危害的各種主動和被動措施。防御性太空對抗行動包括為保護和維持友方太空能力而在敵方實施攻擊之前、之中和之后采取作戰(zhàn)行動。防御性太空對抗行動包括對敵方惡意行為或可證實的惡意意圖的回應。防御性太空對抗作戰(zhàn)還通過演示相關能力降低對手對美國和盟國太空系統(tǒng)發(fā)動惡意攻擊的預期效果,為太空威懾提供支撐。如果威懾失敗,則通過組合實施主動和被動防御,確保美國和友方太空能力免受敵方攻擊,進而保持太空優(yōu)勢。主動太空防御由拒止或減緩對友方太空部隊、資產和能力威脅效果的直接行動構成;被動太空防御通過分層防御提升太空系統(tǒng)生存能力,以確保其在受到攻擊時和攻擊后能繼續(xù)運行。

        美軍太空對抗作戰(zhàn)能力要素、目標與手段

        根據(jù)上述定義,結合美軍政策、條令、白皮書等相關文件描述和近期發(fā)展動向,初步分析美軍太空對抗作戰(zhàn)的能力要素、目標與手段。

        2 發(fā)展路線

        太空進攻“廣泛探索,多研少產”

        美軍已接受太空成為戰(zhàn)場,太空進攻理念更加注重實戰(zhàn)可用。鑒于當前太空作戰(zhàn)理論尚未發(fā)展成熟,人類歷史上也未發(fā)生過大規(guī)模太空沖突和戰(zhàn)爭,美軍未來太空進攻裝備技術發(fā)展路線相較于天基偵察、通信等成熟領域,總體上采取“廣泛探索、多研少產”模式。美軍計劃未來5年在太空對抗領域投入約120億美元,其中包括高度機密的太空進攻項目,大部分投入集中在技術成熟度為2~6,即基礎技術應用、先進部件和樣機研發(fā)、系統(tǒng)研制和在軌演示驗證,通過前期大量廣泛的概念研究—技術研發(fā)—演示驗證方式,進行技術驗證和積累,必要時快速裝備形成能力。

        考慮到硬殺傷手段對太空環(huán)境的危害及可能導致的政治影響,這類系統(tǒng)更適合作為威懾,難以滿足未來太空實戰(zhàn)需求。為此,美軍重點發(fā)展軟殺傷和可逆殺傷技術,同時注重作戰(zhàn)手段的多樣化和隱蔽性,著力提升可用于真實對抗環(huán)境的、提供多樣化手段和效果的靈活太空對抗作戰(zhàn)能力;另一方面,大力創(chuàng)新作戰(zhàn)模式,研究新概念和顛覆性技術。

        太空防御“體系防御,主被結合”

        美軍經過深入思考和研究探索,已將構建彈性靈活高效的天基系統(tǒng)作為確保對抗環(huán)境下實戰(zhàn)能力的主要途徑,大力推行彈性太空體系建設,提升天基系統(tǒng)體系防御能力。彈性太空體系的基本思路是在美國防部航天任務保證要求下,天上功能分解、節(jié)點分散、多星冗余,地上統(tǒng)一運管、綜合運用、信息聚合,改變傳統(tǒng)單一大衛(wèi)星“將所有雞蛋放在一個籃子里”的模式,增加潛在對手選取太空攻擊目標的難度,降低實施攻擊的效果,提升太空攻擊的代價,增強太空系統(tǒng)的抗毀性。美軍正在瞄準2015-2040年開展彈性太空體系架構設計。

        太空系統(tǒng)根據(jù)遂行任務的重要程度分等級確定安全要求:一級為必須存活可用,在各種烈度的沖突以及沖突的各個階段都能長期持續(xù)地存活和可用;二級為容忍部分受損并能夠快速重構,在各種烈度的沖突和沖突的各個階段都能存活,但可以容忍數(shù)量或質量下降、服務時間和空間受限,能夠以戰(zhàn)術時間要求重構;三級為容忍損失、以后按需重構,在高烈度的沖突中可以容忍損失,能夠基于后方梯隊和國土安全需求重構。美軍將國家指揮系統(tǒng)和核力量體系中的關鍵衛(wèi)星系統(tǒng)設定為一級太空任務保證系統(tǒng),即高軌導彈預警系統(tǒng)和防護衛(wèi)星通信系統(tǒng)。其他衛(wèi)星系統(tǒng)將依據(jù)其對軍事作戰(zhàn)的重要程度,劃分為二級或三級太空任務保證系統(tǒng)。

        另一方面,相比于以往著重航天器被動防護,目前美軍提升對主動防御的重視和研發(fā)投入支持力度。自2015年開始,美軍把已開展10余年的“太空防護”項目更名為“太空安全與防御項目”,增加主動防御之意,在項目設置上也增加主動防御相關內容。

        3 裝備技術最新進展

        啟動“天基彈道導彈攔截層”計劃,開展疑似天基激光武器技術試驗

        美國在2018財年《國防授權法案》中,正式要求美軍開展“天基彈道導彈攔截層”計劃,明確應建造天基導彈防御試驗臺,開展包括天基攔截器和定向能平臺相關的試驗,并計劃在2022年開展首次助推段導彈攔截試驗。

        該計劃具有潛在的太空對抗目的。天基導彈攔截器和天基定向能武器既能對彈道導彈實施助推段攔截,摧毀剛飛行數(shù)分鐘、尚未飛離大氣層及釋放彈頭的彈道導彈,也可用于攻擊敵方衛(wèi)星及反衛(wèi)武器,具有攻防兼?zhèn)涞奶諏棺鲬?zhàn)潛力。

        事實上,這并非美軍首次提出天基導彈攔截計劃,美國國防部長期以來都在分析研究在太空中部署彈道導彈攔截武器的概念及可行性,在1984年初正式批準啟動的“星球大戰(zhàn)”(SDI)計劃中就包括天基攔截導彈系統(tǒng)和兆瓦級天基激光武器系統(tǒng)。該計劃隨蘇聯(lián)解體而被取消,未發(fā)展出可供實用的核心武器技術,但相關技術探索為美軍后續(xù)發(fā)展奠定了基礎。

        由諾格公司研制的“祖瑪”衛(wèi)星示意圖

        2018年,美軍可能在天基定向能武器方向邁出了重大一步。2018年1月8日,美軍采用獵鷹-9(Falcon-9)運載火箭攜帶秘密衛(wèi)星“祖瑪”(Zuma)從卡納維拉爾角發(fā)射場發(fā)射升空。美軍對該衛(wèi)星高度保密,外界對其猜測不斷。結合美軍天基導彈攔截計劃內容和2022年實施天基彈道導彈攔截試驗的時間節(jié)點,以及“祖瑪”衛(wèi)星承包商諾格公司(Northrop Grumman)具有的激光武器研制背景,外界判斷該衛(wèi)星可能是美軍首顆天基激光武器技術試驗衛(wèi)星。

        此外,美國導彈防御局(MDA)在2019年3月公開的2020財年國防預算申請文件中,為天基中性粒子束、天基激光和其他新型導彈防御技術申請經費3.04億美元,并指出天基中性粒子束武器將為美國“提供新的殺傷選項”,最早將在2023年進行在軌試驗。

        持續(xù)升級網絡電磁對抗能力,計劃開展首次天基網絡攻擊防御試驗

        網絡電磁反衛(wèi)技術是美軍長期以來發(fā)展的重點。當前,美軍正在進行已部署的專用地基反衛(wèi)電子戰(zhàn)系統(tǒng)—“衛(wèi)星通信對抗系統(tǒng)”(CCS)升級工作,包括升級現(xiàn)有系統(tǒng)和采購新系統(tǒng)。該項目是美軍太空作戰(zhàn)領域的高優(yōu)先級項目,在經費方面得到充分支持。該項目從2004年開始,計劃持續(xù)資助至2022財年,總撥款約3億美元。2018年,美軍重點進行CCS增量-3的研發(fā)、集成與測試,提升下一代CCS Block 20交付能力,設計任務部隊裝備系統(tǒng)和專用任務仿真系統(tǒng)。美軍還計劃將CCS裝備擴展至國民警衛(wèi)隊,現(xiàn)已規(guī)劃為國民警衛(wèi)隊采購7套CCS系統(tǒng)。

        在網絡電磁攻擊防御方面,美軍目前正在對衛(wèi)星系統(tǒng)全鏈路進行網絡攻擊防御改造,地面系統(tǒng)改造現(xiàn)已全面啟動。另外,美軍規(guī)劃開展首次天基太空網絡攻擊防御試驗,計劃2019年利用一顆科學衛(wèi)星開展相關試驗,試驗細節(jié)未公布。

        多個在軌服務項目持續(xù)推進,即將具備高低軌目標捕獲與操控能力

        美國正借助在軌服務與維護發(fā)展涵蓋高軌和低軌的太空機器人精細操控技術,這種技術具有兩用性,可在必要時轉化為太空攻防能力。目前在研項目包括由軍方牽頭實施“地球同步軌道服務機器人”(RSGS)、“蜻蜓”(Dragonfly)、“細胞衛(wèi)星”(Satlets)等技術演示驗證項目,以及由美國國家航空航天局(NASA)和商業(yè)公司開展的復元-L(Restore-L)、“任務拓展飛行器”(MEV)等工程項目。

        “地球同步軌道服務機器人”項目于2018年7月完成機械臂系統(tǒng)的初步設計評審,計劃2021年開展飛行試驗?!膀唑选表椖吭?017-2018年完成了一系列地面天線裝配試驗,計劃在2020年后開展飛行演示驗。“細胞衛(wèi)星”概念不斷完善,2018年開展2次在軌試驗,2018年3月6日,由4顆“高度集成衛(wèi)星”(HiSat,即“細胞衛(wèi)星”)構成的有效載荷在軌交付系統(tǒng)-1(PODS-1),通過“有效載荷在軌交付”(POD)平臺搭載在母星上發(fā)射,后與母星分離,并進入地球同步轉移軌道。2018年12月3日,“細胞星集成技術試驗”(eXCITe)衛(wèi)星成功發(fā)射,衛(wèi)星質量約155kg,設計壽命2~9周,重點是驗證了“細胞衛(wèi)星”聚合支持有效載荷的能力。“復元”項目2017年7月通過初步設計評審,進入詳細設計階段,已選定陸地衛(wèi)星-7(Landsat-7)作為首個服務對象。首個商業(yè)在軌服務系統(tǒng)“任務拓展飛行器”計劃推遲至2019年8月發(fā)射,將通過專門的對接機構捕獲位于“墳墓軌道”的國際通信衛(wèi)星-901(Intelsat-901),取代其推進系統(tǒng)控制衛(wèi)星姿態(tài)并對其重定位,使衛(wèi)星延壽工作5年,此后再將其重新置于“墳墓軌道”?!叭蝿胀卣癸w行器”隨后還可為其他衛(wèi)星繼續(xù)提供延壽服務。

        eXCITe衛(wèi)星在軌飛行示意圖

        陸地衛(wèi)星-7在軌飛行示意圖

        創(chuàng)新研發(fā)高軌機動布設系統(tǒng),完成首次在軌試驗

        美軍正通過發(fā)展新型ESPAStar平臺發(fā)展高軌機動布設能力。ESPAStar平臺使用“改進型一次性運載火箭次級有效載荷適配器”(ESPA)環(huán)為主體結構,可通過任何符合“改進型一次性運載火箭”(EELV)標準接口的運載火箭進行發(fā)射。ESPAStar平臺在ESPA環(huán)內部加裝了推進系統(tǒng)、姿態(tài)感知與控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)與通信系統(tǒng)等,增加姿態(tài)控制、在軌機動能力,以及雙向通信能力。ESPAStar平臺具有6個載位,每個載位可攜帶1個搭載載荷或2個可分離載荷,全平臺共可搭載6~12個載荷。所有載位采用標準載荷接口。平臺根據(jù)地球靜止軌道(GEO)任務進行了優(yōu)化設計,但也適用于低軌道(LEO)和中軌道(MEO)任務。ESPAStar平臺直徑1.575m、高0.61m,干質量430~470kg。配備4個推進劑儲箱,共攜帶肼310kg,具備較高的△V能力,預計為400~800m/s。ESPAStar平臺可承載的最大載荷質量為1086kg,即平均每個載位181kg,最大載荷尺寸為0.965m。

        2018年4月14日,首個采用ESPAStar平臺的衛(wèi)星,即“ESPA增強地球靜止軌道實驗室試驗”(EAGLE)衛(wèi)星成功發(fā)射。EAGLE共載有5個載荷,包括1個可分離衛(wèi)星和4個搭載載荷,其中4個搭載載荷在整個任務過程中不與平臺分離,共用平臺資源,1顆可分離衛(wèi)星即“米克羅夫特”(MYCROFT)小衛(wèi)星。EAGLE入軌后成功釋放布設MYCROFT小衛(wèi)星,意味著美軍已具備通過ESPAStar平臺實現(xiàn)GEO軌道航天器布設能力。

        MYCROFT小衛(wèi)星入軌后對GEO軌道附近的“墳墓軌道”進行了巡視試驗。MYCROFT是美空軍研究實驗室在“太空試驗計劃”(STP)下委托軌道-ATK公司研制的,整星質量約100kg,入軌后除在GEO軌道進行機動巡視和抵近試驗外,還進入“墳墓軌道”進行相關試驗,表明美國已經把巡視能力擴展到“墳墓軌道”,并且行動極為隱秘。

        大力推進下一代彈性太空體系研究論證,提升體系防御能力

        美軍在開展“彈性體系架構”的設計過程中,已認識到沒有一個通用的解決方案,而是按衛(wèi)星的任務領域,對各類衛(wèi)星系統(tǒng)具體問題具體分析,在綜合權衡所受威脅、功能性能和建設成本的基礎上,構建大、中、小衛(wèi)星綜合運用,軍、民、商航天系統(tǒng)高度融合的裝備體系。

        目前,美軍高低軌結合的下一代導彈預警彈性體系方案已基本成形,該體系方案反映了彈性體系的主要特征:①高低軌分層部署。下一代天基預警體系采用高低軌結合的分層部署方式,其中高軌預警系統(tǒng)包含戰(zhàn)略導彈預警系統(tǒng)和戰(zhàn)區(qū)導彈預警系統(tǒng),后者采用專用衛(wèi)星或有效載荷搭載的方式,分散能力,按戰(zhàn)區(qū)需求部署。②高軌預警系統(tǒng)采取最高防護標準。高軌預警“天基紅外系統(tǒng)”(SBIRS)的后續(xù)系統(tǒng),即“下一代過頂持續(xù)紅外”(Next-Gen OPIR)系統(tǒng),由靜止軌道衛(wèi)星(NGG)和極區(qū)覆蓋衛(wèi)星(NGP)組成。在第一階段,NGG衛(wèi)星面向太空安全做出重要改進,包括增加近場感知載荷、增加軌道機動能力等。在第二階段,衛(wèi)星平臺將改為在洛馬公司(LM)A2100平臺基礎上開發(fā)的高防護抗核加固平臺,還將具備在軌服務和燃料補加能力。星上還采用濾光器、限幅器、防激光涂層等被動防護技術,以及威脅告警傳感器等附加載荷,采用激光通信鏈路進一步提升抗干擾和保密性能。美軍還在研發(fā)星上誘餌技術等技術,對這種高價值目標予以重點保護。③低軌通過大規(guī)模星座提升體系彈性。低軌系統(tǒng)稱為“天基傳感器層”(SSL),有“導彈防御跟蹤系統(tǒng)”(MDTS)、“精確火控跟蹤”(PFCT)系統(tǒng)和“攔截效果評估”(SKA)系統(tǒng)3種有效載荷,采取功能分離的方式,每顆衛(wèi)星只帶有一種載荷,采取節(jié)點分散的方式部署在多個軌道面和多個軌道高度上。有些載荷可以搭載在商業(yè)和盟國衛(wèi)星上,進一步分散系統(tǒng)布局。采取冗余備份的方式,在導彈助推段與高軌系統(tǒng)同步探測,在中段和末端與地基雷達系統(tǒng)同步探測,互為補充,還可降低對高軌預警系統(tǒng)和地基系統(tǒng)的技術要求,并且采用大規(guī)模星座增加對手攻擊代價。采用偽裝欺騙的方法,所有衛(wèi)星均采用美國國防高級研究計劃局(DARPA)在“黑杰克”(BlackJack)項目下發(fā)展的通用平臺,這類平臺將廣泛用于其他衛(wèi)星系統(tǒng)和民商用星座,衛(wèi)星外觀特征相似,之間通信鏈路相連,令對手難以選擇目標。

        高軌預警“天基紅外系統(tǒng)”示意圖

        4 結束語

        美軍正把太空視為戰(zhàn)場進行全面戰(zhàn)備。作為未來遂行太空攻防任務主戰(zhàn)裝備的太空對抗裝備,近年來得到了空前的發(fā)展,也正在經歷前所未有的轉變。美軍在擁有全球最強的太空攻防能力的基礎上,正面向未來對抗環(huán)境進行全面轉型,瞄準長遠,超前開展研究和布局,當前正處于發(fā)展的關鍵期。目前,太空防御領域發(fā)展思路基本明確,以構建彈性太空系統(tǒng)體系提升體系防御能力為主,同時大力發(fā)展星上防護和主動防御技術;在太空進攻方面,目前仍處于決策期,還沒有下決心跨越紅線,擔心引發(fā)太空武器化的嚴重后果,從而破壞太空的安全與穩(wěn)定,進而損害美國的國家利益,當前重點是策略發(fā)展儲備相關技術。應密切關注美軍后續(xù)發(fā)展動向,積極開展研究應對。

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