唐浩文 鄧剛 宋博( 北京空間科技信息研究所 中國航天科技國際交流中心)
2022年全球在太空攻防和太空服務(wù)領(lǐng)域的發(fā)射活動呈蓬勃發(fā)展態(tài)勢,全年共成功發(fā)射14 顆衛(wèi)星,其中美國發(fā)射8 顆衛(wèi)星,占比58%,包括3 顆民商衛(wèi)星,5 顆軍用衛(wèi)星;歐洲發(fā)射3 顆衛(wèi)星,占比21%,均為民商太空服務(wù)衛(wèi)星;俄羅斯發(fā)射3 顆衛(wèi)星,占比21%,均為軍用攻防試驗星。
2022年,全球太空攻防和太空服務(wù)領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程顯著加快。一方面,美國、歐洲、日本等主要航天國家和地區(qū)均將太空服務(wù)列入航天發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,在國家層面的大力支持下,啟動了一系列的太空服務(wù)項目,取得了大量成果,實質(zhì)推動太空服務(wù)從技術(shù)試驗階段邁向體系化構(gòu)建階段。以軌道預(yù)置和布設(shè)、太空碎片清除、衛(wèi)星延壽為代表的太空服務(wù)技術(shù)逐漸成熟,規(guī)模化應(yīng)用開始興起;另一方面,以美國為代表的航天強(qiáng)國把太空視為大國博弈對抗的主戰(zhàn)場,重點發(fā)展太空攻防類技術(shù),并借助演習(xí)探索戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法,以便未來能在需要時快速轉(zhuǎn)化為裝備和能力。
2022年,美國在太空攻防和太空服務(wù)領(lǐng)域共發(fā)射4 顆軍用衛(wèi)星,包括1 個美國天軍-12 環(huán)形(USSF-12 Ring)衛(wèi)星布設(shè)器、1 個長期帶推力“改進(jìn)型一次性運載火箭”(EELV)有效載荷適配器-2(LDPE-2)衛(wèi)星布設(shè)器、1 顆美國-337(USA-337)機(jī)密衛(wèi)星和1 顆泰特拉-1(Tetra-1)攻防小衛(wèi)星。其中USSF-12 Ring 衛(wèi)星布設(shè)器是一項機(jī)密任務(wù),旨在為國防部演示驗證新型技術(shù);LDPE-2 衛(wèi)星布設(shè)器具備強(qiáng)機(jī)動變軌能力,能實現(xiàn)微納衛(wèi)星軌道預(yù)置、機(jī)動部署、交會和抵近等操作。USA-337 是一顆機(jī)密衛(wèi)星,外媒普遍推測用于太空攻防試驗;Tetra-1是美國天軍發(fā)展的高軌攻防試驗星,也是Tetra 系列的首星。此外,美國天軍在2022年為增強(qiáng)太空攻防作戰(zhàn)戰(zhàn)備與訓(xùn)練水平,完成了5 次太空對抗演習(xí)演訓(xùn)活動。
目前,美軍已構(gòu)建了由“鎧甲”(ARMOR)、“麥考羅夫特”(Mycroft)、“前進(jìn)”(ASCENT)和Tetra 等力量投送衛(wèi)星,“老鷹”(Eagle)、LDPE、“任務(wù)拓展飛行器”(MEV)等機(jī)動與后勤裝備構(gòu)成的攻防裝備體系,初步形成了抵近、隱秘部署、主動打擊、護(hù)衛(wèi)防御等能力,正在大力驗證開發(fā)太空戰(zhàn)法和戰(zhàn)術(shù),并反向為裝備發(fā)展明確需求和方向。
(1)成功發(fā)射泰特拉—1 高軌攻防試驗星,加快推進(jìn)高軌攻防技術(shù)驗證
2022年11月1日,美國天軍Tetra 衛(wèi)星搭乘“獵鷹重型”(Falcon Heavy)火箭成功發(fā)射。Tetra項目從2018 財年正式立項后,與“企業(yè)化地面系統(tǒng)”(EGS)地面運控云平臺、“企業(yè)化作戰(zhàn)管理和指揮控制”(ESBMC2)指控云平臺項目進(jìn)行了協(xié)同,與“試驗平臺和防御力量包”項目和LDPE 機(jī)動飛行器項目進(jìn)行了整合,項目目標(biāo)由原型系統(tǒng)試驗進(jìn)一步向作戰(zhàn)概念檢驗、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法開發(fā)和部隊對抗訓(xùn)練拓展。隨著美軍不斷更新認(rèn)識,Tetra 在軌衛(wèi)星被定為更聚焦于機(jī)動部署和攻防格斗任務(wù)。
(2) 聚焦太空作戰(zhàn),美天軍開展5 次演習(xí)活動
2022年,美國天軍舉辦了5 次太空作戰(zhàn)相關(guān)演習(xí),包括3 次年度“太空旗”(Space Flag)演習(xí),“視差上升”(Parallax Rising)桌面推演(TTX)系列的首次聯(lián)合作戰(zhàn)桌面推演,以及名為“黑色天空”(Black Sky)的首次“天空”(Sky)系列實戰(zhàn)演習(xí)。
1)年度“太空旗”演習(xí)。2022年美國天軍主導(dǎo)的3 次“太空旗”系列演習(xí)代號分別為SF 22-2、SF 22-3 和SF 23-1。其中2022年4月開展的太空旗22-2(SF 22-2)演習(xí)通過假設(shè)在美國印太司令部和歐洲司令部負(fù)責(zé)區(qū)域發(fā)生戰(zhàn)爭情況下,美國在面對太空競爭對手時所開展的太空對抗,模擬各相關(guān)部隊如何進(jìn)行方案制定、任務(wù)籌劃、聯(lián)合行動。2022年8月開展的太空旗22-3 演習(xí)是一次戰(zhàn)術(shù)任務(wù)規(guī)劃演習(xí),旨在使太空作戰(zhàn)人員在競爭、降級和戰(zhàn)斗受限的環(huán)境中作戰(zhàn)做好準(zhǔn)備,阻止對手的侵略并拒止其在太空域的行動。其中軌道戰(zhàn)是重點,通過模擬紅方在軌進(jìn)行軌道交戰(zhàn),己方進(jìn)行格斗、規(guī)避,并為戰(zhàn)區(qū)提供信息支援。2022年12月開展的太空旗23-1 演習(xí)首次圍繞歐洲司令部戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)想定,開展聚焦歐洲沖突的太空作戰(zhàn)演習(xí)任務(wù),演習(xí)模擬訓(xùn)練了太空系統(tǒng)在俄烏沖突中的支撐作戰(zhàn)任務(wù),演習(xí)科目主要包括軌道戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、太空態(tài)勢感知、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及情報指揮等。
2)首次“視差上升”演習(xí)。9月7—9日,美國天軍太空系統(tǒng)司令部在卡納維拉爾角天軍站舉行了首次“視差上升”系列的聯(lián)合作戰(zhàn)桌面推演。此次推演在為期3 天的時間內(nèi),重點聚焦機(jī)構(gòu)間職責(zé)的簡化,以快速獲得太空響應(yīng)發(fā)射能力。太空快響發(fā)射任務(wù)根據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)司令部需求研制支持戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的火箭和衛(wèi)星及配套地面段(通常為12 個月),隨后火箭和衛(wèi)星處于“熱備份”狀態(tài)(最長6 個月),直至接到“啟用”命令后衛(wèi)星與火箭快響運至發(fā)射場,最終在接到“發(fā)射通知”后,于24 小時內(nèi)完成發(fā)射,于入軌后48 小時內(nèi)快速提供服務(wù)。
3)首次“黑色天空2022”演習(xí)。9月19—23日,美太空訓(xùn)練和戰(zhàn)備司令部完成首次“黑色天空2022”實戰(zhàn)演習(xí)。該演習(xí)屬于美天軍新開發(fā)的“天空”系列演習(xí)的一部分,“天空”系列演習(xí)的模式參考了美國空軍“旗幟”系列演習(xí),但在演練內(nèi)容上更加聚焦于具體的作戰(zhàn)樣式。首次“黑色天空2022”以電磁戰(zhàn)為重點,由第1 太空三角隊下屬的392 作戰(zhàn)訓(xùn)練中隊推動,太空作戰(zhàn)司令部第3、4、5 太空三角隊、國民警衛(wèi)隊和空軍預(yù)備役的多個作戰(zhàn)中隊參演,演習(xí)范圍橫跨加利福尼亞州和科羅拉多州,并上延至3.5萬千米高太空軌道,演習(xí)將干擾真實的在軌衛(wèi)星,而該“靶星”則從一家商業(yè)公司“租借”。
2022年,美國在太空攻防和太空服務(wù)領(lǐng)域共發(fā)射4 顆民商衛(wèi)星,包括2 個夏爾巴衛(wèi)星布設(shè)器(SHERPA-AC-1/SHERPA-LTC-2)、1 顆 螢火蟲膠囊-2(Firefly Capsule-2)衛(wèi)星和火星前哨演示-1(OMD-1)衛(wèi)星。其中夏爾巴衛(wèi)星布設(shè)器是太空飛行公司(Spaceflight)開發(fā)的可攜帶衛(wèi)星/有效載荷進(jìn)行軌道機(jī)動與布設(shè)的飛行器,目前在軌5 個。螢火蟲膠囊-2 衛(wèi)星搭乘螢火蟲-阿爾法(Firefly Alpha)運載火箭發(fā)射,其上部署18m2的牽引帆,在發(fā)射后為螢火蟲-阿爾法火箭的上面級提供脫軌能力?;鹦乔吧谘菔?1 是美國納米艙公司(NanoRacks)發(fā)展的技術(shù)試驗衛(wèi)星,將在軌演示驗證在軌無碎片化機(jī)器人金屬切割技術(shù)。
美國近年來高度重視民商太空服務(wù)能力建設(shè),陸續(xù)在國家層面出臺多份政策文件推動行業(yè)發(fā)展,目前美國具備世界領(lǐng)先的太空服務(wù)能力,已形成抓捕延壽和多軌道預(yù)置布設(shè)的業(yè)務(wù)服務(wù)能力,并在航天器重定位、太空碎片清除、在軌加注、大型在軌結(jié)構(gòu)裝配、大型地外設(shè)施建造等方面有著豐富的技術(shù)積累。
(1)美國把太空服務(wù)上升到國家戰(zhàn)略層面,通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)領(lǐng)域發(fā)展
美國白宮科技政策辦公室于2022年4月和12月先后發(fā)布《太空服務(wù)、組裝與制造國家戰(zhàn)略》(簡稱《戰(zhàn)略》)與《國家太空服務(wù)、組裝與制造實施計劃》(簡稱《計劃》),將太空服務(wù)、組裝與制造(ISAM)作為美國提升科技創(chuàng)新能力、強(qiáng)化全球競爭力和領(lǐng)導(dǎo)力的重要戰(zhàn)略支點。其中《戰(zhàn)略》設(shè)定了6 個工作目標(biāo)來支持在軌加注、維修和制造等多種技術(shù)和服務(wù)的發(fā)展,具體包括:①推進(jìn)ISAM 研究與發(fā)展;②優(yōu)先發(fā)展“可擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施”;③加速新興ISAM 商業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;④促進(jìn)國際協(xié)作與合作來實現(xiàn)ISAM 發(fā)展目標(biāo);⑤在發(fā)展ISAM 能力過程中重視環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展;⑥以ISAM 潛在創(chuàng)新成果來激勵未來勞動力多元化發(fā)展。《計劃》在就《戰(zhàn)略》提出的6 項戰(zhàn)略目標(biāo)列出了28 項具體行動。
(2)美國太空服務(wù)領(lǐng)域飛速發(fā)展,2023年將有多個項目開展在軌演示驗證
2022年,隨著民商太空服務(wù)領(lǐng)域市場需求不斷增長,美國民商領(lǐng)域太空服務(wù)項目加速推進(jìn),預(yù)計2023年將有至少4 個太空服務(wù)項目開展在軌演示驗證。
在民用領(lǐng)域,包括美國國防創(chuàng)新部門(DIU)開展的“軌道前哨”(Orbital Outpost)項目,計劃發(fā)展可擴(kuò)展的低地球軌道(LEO)小型無人空間站,能夠?qū)崿F(xiàn)太空組裝、微重力試驗、物流和存儲、測試和評估、搭載有效載荷等功能。項目于2019年7月發(fā)布征詢書,2020年完成第一階段項目分包,計劃2023年完成原型建造并發(fā)射入軌;美國國家航空航天局(NASA)開展的在軌服務(wù)、組裝和制造-2(OSAM-2)項目,計劃在軌建造、組裝和部署可操作的太陽能電池陣列。項目原名拱門-1(Archinaut-1),由NASA 于2016年提出,后擴(kuò)展任務(wù)范圍并更名為OSAM-2。OSAM-2 現(xiàn)已完成技術(shù)地面測試,計劃2023年發(fā)射。
在商業(yè)領(lǐng)域,包括原子航天公司開展的“原子軌道轉(zhuǎn)移飛行器”(Atomos OTV)項目,將為在軌航天器提供軌道轉(zhuǎn)移服務(wù),該項目計劃在2023年發(fā)射前2 顆航天器“夸克”(Quark)和“膠子”(Gluon);零重力地平線技術(shù)公司(Zero-G Horizons Technologies)開展的“航天器先進(jìn)在軌加注和儲存系統(tǒng)”(SOARS)項目,未來將為航天器提供先進(jìn)在軌燃料補(bǔ)給和儲存服務(wù),該項目計劃2023年在“國際空間站”上進(jìn)行演示驗證。
2022年,俄羅斯共發(fā)射3 顆太空攻防衛(wèi)星,分別是宇宙-2558(Kosmos-2558)、宇宙-2561(Kosmos-2561)和宇宙-2562(Kosmos-2562),3 顆衛(wèi)星都屬于機(jī)密衛(wèi)星,具體情況未公布,外界普遍推測為攻防技術(shù)試驗衛(wèi)星。
俄羅斯由于綜合國力和國際形勢的限制,避免與美國直接展開全面抗衡與競賽,力求發(fā)展新的非對稱手段維持戰(zhàn)略態(tài)勢和平衡,以重新獲得領(lǐng)先的大國地位。近年來,俄羅斯積極研發(fā)新一代地基反衛(wèi)系統(tǒng),并在實際作戰(zhàn)中進(jìn)行進(jìn)攻、防御型操作和技術(shù)驗證,增強(qiáng)技術(shù)儲備,提升靈活多樣太空作戰(zhàn)能力。
2022年8月,俄媒報道稱,俄羅斯已成功研制出新型“卡林娜”(Kalina)激光反衛(wèi)星系統(tǒng),并計劃借助該系統(tǒng)阻止他國衛(wèi)星對俄領(lǐng)土進(jìn)行監(jiān)視?!翱帜取笔嵌砹_斯為太空巡邏打造的第三種激光武器,能發(fā)現(xiàn)和識別在軌衛(wèi)星并使其臨時暫時致盲或永久毀壞?!翱漳取笔恰翱屏_納”(Krona)綜合系統(tǒng)的一部分?!翱屏_納”由1 個用于識別衛(wèi)星并對其分類的雷達(dá)裝置和1 個激光光學(xué)定位儀(LOL)組成。激光光學(xué)定位儀包括:1 個0.4m 廣角望遠(yuǎn)鏡,用于探測高軌衛(wèi)星;1 個1.3m 窄角望遠(yuǎn)鏡并配有自適應(yīng)光學(xué)器件,用于對低軌衛(wèi)星進(jìn)行高分辨率成像;1 部激光雷達(dá)(即“發(fā)射-接收信道”),用于精確測量到衛(wèi)星的距離。俄羅斯專利和采購文件顯示,“卡林娜”具有獨立的跟蹤系統(tǒng)和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng),可幫助其更好地減輕大氣干擾;此外,該激光器本身也有一套收發(fā)系統(tǒng),用于測量從目標(biāo)反射回的激光,以便能夠更準(zhǔn)確地直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)物體上的光學(xué)系統(tǒng)。
在俄烏沖突開始后,SpaceX 公司的“星鏈”(Starlink)衛(wèi)星在烏克蘭高調(diào)啟用,并迅速介入到軍事行動中,為烏克蘭政府、國防和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施部門提供連接互聯(lián)網(wǎng)的冗余網(wǎng)絡(luò)支持。通過“星鏈”,烏軍實現(xiàn)目標(biāo)情報數(shù)據(jù)的實時或近實時傳遞,保障了火炮等地面打擊力量的作戰(zhàn)決策與指揮、控制,實現(xiàn)對俄軍目標(biāo)的迅速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)與精確打擊。鑒于“星鏈”保持烏軍通信能力對俄軍造成的威脅,俄軍采取了電子戰(zhàn)軟殺傷能力抵消“星鏈”威脅,并取得了一定的成效。
2022年6月, 俄 軍 新 研 發(fā) 的 披 肩-K(Palantin-K)電子戰(zhàn)系統(tǒng)開始應(yīng)用于烏克蘭戰(zhàn)場,可用于壓制衛(wèi)星地面站以及無線電中繼通信地面終端,俄軍稱其已經(jīng)對烏克蘭境內(nèi)的移動通訊和互聯(lián)網(wǎng)信號進(jìn)行了屏蔽。披肩-K 可以對“星鏈”系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)的點對點干擾,可用于關(guān)鍵時間段的通信指控作戰(zhàn)奪控,但實戰(zhàn)中不適合長時間持續(xù)干擾,以免遭到對手定位打擊。此外,由于該系統(tǒng)數(shù)量有限,而“星鏈”終端數(shù)量龐大且位置分散,因此披肩-K 仍難以完全滿足戰(zhàn)場上實際作戰(zhàn)需求,必須結(jié)合其他電子戰(zhàn)手段實施分布式干擾。
歐洲已具備低軌軌道預(yù)置和布設(shè)服務(wù)能力,目前正通過歐洲航天局、歐盟委員會資助多項太空服務(wù)項目,穩(wěn)步推進(jìn)在軌延壽、加注、檢查、制造、組裝、碎片受控再入、有效載荷更換等多項技術(shù)的研發(fā)工作。2022年,歐洲發(fā)射3 個“在軌衛(wèi)星運載器”(IONSCV 004、ION-SCV 005 和ION-SCV 006)?!霸谲壭l(wèi)星運載器”是意大利D-軌道公司(D-orbit)發(fā)展的立方體衛(wèi)星布設(shè)器,已發(fā)射6 個,目前全部在軌運行。2023年,歐洲將有兩個太空服務(wù)項目進(jìn)行在軌演示驗證,包括由法國尋跡公司(Exotrail)目標(biāo)提供在軌航天器提供軌道轉(zhuǎn)移服務(wù)的“太空貨車”(Space Van)項目和外發(fā)射公司目標(biāo)提供軌道轉(zhuǎn)移和碎片收集服務(wù)的“信賴”(Reliant)項目。
“披肩-K”電子戰(zhàn)系統(tǒng)照片
對目標(biāo)航天器(模擬太空碎片)的磁吸捕獲能力。2022年4月7日,ELSA-d 系統(tǒng)成功完成對目標(biāo)航天器的遠(yuǎn)距離抵近,但截至2022年底未實施捕獲操作。LEXI 項目同樣是日本空間尺度公司(Astroscale)發(fā)展的項目,旨在將LEXI 衛(wèi)星充當(dāng)推進(jìn)系統(tǒng)為GEO衛(wèi)星提供在軌延壽服務(wù),可實現(xiàn)位置保持、姿態(tài)控制和變軌等功能。Astroscale 公司計劃在2026年發(fā)射首顆LEXI 衛(wèi)星。
日本正在開展世界首個真實太空環(huán)境太空碎片移除全過程演示驗證項目“空間尺度壽命末期服務(wù)-演示驗證”(ELSA-d),如果成功,日本將成為首個具備太空碎片業(yè)務(wù)化移除能力的國家,此外日本正積極把能力向在軌延壽方向拓展,力圖圍繞太空碎片移除和在軌延壽兩個熱點方向建成世界領(lǐng)先的太空服務(wù)能力。2022年,日本未發(fā)射太空攻防和太空服務(wù)衛(wèi)星。2022年日本持續(xù)推進(jìn)ELSA-d 項目碎片清除衛(wèi)星的在軌演示驗證任務(wù),并加速開展“在軌延壽關(guān)鍵能力”(LEXI)項目。
ELSA-d 太空碎片主動清除演示驗證系統(tǒng)是日本空間尺度公司發(fā)展的項目,旨在進(jìn)行全球首次在真實太空環(huán)境下的太空碎片搜索-交會-對接-離軌全過程的演示驗證,并為后續(xù)發(fā)展實用性太空碎片主動清除系統(tǒng)積累技術(shù)和經(jīng)驗。ELSA-d 系統(tǒng)于2021年3月22日發(fā)射,2021年8月26日ELSA-d 系統(tǒng)完成了捕獲技術(shù)的在軌測試,成功演示驗證了該系統(tǒng)
美國明確視太空為作戰(zhàn)域后,更重視太空進(jìn)攻理念發(fā)展和實戰(zhàn)應(yīng)用,加速在高軌攻防作戰(zhàn)戰(zhàn)備研究與試驗。鑒于當(dāng)前太空作戰(zhàn)理論尚未發(fā)展成熟,美在太空安全領(lǐng)域發(fā)展總體采取“開放發(fā)展、廣泛探索、多研少產(chǎn)”的模式,通過前期大量廣泛的概念研究-技術(shù)研發(fā)-演示驗證方式,進(jìn)行技術(shù)驗證和積累,必要時快速裝備形成能力。俄羅斯將重點發(fā)展地基反衛(wèi)系統(tǒng),并不定期開展在軌攻防試驗與美國進(jìn)行對抗。歐洲、日本繼續(xù)圍繞太空服務(wù)領(lǐng)域發(fā)展軍民共用安全技術(shù),同時依賴美國系統(tǒng)和數(shù)據(jù)共享協(xié)議獲得有限安全防護(hù)手段。短期來看,全球范圍內(nèi)不會出現(xiàn)業(yè)務(wù)型太空攻防系統(tǒng)部署,主要仍以技術(shù)研發(fā)和演示驗證為主。美國太空攻防對抗領(lǐng)域研發(fā)將以高軌高價值資產(chǎn)為重點,繼續(xù)圍繞數(shù)項攻防領(lǐng)域重點能力開展,包括防御性太空對抗、進(jìn)攻性太空對抗、指揮控制和戰(zhàn)場管理等,確?!疤┨乩备哕壒シ涝囼炐l(wèi)星、“雄雞”(ROOSTER)高軌機(jī)動部署飛行器、“地球同步軌道衛(wèi)星自主服務(wù)”(RSGS)軍用太空服務(wù)項目順利推進(jìn)。
“空間尺度壽命末期服務(wù)-演示驗證”(左)和“在軌延壽關(guān)鍵能力”(右)項目示意圖
2022年,美、俄、歐、日等國家和地區(qū)高度重視太空服務(wù)系統(tǒng)與技術(shù)開發(fā),國際上掀起新一輪太空服務(wù)領(lǐng)域發(fā)展熱潮。綜合來看,美國能力全面領(lǐng)先,已通過成熟技術(shù)轉(zhuǎn)化率先具備商業(yè)延壽服務(wù)能力,現(xiàn)正通過軍民商多線同時推進(jìn)持續(xù)擴(kuò)大領(lǐng)先優(yōu)勢。歐洲具備較為成熟的低軌立方體衛(wèi)星的軌道預(yù)置和布設(shè)能力,近期將開展軌道轉(zhuǎn)移和太空碎片清除技術(shù)演示驗證。日本正持續(xù)發(fā)展太空碎片清除技術(shù),預(yù)計將較快形成業(yè)務(wù)型能力,未來5年將把能力向軌道延壽領(lǐng)域擴(kuò)展。