美国太空对抗发展路线与最新装备技术

　　美国认为, 太空与陆、海、空一样, 都是军事作战可利用的媒介。特朗普上台后, 着眼大国战略竞争进行全面调整, 在太空领域亦瞄准高端对手和应对未来太空冲突积极调整。2017年底发布新版《国家安全战略》, 强调“不受阻碍地进入太空和在太空自由行动是美国核心利益”, 美国“必须保持太空领域的领导力和行动自由”。2018年1月发布新版《国防战略》, 首次在国家级战略文件中明确“太空是一个作战域”, 指出“必须确保太空力量能够在对抗、恶化和行动受限 (COD) 环境下作战、制胜”。修订发布新版联合出版物3-14《太空作战》条令和空军3-14《太空对抗作战》条令附件, 首次设划太空作战责任区, 进一步明晰太空作战职责和任务, 明确太空作战支援和受援关系, 理顺太空作战机制流程。在装备技术领域, 美军大幅增加投入, 推动相关装备发展和升级, 并积极探索可能“改变游戏规则”的颠覆性太空对抗技术和新概念装备, 试图进一步拉大与其他国家在太空攻防技术领域的差距, 巩固其优势地位, 抢占未来战争制高点。美军在太空对抗领域的最新动向应引起高度关注。

　　1 太空对抗概念简析

　　美军太空对抗概念随形势演变、认知发展而变化。美军表达这一概念的术语主要有“太空控制”和“太空对抗”。在概念范畴上, “太空控制”概念以2013年版联合出版物3-14《太空作战》条令的发布为标志, 正式将太空态势感知从中剥离, 核心内涵与“太空对抗”调整为一致, 即都包括进攻性对抗和防御性对抗。

　　以下以美军2018年最新修订的联合出版物3-14《太空作战》条令和空军3-14《太空对抗作战》条令附件中的相关定义为主要依据, 介绍美军当前对太空对抗概念的理解和界定。

　　太空对抗是一项作战任务, 旨在获取和维持对太空、从太空和过太空的控制权。太空对抗作战涵盖在所有作战域 (天空、太空、陆地、海洋和网络空间) 的战术、战役和战略层面的行动, 并依赖于强健的太空态势感知和及时的指挥控制能力。太空对抗包括进攻性太空对抗和防御性太空对抗。

　　1) 进攻性太空对抗作战涉及遂行太空拒止 (negation) 任务的各种进攻性作战行动, 其中太空拒止包括欺骗、阻扰、阻断、降级、摧毁敌方的太空系统或服务等。进攻性太空对抗行动以敌方的太空能力 (包括太空段、链路段和地面段, 或由第三方提供的太空服务) 和部队为目标, 可以运用可逆和/或非可逆手段。进攻性太空对抗行动可以在对手对友方实施攻击前对其太空对抗能力进行打击。

　　2) 防御性太空对抗作战涉及保护友方太空能力 (包括太空段、链路段和地面段) 免受攻击、干扰或无意危害的各种主动和被动措施。防御性太空对抗行动包括为保护和维持友方太空能力而在敌方实施攻击之前、之中和之后采取作战行动。防御性太空对抗行动包括对敌方恶意行为或可证实的恶意意图的回应。防御性太空对抗作战还通过演示相关能力降低对手对美国和盟国太空系统发动恶意攻击的预期效果, 为太空威慑提供支撑。如果威慑失败, 则通过组合实施主动和被动防御, 确保美国和友方太空能力免受敌方攻击, 进而保持太空优势。主动太空防御由拒止或减缓对友方太空部队、资产和能力威胁效果的直接行动构成;被动太空防御通过分层防御提升太空系统生存能力, 以确保其在受到攻击时和攻击后能继续运行。

　　美军太空对抗作战能力要素、目标与手段    

　

　　根据上述定义, 结合美军政策、条令、白皮书等相关文件描述和近期发展动向, 初步分析美军太空对抗作战的能力要素、目标与手段。

　　2 发展路线

　　太空进攻“广泛探索, 多研少产”

　　美军已接受太空成为战场, 太空进攻理念更加注重实战可用。鉴于当前太空作战理论尚未发展成熟, 人类历史上也未发生过大规模太空冲突和战争, 美军未来太空进攻装备技术发展路线相较于天基侦察、通信等成熟领域, 总体上采取“广泛探索、多研少产”模式。美军计划未来5年在太空对抗领域投入约120亿美元, 其中包括高度机密的太空进攻项目, 大部分投入集中在技术成熟度为2～6, 即基础技术应用、先进部件和样机研发、系统研制和在轨演示验证, 通过前期大量广泛的概念研究—技术研发—演示验证方式, 进行技术验证和积累, 必要时快速装备形成能力。

　　考虑到硬杀伤手段对太空环境的危害及可能导致的政治影响, 这类系统更适合作为威慑, 难以满足未来太空实战需求。为此, 美军重点发展软杀伤和可逆杀伤技术, 同时注重作战手段的多样化和隐蔽性, 着力提升可用于真实对抗环境的、提供多样化手段和效果的灵活太空对抗作战能力;另一方面, 大力创新作战模式, 研究新概念和颠覆性技术。

　　太空防御“体系防御, 主被结合”

　　美军经过深入思考和研究探索, 已将构建弹性灵活高效的天基系统作为确保对抗环境下实战能力的主要途径, 大力推行弹性太空体系建设, 提升天基系统体系防御能力。弹性太空体系的基本思路是在美国防部航天任务保证要求下, 天上功能分解、节点分散、多星冗余, 地上统一运管、综合运用、信息聚合, 改变传统单一大卫星“将所有鸡蛋放在一个篮子里”的模式, 增加潜在对手选取太空攻击目标的难度, 降低实施攻击的效果, 提升太空攻击的代价, 增强太空系统的抗毁性。美军正在瞄准2015-2040年开展弹性太空体系架构设计。

　　太空系统根据遂行任务的重要程度分等级确定安全要求:一级为必须存活可用, 在各种烈度的冲突以及冲突的各个阶段都能长期持续地存活和可用;二级为容忍部分受损并能够快速重构, 在各种烈度的冲突和冲突的各个阶段都能存活, 但可以容忍数量或质量下降、服务时间和空间受限, 能够以战术时间要求重构;三级为容忍损失、以后按需重构, 在高烈度的冲突中可以容忍损失, 能够基于后方梯队和国土安全需求重构。美军将国家指挥系统和核力量体系中的关键卫星系统设定为一级太空任务保证系统, 即高轨导弹预警系统和防护卫星通信系统。其他卫星系统将依据其对军事作战的重要程度, 划分为二级或三级太空任务保证系统。

　　另一方面, 相比于以往着重航天器被动防护, 目前美军提升对主动防御的重视和研发投入支持力度。自2015年开始, 美军把已开展10余年的“太空防护”项目更名为“太空安全与防御项目”, 增加主动防御之意, 在项目设置上也增加主动防御相关内容。

　　3 装备技术最新进展

　　启动“天基弹道导弹拦截层”计划, 开展疑似天基激光武器技术试验

　　美国在2018财年《国防授权法案》中, 正式要求美军开展“天基弹道导弹拦截层”计划, 明确应建造天基导弹防御试验台, 开展包括天基拦截器和定向能平台相关的试验, 并计划在2022年开展首次助推段导弹拦截试验。

　　该计划具有潜在的太空对抗目的。天基导弹拦截器和天基定向能武器既能对弹道导弹实施助推段拦截, 摧毁刚飞行数分钟、尚未飞离大气层及释放弹头的弹道导弹, 也可用于攻击敌方卫星及反卫武器, 具有攻防兼备的太空对抗作战潜力。

　　事实上, 这并非美军首次提出天基导弹拦截计划, 美国国防部长期以来都在分析研究在太空中部署弹道导弹拦截武器的概念及可行性, 在1984年初正式批准启动的“星球大战” (SDI) 计划中就包括天基拦截导弹系统和兆瓦级天基激光武器系统。该计划随苏联解体而被取消, 未发展出可供实用的核心武器技术, 但相关技术探索为美军后续发展奠定了基础。

　　

　　由诺格公司研制的“祖玛”卫星示意图  

　　2018年, 美军可能在天基定向能武器方向迈出了重大一步。2018年1月8日, 美军采用猎鹰-9 (Falcon-9) 运载火箭携带秘密卫星“祖玛” (Zuma) 从卡纳维拉尔角发射场发射升空。美军对该卫星高度保密, 外界对其猜测不断。结合美军天基导弹拦截计划内容和2022年实施天基弹道导弹拦截试验的时间节点, 以及“祖玛”卫星承包商诺格公司 (Northrop Grumman) 具有的激光武器研制背景, 外界判断该卫星可能是美军首颗天基激光武器技术试验卫星。

　　此外, 美国导弹防御局 (MDA) 在2019年3月公开的2020财年国防预算申请文件中, 为天基中性粒子束、天基激光和其他新型导弹防御技术申请经费3.04亿美元, 并指出天基中性粒子束武器将为美国“提供新的杀伤选项”, 最早将在2023年进行在轨试验。

　　持续升级网络电磁对抗能力, 计划开展首次天基网络攻击防御试验

　　网络电磁反卫技术是美军长期以来发展的重点。当前, 美军正在进行已部署的专用地基反卫电子战系统—“卫星通信对抗系统” (CCS) 升级工作, 包括升级现有系统和采购新系统。该项目是美军太空作战领域的高优先级项目, 在经费方面得到充分支持。该项目从2004年开始, 计划持续资助至2022财年, 总拨款约3亿美元。2018年, 美军重点进行CCS增量-3的研发、集成与测试, 提升下一代CCS Block 20交付能力, 设计任务部队装备系统和专用任务仿真系统。美军还计划将CCS装备扩展至国民警卫队, 现已规划为国民警卫队采购7套CCS系统。

　　在网络电磁攻击防御方面, 美军目前正在对卫星系统全链路进行网络攻击防御改造, 地面系统改造现已全面启动。另外, 美军规划开展首次天基太空网络攻击防御试验, 计划2019年利用一颗科学卫星开展相关试验, 试验细节未公布。

　　多个在轨服务项目持续推进, 即将具备高低轨目标捕获与操控能力

　　美国正借助在轨服务与维护发展涵盖高轨和低轨的太空机器人精细操控技术, 这种技术具有两用性, 可在必要时转化为太空攻防能力。目前在研项目包括由军方牵头实施“地球同步轨道服务机器人” (RSGS) 、“蜻蜓” (Dragonfly) 、“细胞卫星” (Satlets) 等技术演示验证项目, 以及由美国国家航空航天局 (NASA) 和商业公司开展的复元-L (Restore-L) 、“任务拓展飞行器” (MEV) 等工程项目。

　　“地球同步轨道服务机器人”项目于2018年7月完成机械臂系统的初步设计评审, 计划2021年开展飞行试验。“蜻蜓”项目在2017-2018年完成了一系列地面天线装配试验, 计划在2020年后开展飞行演示验。“细胞卫星”概念不断完善, 2018年开展2次在轨试验, 2018年3月6日, 由4颗“高度集成卫星” (HiSat, 即“细胞卫星”) 构成的有效载荷在轨交付系统-1 (PODS-1) , 通过“有效载荷在轨交付” (POD) 平台搭载在母星上发射, 后与母星分离, 并进入地球同步转移轨道。2018年12月3日, “细胞星集成技术试验” (eXCITe) 卫星成功发射, 卫星质量约155kg, 设计寿命2～9周, 重点是验证了“细胞卫星”聚合支持有效载荷的能力。“复元”项目2017年7月通过初步设计评审, 进入详细设计阶段, 已选定陆地卫星-7 (Landsat-7) 作为首个服务对象。首个商业在轨服务系统“任务拓展飞行器”计划推迟至2019年8月发射, 将通过专门的对接机构捕获位于“坟墓轨道”的国际通信卫星-901 (Intelsat-901) , 取代其推进系统控制卫星姿态并对其重定位, 使卫星延寿工作5年, 此后再将其重新置于“坟墓轨道”。“任务拓展飞行器”随后还可为其他卫星继续提供延寿服务。

　

　　eXCITe卫星在轨飞行示意图  

　

　　陆地卫星-7在轨飞行示意图  

　　创新研发高轨机动布设系统, 完成首次在轨试验

　　美军正通过发展新型ESPAStar平台发展高轨机动布设能力。ESPAStar平台使用“改进型一次性运载火箭次级有效载荷适配器” (ESPA) 环为主体结构, 可通过任何符合“改进型一次性运载火箭” (EELV) 标准接口的运载火箭进行发射。ESPAStar平台在ESPA环内部加装了推进系统、姿态感知与控制系统、电源系统与通信系统等, 增加姿态控制、在轨机动能力, 以及双向通信能力。ESPAStar平台具有6个载位, 每个载位可携带1个搭载载荷或2个可分离载荷, 全平台共可搭载6～12个载荷。所有载位采用标准载荷接口。平台根据地球静止轨道 (GEO) 任务进行了优化设计, 但也适用于低轨道 (LEO) 和中轨道 (MEO) 任务。ESPAStar平台直径1.575m、高0.61m, 干质量430～470kg。配备4个推进剂储箱, 共携带肼310kg, 具备较高的△V能力, 预计为400～800m/s。ESPAStar平台可承载的最大载荷质量为1086kg, 即平均每个载位181kg, 最大载荷尺寸为0.965m。

　　2018年4月14日, 首个采用ESPAStar平台的卫星, 即“ESPA增强地球静止轨道实验室试验” (EAGLE) 卫星成功发射。EAGLE共载有5个载荷, 包括1个可分离卫星和4个搭载载荷, 其中4个搭载载荷在整个任务过程中不与平台分离, 共用平台资源, 1颗可分离卫星即“米克罗夫特” (MYCROFT) 小卫星。EAGLE入轨后成功释放布设MYCROFT小卫星, 意味着美军已具备通过ESPAStar平台实现GEO轨道航天器布设能力。

　　MYCROFT小卫星入轨后对GEO轨道附近的“坟墓轨道”进行了巡视试验。MYCROFT是美空军研究实验室在“太空试验计划” (STP) 下委托轨道-ATK公司研制的, 整星质量约100kg, 入轨后除在GEO轨道进行机动巡视和抵近试验外, 还进入“坟墓轨道”进行相关试验, 表明美国已经把巡视能力扩展到“坟墓轨道”, 并且行动极为隐秘。

　　大力推进下一代弹性太空体系研究论证, 提升体系防御能力

　　美军在开展“弹性体系架构”的设计过程中, 已认识到没有一个通用的解决方案, 而是按卫星的任务领域, 对各类卫星系统具体问题具体分析, 在综合权衡所受威胁、功能性能和建设成本的基础上, 构建大、中、小卫星综合运用, 军、民、商航天系统高度融合的装备体系。

　　目前, 美军高低轨结合的下一代导弹预警弹性体系方案已基本成形, 该体系方案反映了弹性体系的主要特征: (1) 高低轨分层部署。下一代天基预警体系采用高低轨结合的分层部署方式, 其中高轨预警系统包含战略导弹预警系统和战区导弹预警系统, 后者采用专用卫星或有效载荷搭载的方式, 分散能力, 按战区需求部署。 (2) 高轨预警系统采取最高防护标准。高轨预警“天基红外系统” (SBIRS) 的后续系统, 即“下一代过顶持续红外” (Next-Gen OPIR) 系统, 由静止轨道卫星 (NGG) 和极区覆盖卫星 (NGP) 组成。在第一阶段, NGG卫星面向太空安全做出重要改进, 包括增加近场感知载荷、增加轨道机动能力等。在第二阶段, 卫星平台将改为在洛马公司 (LM) A2100平台基础上开发的高防护抗核加固平台, 还将具备在轨服务和燃料补加能力。星上还采用滤光器、限幅器、防激光涂层等被动防护技术, 以及威胁告警传感器等附加载荷, 采用激光通信链路进一步提升抗干扰和保密性能。美军还在研发星上诱饵技术等技术, 对这种高价值目标予以重点保护。 (3) 低轨通过大规模星座提升体系弹性。低轨系统称为“天基传感器层” (SSL) , 有“导弹防御跟踪系统” (MDTS) 、“精确火控跟踪” (PFCT) 系统和“拦截效果评估” (SKA) 系统3种有效载荷, 采取功能分离的方式, 每颗卫星只带有一种载荷, 采取节点分散的方式部署在多个轨道面和多个轨道高度上。有些载荷可以搭载在商业和盟国卫星上, 进一步分散系统布局。采取冗余备份的方式, 在导弹助推段与高轨系统同步探测, 在中段和末端与地基雷达系统同步探测, 互为补充, 还可降低对高轨预警系统和地基系统的技术要求, 并且采用大规模星座增加对手攻击代价。采用伪装欺骗的方法, 所有卫星均采用美国国防高级研究计划局 (DARPA) 在“黑杰克” (BlackJack) 项目下发展的通用平台, 这类平台将广泛用于其他卫星系统和民商用星座, 卫星外观特征相似, 之间通信链路相连, 令对手难以选择目标。

　　4 结束语

　　美军正把太空视为战场进行全面战备。作为未来遂行太空攻防任务主战装备的太空对抗装备, 近年来得到了空前的发展, 也正在经历前所未有的转变。美军在拥有全球最强的太空攻防能力的基础上, 正面向未来对抗环境进行全面转型, 瞄准长远, 超前开展研究和布局, 当前正处于发展的关键期。目前, 太空防御领域发展思路基本明确, 以构建弹性太空系统体系提升体系防御能力为主, 同时大力发展星上防护和主动防御技术;在太空进攻方面, 目前仍处于决策期, 还没有下决心跨越红线, 担心引发太空武器化的严重后果, 从而破坏太空的安全与稳定, 进而损害美国的国家利益, 当前重点是策略发展储备相关技术。应密切关注美军后续发展动向, 积极开展研究应对。