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美国研发太空监视系统包括激光反卫星武器

2015年7月30日澎湃新闻刊载了我所文章《高边疆|攻击卫星会得不偿失,“太空珍珠港事件”或危言耸听》全文如下:

近日有媒体报道称,俄罗斯正在制造能击落在轨卫星的激光炮死亡射线。俄罗斯也证实,这种武器的大小相当于一台望远镜,将集中对付在近地轨道上对太空船构成威胁的太空垃圾。但也有专家担心它可能成为俄总统普京武器库的重要组成部分。
卫星作为情报侦察、通信导航、识别定位的重要手段,在装备发展、兵力部署、作战行动中发挥着至关重要的作用,美俄等国很早就开始研发反卫星装备技术,目前已经形成一系列反卫星方法。

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美军反卫星攻击示意图,SBSS系统的建成,让美军具有绝对的太空感知优势。

近日,国内某着名网站援引美国“太空”网站文章,以醒目标题刊文《美媒:中国航天开始新长征,水平和美国差50多年》,令人倍感诧异。

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  近年来,美军不断加大对太空的投入力度,天基太空监视系统(SBSS)是重点投资项目之一。

细查原文,方知此意出自乔治·华盛顿大学太空政策研究所约翰·罗格斯登之语。但罗格斯登本意为中国“目前的载人航天仅相当于美国50年前的水平”。

上升式反卫星
所谓上升式反卫星是指当目标卫星经过上空时,从地面、海上、空中发射导弹进行瞄准攻击的反卫星方式。美国常常贼喊捉贼,其实它最先发展上升式反卫星武器。1959年,美国开始进行“大胆猎户座”反卫星导弹拦截卫星的试验。由B-52战略轰炸机多次向近地轨道的报废靶标卫星发射“大胆猎户座”拦截弹,但试验都失败了。
随后换了B-58轰炸机作载机,试验也没成功。最后以B-47轰炸机为载机向靶标卫星发射“大胆猎户座”反卫星导弹,成功击毁一颗报废卫星,试验终获成功。
上世纪五六十年代,因为导弹的精度不高,所以美国就尝试采用太空核爆的方式反卫星。上世纪60年代初,美国陆军部署了具有核战斗部的“奈基-宙斯”导弹,用于攻击低轨卫星。美国空军则以“雷神”导弹为基础发展核反卫星导弹。1960年10月,美国空军用“雷神”导弹携载100万吨TNT当量的核弹头,在近地空间爆炸,摧毁了靶标卫星,但也毁灭了1000公里范围内的其他卫星,导致3颗美英卫星严重受损。美国认为太空核爆反卫星“杀敌一千,自损八百”,是一种损人不利己的方式,所以,“雷神”导弹于1975年被美国放弃。
美国从上世纪70年代后期开始探索发展上升式动能反卫星装备。1985年9月13日,一架挂载着ASM-135反卫星导弹的F-15战斗机,以3.8G的过载向上进行65度爬升,在约11.6公里高度,自动发射了一枚ASM-135导弹,成功击落一枚552公里处的报废军用侦察卫星。
美军还大力发展海基反卫星手段。2008年2月,美国海军“伊利湖”号导弹巡洋舰发射一枚改进后的“标准”SM-3
Block IA导弹,成功击毁USA-193号侦察卫星。
俄罗斯同样具备上升式反卫星能力。2015年11月18日,俄罗斯成功完成一次新型反卫星导弹的首次飞行试验,摧毁了一枚卫星。

金沙国际欢迎你,  据报道,整个SBSS系统预算已增至8.25亿美元,其中,卫星项目预算占一半以上,高达4.25亿美元。

中国载人航天计划十分透明,尚出现如此误读,至于各国高度保密的反卫星活动,自然更是仁者见仁了。那么,中国反卫星攻击能力、效果如何?针对中国反卫星攻击能力的发展,美国会采取何种应对措施呢?通过梳理美国权威专家和学者的观点,本文力图展现美国对中国在太空能力上的评估。

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  可以预见,一旦该系统建成,美军将具有绝对的太空感知优势,会打破现有太空军事平衡,很可能引发新一轮太空军备竞赛。

反卫星:数量和高度都有局限

电子干扰反卫
2011年12月,一架美军RQ-170隐身无人侦察机被伊朗俘获,轰动世界。当时,RQ-170进入伊朗境内进行侦察,伊朗先对其进行通信压制,使其失去了美方的遥控。之后,伊朗利用RQ-170的GPS导航系统缺陷,直接重构了RQ-170的GPS坐标,使该机误认为已经抵达美军在阿富汗的基地,从而降落在伊朗境内。
干扰卫星信号接收是最常用的卫星干扰方法。作战时,用干扰发射天线对着目标上的卫星信号接收天线,发射与卫星信号同频或非同频大功率干扰信号。同频干扰以功率占用为主,对卫星接收通道进行一定频率范围内的功率占用,使干扰信号的场强远远大于正常到达地面的卫星信号场强,形成干扰、压制,破坏其正常接收。非同频干扰是指使用高电平干扰信号让目标卫星信号接收系统的高频头进入饱和状态。
对卫星实施电子干扰的另一种方法,是破坏卫星的正常运行或有效载荷正常工作。卫星几乎都需接收指挥中心的遥控指令、回送遥测数据、姿态控制等信息,如果通过侦收手段掌握敌卫星遥控信号的特征,就可以对其实施干扰,使目标卫星失去地面控制,无法正常运行。也可发射遥控指令改变目标卫星运行状态,如偏离轨道、改变姿态等。

  5颗卫星的绝对太空优势

据美国“国家利益”双月刊网站2015年4月15日报道,在科罗拉多州斯普林斯举行的第31届太空研讨会上,美军主要负责空间发射活动以及导弹预警、航天监视、指挥和控制国防部各类卫星等的空军第14航空队指挥官杰伊·雷蒙德中将表示,中国目前已经具备让低轨道卫星面临危险的能力,而且“很快,处于任何轨道的任何卫星都将面临威胁”。

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  SBSS系统由5颗卫星组成,分两个阶段建设。

对此,前兰德公司斯坦顿核安全计划研究团队成员,哈佛大学肯尼迪政府学院贝尔福科学与国际事务中心博士后研究员格纳特·桑卡兰刊发在美国空军研究所《战略研究》杂志2014年冬季刊的文章《中国反制美卫星能力的局限性》,对中国反卫星攻击能力进行过更为详尽的解读。

定向能反卫星
定向能反卫星是指通过发射高能激光束、粒子束和微波束照射目标,使其毁坏或丧失工作能力。目前较成熟的定向能武器是激光武器,美国和苏联都较早进行了探索发展。
20世纪70年代中期,苏联就开始研发试验地基反卫星激光武器。1975年10月,两颗监视苏联洲际弹道导弹发射井的美国早期预警卫星,飞临西伯利亚上空时其红外传感器忽然失效4个小时,据分析可能是遭到了苏联地基反卫星激光的照射。据报道,上世纪80年代中期,苏联在其境内部署了可对1500公里以下的低轨卫星进行干扰和毁伤的地基反卫星激光武器系统。
美国也在发展试验能干扰、致盲和摧毁低轨卫星的地基反卫星激光武器系统。美国陆军于1997年10月就使用化学激光器进行了攻击在轨卫星的试验。
同时,美苏也都积极发展空基激光武器。苏联曾以伊尔-76MD运输机为平台,发展装有气体激光器的A-60激光飞机,并于1981年升空试飞。从最近的有关报道来看,俄罗斯又已重新启动了类似项目。
美国发展的空基激光武器系统就是着名的YAL-1A激光攻击飞机。YAL-1A激光攻击飞机发展计划始于1992年,机上装有6个红外搜索跟踪传感器,一套二氧化碳测距弱激光器,一套千瓦级固态跟踪照射激光器,一套千瓦级固态信标照射激光器,一套兆瓦级化学氧碘攻击激光器。2010年2月11日,该机首次成功进行弹道导弹拦截试验,用1兆瓦激光击毁一枚飞行中的液体燃料弹道导弹。
空基激光反卫星具有很强的优势。将激光武器部署到高空,特别升限达到1.8万米以上的平台上,能更好地避开云或大气带给激光的吸收、干扰,没有稠密大气削弱光束质量,也可以延长瞄准和攻击卫星的时间。
随着固体激光技术、激光光束控制技术、红外探测技术的不断进步,2016年8月,美国国防部导弹防御局正式提出了“低功率激光验证机”项目,试图发展无人激光攻击系统。计划2020年前开展装机试飞,2021年前完成目标捕获跟踪、精确瞄准、任务激光器稳定性和杀伤能力的演示试验,最后与现有反导系统进行联合作战概念验证,2023年左右完成。
在天基激光武器系统研发上,美俄也起步很早。1981年,苏联在宇宙系列卫星、飞船和“礼炮”号空间站上,进行了一系列激光武器打靶试验。美国1992年以来,也多次进行天基激光武器试验,并加紧了高能微波武器的研制。

  第一阶段,发射一颗卫星替代原来的MSX卫星,首颗卫星已于2010年9月发射,它是整个系统的先导星,称为“探路者”,每天能收集40多万条卫星信息。

桑卡兰认为,“在低于1000千米轨道上运行的情报侦察监视图像卫星最易受到中程弹道导弹的攻击”,但“实际上,目前中国最先进的固体燃料洲际弹道导弹也不具备摧毁高轨道GPS卫星和军用通讯卫星及信号情报卫星的能力。……即便可以采用液体燃料火箭推进的方式,也会存在其它问题”。

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  第二阶段,发射4颗卫星,完成整个系统建设,第二颗卫星计划于2014年年底发射,后三颗分别于2017~2022年发射。

如针对GPS卫星和军用通讯卫星。“中国要想让美军在较长时间内失去GPS的导引,就必须设法摧毁10颗或更多的类似卫星,而这对中国是一个高难度挑战”;对军用通讯卫星而言,在反卫星火箭或导弹发射之后需要进行一系列转轨机动操作,以到达距离地球3.6万千米的通讯卫星运行轨道。“从低轨道到地球同步轨道的转轨操作需要至少5小时,从发射到实际攻击之间的时间间隔足以让美国地球同步轨道上的军用通讯卫星实施规避动作”,并且“即便中国发射的运载火箭可以达到该轨道且能对美军通讯卫星实施拦截,也几乎不可能同时或连续地进行类似发射操作。中国的发射装置还未达到如此先进程度”。

共轨式反卫星
所谓共轨式反卫星,是指将拦截航天器送入目标卫星的轨道平面,逐步紧逼目标卫星,然后对目标卫星实施干扰、破坏、摧毁,或进行捕获、改造等。
目前,美俄已经发展出多种共轨式反卫星装备,比较早的是“反卫星”卫星。“反卫星”卫星又称“太空雷”,由爆炸装置、引信、遥控系统和动力系统等构成,可以预先部署潜伏在空间轨道上,也可以机动部署。战时可根据地面指令,在其自身搭载的雷达引导下,自动接近、识别目标卫星。当距目标卫星800米之内时,启动自毁装置,通过爆炸碎片摧毁目标。
苏联“反卫星”卫星发展的时间比较早。1964年,苏联就开始研发“卫星歼灭者”,到1972年,共进行了20次测试,拦截了7个目标,引爆了5次。1979年,该系统开始战备值班。俄空天军还发展了带有轨道发动机、雷达或红外制导装置和破片杀伤战斗部的新型“反卫星”卫星,其作战高度可达5000公里。
俄空天军还在发展新型“反卫星”卫星。2013~2014年,俄罗斯发射了4颗军用卫星,据美国有关方面称,其中3颗已经多次变轨,靠近俄罗斯的一个航天器,甚至与其相撞。第四颗卫星不断机动,靠近几颗俄罗斯新发射的卫星。
航天器在太空也可发射武器攻击目标卫星。苏联曾在“礼炮”3号空间站上架设一门有效射程为3000米的R-23速射航炮。1975年1月24日,在航天员撤离后,空间站在远程遥控状态下进行了首次试射,发射的20发炮弹均成功命中目标。1981年,苏联“礼炮”号空间站曾用导弹攻击卫星。
在太空中使用机械臂抓捕目标卫星,技术上也十分成熟。1993年,美国“奋进”号航天飞机入轨3天后,经过一系列在轨机动,与欧洲的“尤里卡”卫星交会。随后“奋进”号航天飞机用机械臂将重4.5吨的“尤里卡”卫星抓回。
随着技术的发展,一种天基反卫星装备可同时拥有多种反卫星能力。2007年3月8日,美国“轨道快车”试验验证装置发射升空。“轨道快车”系统由两颗卫星组成,一颗是维修卫星,另一颗是客户卫星,试验的目的是验证卫星交会、捕获、停靠、维修、补充燃料等空间技术。毋庸置疑,这些技术均可运用于反卫星行动中。
值得关注的是,作为通用武器平台,一直在轨飞行的美国X-37B空天飞机可以衍生出多种作战能力,它既可与导弹、激光武器、高功率微波武器结合,也可以装上机械手,实施反卫星作战行动。

  一旦该系统建成,美军就会具有强大的太空态势感知能力,拥有绝对的非对称太空优势。

效果有限,替代系统随时待命

  “看”的本领:目标更多,精度更高,能力更强

桑卡兰强调,即使中国的反卫星行动取得成功,由于未遭攻击卫星可以继续发挥作用,且存在其他的可替代系统,故而中国采取的攻击美国卫星的行动所能达到的效果将非常有限。

  SBSS系统有五个特性。一是监测跟踪目标多。SBSS可对地球同步轨道(GEO)以下所有太空目标进行监测和跟踪,可对直径大于0.1米的1.7万个太空目标编目,监视直径在0.01米以上的太空物体30万个,跟踪800多颗在轨卫星。