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美国空间对抗装备与技术新进展

2010-06-11吴勤

国际太空 2010年1期
关键词:天基财年卫星

□□近年来,美国空间攻防对抗的发展迅速,在空间对抗装备与技术方面一枝独秀,并继续保持在该领域的垄断地位,其他国家则进展相对缓慢。目前的发展趋势是:空间态势感知依旧是空间攻防对抗的最优先发展领域;空间防护技术得到高度重视;空间进攻以技术探索为主;空间对抗技术发展思路与途径更加趋于攻防技术融合发展。

“天基空间监视”卫星

1 空间态势感知受到高度关注

2008年美国空军航天司令部总司令在24届美国航天研讨会上表示,增加投资以提高美国空间态势感知能力。2009财年美国国防预算中,空军向国会申请的预算里约有4.213亿美元用于空间控制活动。这一数额比2008财年增加了20%,约占2009财年所有空间系统研发及采购总预算申请(85亿美元)的5%。空间态势感知领域共获批2.403亿美元,这一数额超过了所有空间控制活动预算申请额的一半;其次是空间对抗,获得1.04亿美元的投资,空间控制技术的投资额为0.77亿美元。

目前,空间态势感知仍然是美军空间对抗领域发展的重中之重,在美国空间对抗领域具有最高发展优先权。其中重点发展的项目有:天基空间监视(SBSS)系统、一体化空间态势感知(ISSA)、自感知空间态势感知(SASSA)及空间篱笆(Space Fence)等。

(1)天基空间监视系统

近年来,美国空间态势感知领域获得投资最多的项目是天基空间监视系统,这是第一个能极大改进美国探测、跟踪在轨目标能力的星座。2008年4月,波音公司完成了“天基空间监视”卫星运行中心硬件设施的安装,并开始启动“天基空间监视”首颗卫星的载荷集成和试验,该卫星计划于2010年发射。“天基空间监视”系统是一个近地轨道光学遥感卫星星座,具有高轨道观测能力强、重复观测周期短、全天候观测的特点,可大幅度提高美国的空间探测能力。“天基空间监视”卫星由波音公司和鲍尔宇航技术公司联合研制,星上携带能快速响应任务指令的光学望远镜。

(2)一体化空间态势感知系统

一体化空间态势感知是一项为美军空间监视网络建立实时互联、集成与分发的网络化集成的态势感知系统,该系统的目的就是融合使用空间态势感知数据。2009财年,一体化空间态势感知项目获得4450万美元的研发投资(2008财年为2600万美元),以及900万美元的采购资金。这些资金将用于创建一个网络中心系统,旨在实时互联、集成并分发美国空间监视网络现有遥感器获得的信息。美国国防部从2009财年开始增加投资,以加快科罗拉多州彼德森空军基地空间防御作战中心(SPADOC)网的迁移与升级,以及非传统遥感器的集成工作。一体化空间态势感知项目的投资还将继续用于“扩展的空间遥感器结构”(ESSA)项目的技术演示,后者旨在将空间监视网络与导弹防御遥感器更好地集成在一起。

(3)自感知空间态势感知系统

自感知空间态势感知是一个技术验证项目,将研制一种为卫星提供战术空间态势感知能力的有效载荷,主要用于确定激光攻击与无线电干扰。这种有效载荷主要包括覆盖可见光与射频谱段的、用于探测人为威胁与环境威胁预警的一系列遥感器及通信组件和通用接口。该系统的载荷将为卫星提供以下能力:发现攻击的迹象和预警;识别攻击源并定位;完成敌方空间系统的作战破坏性评估;识别空间环境异常和人为的威胁;察觉威胁后,卫星通过通信链路从太空向联合功能组成指挥部和空军的“快速攻击识别探测报告系统”(RAIDRS)报告。自感知空间态势感知计划自2008财年国会拨款2500万美元之后开始启动,2008年10月洛马公司获得空军的技术演示研发合同。空军准备利用2012年发射的用于验证新技术的战术卫星-5(TacSat-5)进行自感知太空态势感知技术的演示验证。

(4)空间篱笆系统

空间篱笆项目是美国空军下一代地基空间目标监视系统发展计划,将替代现有的“空军空间监视系统”(AFSSS)。根据新发布的该项目招标书(RFP),空间篱笆系统的特点和性能主要包括:使用地基S频段雷达,基于网络中心构架;可探测位于250~3000km和18500~22000km的低/中地球轨道上的10万个空间目标,探测能力是现有地基系统的10倍;可对直径为5cm的目标进行监视(现有系统只能监视直径为30cm的目标);系统中每个雷达都具备同时跟踪100个低轨空间目标的能力。

空间篱笆项目于2006年提出,原计划2008年年初启动第一阶段合同,但因各种原因一再推迟,美国空军曾于2008年8月、10月和2009年1月先后发布了3份项目招标书草案。根据该草案,空间篱笆的第一阶段为期18个月,空军将授予3家承包商共9000万美元的合同,用于概念发展,进行系统的初始设计;第一阶段结束后,空军将选择其中两家承包商进行原型机开发;之后将授予其中一家总价约35亿美元的系统开发合同,建造一套分布于全球3个地点的系统。空军希望该系统在2015财年具备初始作战能力,2020财年具备全部能力。

2 加强空间进攻领域新技术探索研究

近期,美国在空间进攻领域取得了新进展,主要体现在:继续探索多种具有空间对抗潜力的前沿技术;重新启动了天基导弹防御计划的研究;机载激光器研究取得重要进展;继续发展卫星链路干扰系统与快速全球打击系统。

2.1 美国继续发展具备潜在反卫星能力的空间技术

当前,美国发展的各项空间技术中虽然没有明确指出哪一项或几项将用于反卫星作战,但是其正在通过发展可用于反卫星武器的相关技术,为未来研制与部署反卫星武器奠定基础。主要包括以下几个项目。

(1)实验卫星系统(XSS)项目

2009财年,美国国防部为“实验卫星系统”的预算投资为2930万美元,该项目以原导弹防御局的克莱门汀-2(Clementine-2)项目为基础,最早的两颗微卫星已分别于2003年和2005年发射,近期将发射第3颗卫星。美国空军预算显示,实验卫星系统计划与专门研究激光和微波武器的先进武器技术有关;而且,有关的卫星载荷计划包括对空间态势感知与进攻性/防御性空间对抗任务的研究,因此该计划可能发展成为天基动能/定向能反卫星计划。

实验卫星系统-10卫星

自主纳卫星守卫者计划提供局部的空间态势感知能力,并为主卫星提供“异常特性描述”。美国空军2009财年的预算文件认为,应把该项目描述为“探测直接上升的或同轨道的飞行器”而开发的“主动及/或被动的威胁预警遥感器”。自主纳卫星守卫者项目所开发的能力也可能用于反卫星武器。

(3)微卫星验证科学技术试验计划(MiDSTEP)项目

2009财年微卫星验证科学技术试验计划的预算为800万美元,将研究先进技术、能力和空间环境特征。这些研究是验证用于高性能轻型微卫星一系列先进技术所需要的。该计划还将探索超稳定的有效载荷绝缘和指向系统,以及微卫星/模块组网的可能。其验证的机动能力可以为反卫星武器提供动力,同时使基于微型卫星的反卫星武器将更加难以被探测和跟踪。

(4)初期自动机器人技术(FREND)项目

初期自动机器人技术项目于2006年启动,将研制、验证空间自动机器人技术。通过立体成像技术与多自由度机器人的有机结合,实现自动捕获没有安装对接装置的空间物体,用于实施航天器抢救、维修、修复等。这类机动能力与非合作目标的对接能力相结合,能形成有效的反卫星能力。

(5)快速进入航天器试验台(FAST)项目

2009财年快速进入航天器试验台项目的预算为1200万美元,将验证一系列在地球静止轨道完成快速轨道重新定位的关键技术,最终目标是验证高效高功率(50~80kW)快速转移卫星的能力,使之能够按需进入地球静止轨道上的任何位置。这种快速轨道重新定位能力能够用于地球静止轨道上的反卫星武器。

在中国高等教育学生信息网中有公告发布为:从2018年7月1日起调整学历认证受理范围,停止受理2002年(含)以后毕业的高等教育学历证书的书面认证申请。2002年以后的学历证书可以通过该信息网免费查询。这项工作是考虑到学生档案的实际需求,为减少和避免“重复证明”,简化办事手续。高校档案馆在新的形势下,可以像教育部学历查询网站一样,积极拓展思路,多为师生提供便捷的服务。

(6)超小型有效载荷投送(NPD)项目

2009财年超小型有效载荷投送项目的预算为600万美元,将验证从陆地、海上或空中平台快速发射超轻质量(1~10kg)航天器的可行性,在该计划下还将研制和试验轻型火箭发射平台(如从F-15战斗机发射类似空射导弹的小型运载火箭)。这类纳卫星由于难以被探测和跟踪,因此可用于反卫星武器。

(7)高性能德尔他-V试验(HiDVE)项目

2009财年高性能德尔他-V试验项目的预算为700万美元,将设计、研制和验证低质量、小容积和高性能德尔他-V太阳能热推进(STP)发动机,这种发动机将适合于质量不足15kg的纳卫星。将纳卫星送入轨道并快速机动的能力有可能在近期研制成不易被探测的在轨反卫星武器。

(8)微电空间推进(MEP)项目

微电空间推进项目于2005年启动,旨在验证灵活、轻质量、高效、可升级的微推进系统,以催生新一代快速、长寿命、高灵活、高机动性的1~100kg的新卫星。该技术使卫星具有较高的机动能力,可用于直接命中并撞击毁伤目标卫星,或接近目标卫星后利用定向能载荷破坏目标卫星。

高性能德尔他-V试验卫星

2.2 美国成功进行高轨道微小卫星试验

美国国防部曾对一颗出故障的国防支援计划-23(DSP-23)卫星进行了一次深空监视。2009年1月,美国承认首次利用在地球静止轨道上运行近3年的2颗“微小卫星技术实验”(MiTEx)卫星(2006年6月发射入轨),在40000km的轨道上对失效的国防支援计划-23预警卫星进行秘密监测,并完成近距离观察、成像等操作,获取了相关数据,演示验证了高轨道机动/追踪、接近观测/检查、绕飞/伴飞技术的可行性。“微小卫星技术实验”卫星质量为225kg,借助其长寿命和大推力的上面级发动机,可在太空自由行动。

“微小卫星技术实验”卫星验证的技术适用于各种军事任务,其上面级的推进能力和长寿命使卫星能够移动到地球静止轨道上任何位置执行接近操作,从而详细地侦察一颗卫星,进行拍照,鉴别其弱点,并接收所有对该卫星收发的无线电通信;还可进行更多的敌对行动,诸如干扰卫星与地面的通信,甚至可对卫星实施攻击。

2.3 美国重启天基导弹防御计划

2008年10月,美国导弹防御局宣布国会已于9月同意拨款约500万美元用于研究天基试验台计划,该计划的目的在于就发展天基导弹防御系统开展独立研究,这是美国1993年取消类似项目以来首次批准相关研究经费。布什政府曾于2007年申请拨款1000万美元开展有关研究,但美国国会考虑到人们对太空武器化的担忧而否决了布什的申请。导弹防御局在2009财年再次为该项目申请1000万美元的投资,并准备至2013财年累计申请2.683亿美元。

目前天基反导系统还处在秘密研究试验阶段,离实际部署还有一定的距离;即使要部署,在很多年内也只能进行少数系统的部署。不过,一旦部署,可以用于攻击各种轨道高度的卫星。

2.4 机载激光器取得重要进展

机载激光器计划旨在把兆瓦级的化学氧碘激光器集成到飞机上,用以击落处于助推段的弹道导弹。机载激光器的开发和试验将为发展定向能反卫星武器奠定技术基础,同时该系统本身也具备一定的反卫星能力。

近年来,机载激光器计划取得重要进展。2008年2月,6个化学氧碘激光器(COIL)全部安装到载机上;9月7日,安装在波音747-400F飞机上的六模块高能化学激光器在加利福尼亚爱德华空军基地首次完成地面出光试验,标志着机载激光器计划历时10个月的高能激光器与载机的集成工作以及集成后的试验准备工作已经完成,研发工作又实现了一个重要的里程碑。未来一段时间,机载激光武器系统的高能激光器还将进行一系列地面试验。这些地面试验的最终目标是逐步实现摧毁助推段弹道导弹所需的时间和功率水平。完成地面出光试验后,机载激光武器系统还进行了多次整体飞行试验,并在2009年进行拦载近程弹道导弹的毁伤能力验证试验。从总体上看,机载激光器系统目前尚处于技术验证阶段,估计在2018年后才具备实战能力。

2.5 继续发展卫星链路干扰系统

卫星通信对抗系统(CCS)是美国空军研制的一种摧毁敌方军用卫星通信设施的地面移动系统。该系统使用可恢复的、非摧毁性的手段,阻断被认为对美军及其盟军有敌意的、基于卫星的通信链路,即能够用无线电频率干扰敌方卫星的上行/下行链路,阻断敌方的卫星通信。

2009财年,美国空军继续投资发展卫星通信对抗系统,其中投入2980万美元用于研究、开发、试验与评估(RDT&E),900万美元用于采办。目前,美国有2个该系统的作战单元和3套可部署的Block-10系统。2009财年预算申请继续研发Block-10的改进型,交付日期为2009财年末;此外,还支持其后续Block-20的研发,在2009财年末研发出Block-20样机。

3 空间防护技术取得新突破

美国把空间防护上升到新的高度,成为美国国家顶层要务。美国加强空间安全战略与空间系统防护战略研究,首颗电离层通信干扰预报卫星投入使用;新一代卫星威胁识别与预警系统正在加速研制;分离模块组群航天器技术继续向前发展;以激光通信为代表的卫星通信抗干扰技术稳步向前推进。

(1)美国加强空间安全战略与空间防护战略研究

2008年2月7日,美国空军参谋长发布《国家保护者:美国的21世纪空军》白皮书,重点关注空军如何在平等的基础上将三大作战领域(空中、太空及网际空间)更好地整合与部署;2008年3月,美国国会众院军事委员会战略分会主席发表了《论全面空间保护战略》的报告,美国政府问责局发表了《国防空间活动:需要国家安全空间战略指导美国国防部的未来空间计划》的报告;2008年4月,按照美国国会要求,美国空军空间司令部与国家侦察办公室在2008年7月提交了《空间防护战略》的秘密版本。此外,美国空军空间司令部与国家侦察办公室还启动了另一项计划,商讨军事和情报部门如何保护空间资产。

(2)美国计划部署新一代威胁预警系统

2008年3月,美国空军宣布将部署首个专门用于对抗反卫星导弹和其他威胁的系统。该系统被称作“快速攻击识别探测报告系统”(RAIDRS)Block-20,目前还处于概念设计阶段。五角大楼希望该系统在2011年之前能及时提供威胁预警数据。为了进行空间防护,美国需要预知导弹来袭的能力和卫星的机动能力,识别是否有威胁来临的一个关键环节,即把航天器上的反常情况与看似无关的数据联系起来。空军希望“快速攻击识别探测报告系统”能够从公开和加密的数据源中收集有用数据,以实现对反卫星武器袭击的预警,进而进行相应的卫星机动以规避打击。

“快速攻击识别探测报告系统”是美国国防部唯一公开的、用于对抗直接上升式反卫星攻击的项目。该系统可为美国国防部的所有空间资产以及其他政府机构的秘密卫星系统提供监视能力。它将是一种软件密集型系统,可以对空间气象数据、反卫星导弹发射预警数据、卫星定位与空间遥测数据以及各种来源的情报等多种数据进行比较。

(3)“通信/导航中断预报系统”(C/NOFS)卫星投入使用

2008年4月16日,质量为395kg的美国空军“通信/导航中断预报系统”试验卫星采取空中发射方式被送入近地点380km、远地点714km的轨道上。该卫星将收集有关电离层闪烁现象数据,以便更好地预报电离层对通信的干扰。这种通信干扰被称为闪烁,即当无线电波通过电离层时会出现畸变或消失。这种现象能够引起通信卫星或GPS卫星的严重信息传播故障。“通信/导航中断预报系统”卫星所收集的数据将被传送到汉斯科姆空军基地数据处理中心并输入预报模型中,以便预报闪烁发生的时间与地点,同时也为建立下一代更精确的闪烁预报模型奠定基础。

(4)研制用于微小卫星隐身的温控热电薄膜

美国科学家正在研制一种名为“薄膜可变辐射电致变色装置”的新型热电薄膜技术,可用作微小卫星的“皮肤”。这种不足0.3mm厚、可以覆盖卫星表面的薄膜通过加载电荷的方式能在红外线与可见光谱下变色,从而达到控制辐射和温度的目的。该薄膜还能抵御原子氧的侵蚀和太空微陨石撞击。由于能可控地改变航天器的辐射率和光学特征,因此也可以为卫星提供新的隐身特性。作为一种新的卫星防护技术,美国计划2013年开始运行应用这种热电薄膜技术的原型样星,该技术有可能在2015年前后实际应用于微小卫星。

(5)分离模块组群航天器技术继续发展

F6计划的目标是验证卫星结构的可行性和优势,传统上的“整体式”航天器将被无线联通的航天器模块组群所替代。F6项目一旦获得成功将改变当今军事航天结构,创造一个网络化的空间系统。F6项目所研究的技术能够增强空间系统的灵活性,极大地提升航天器的防护能力。

2008年2月,美国国防高级研究计划局(DARPA)分别授予轨道科学公司、波音公司、诺格公司及洛马公司F6项目第一阶段概念研发的合同。5月,国防高级研究计划局选中波音团队演示系统F6的初始技术。第一阶段合同要求完成以下任务:①为模块式航天器方案发展关键技术,包括鲁棒性自组织网络、可靠的无线通信、容错型分布式计算、电力无线传输及自主室集群导航;②选择一项重要的空间任务,并设计一个航天器系统来完成此任务;③发展一种使用计量经济学工具的创新性分析方法,对具备同样能力的传统单一航天器和新型模块式航天器的风险调整成本和价值进行对比评估;④发展一种半实物型仿真测试平台,使用联网计算机对模块航天器系统进行仿真。

“通信/导航中断预报系统”卫星

(6)卫星抗干扰技术取得新突破

卫星光通信能够实现大容量的高速通信,同时也能够避免常规的电子干扰技术对卫星通信链路的干扰,为通信链路防护提供一种有效的方法,但是该项技术仍然存在较大的挑战。2008年3月,美国“近场红外实验”(NFIRE)卫星与德国“陆地合成孔径雷达-X”(TerraSAR-X)卫星使用激光终端,以5.5Gbit/s的速率成功进行了太空宽带数据的双向传输,实现了在轨激光通信。此次任务由德国Tesat-Spacecom公司与美国通用动力先进信息系统公司合作执行。激光终端由这家德国公司研制,该公司目前正在开发下一代激光终端,计划将其用于地球静止轨道中继卫星间的远距离链接。

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