美国“作战响应空间”方兴未艾

诸葛炎

最近，美国作战响应空间（ORS）办公室透露，将要求麻省理工学院的林肯实验室研制作“战响应空间-5”卫星，用于对地球静止轨道带进行持续监视，消除在轨空间监视能力的潜在缺口。该卫星是对目前天基空间监视卫星后续任务的技术探路者，被称为“传感器卫星”，将从低地球轨道扫描地球静止轨道带，计划2017年发射。

快速天兵

过去40多年以来，美国曾耗资近千亿美元研制和发射各种军用卫星，它们无论在和平时期还是在危机或战争时期都发挥了重要作用，但是存在研制周期长、费用高昂等不足，而且一旦发射失败或在轨发生故障则损失惊人。尤其是某些价值连城的大型侦察卫星在近些年来的几场局部战争中无法为战场指挥官实时提供他们所急需的战场信息。例如，1991年海湾战争打响不久，美国高级军官抱怨最多的就是卫星提供信息的能力不足。从那时起，美国高级军官总在谈论用卫星协助美军在战区军事行动中直接收发卫星数据的问题。

所以，航天系统如何用于战术一直是美国军方探讨和急切解决的问题。为使航天系统更好地用于战役战术，美国军方早在20世纪90年代初就曾经制定了国家能力战术开发计划，目的就是解决如何把航天技术应用于战术等问题。后来又用“技术试验卫星”、“作战星”、“21世纪技术卫星”和“试验卫星系列”等进行卫星战术应用的验证，为战术卫星发展打下了一定基础。近年还提出了“联合作战航天”的概念，进一步研究太空的战场应用问题。

当今，由于局部战争不断增多和空间技术的发展，美军的军事行动越来越依赖于各种卫星，所以对战术卫星的需求不断加大，它要求卫星的使用范围由军师级扩展到战区各级指挥员乃至单兵，并能应急发射、成本低廉。然而，由于美国现役的军用航天系统缺乏必要的灵活性和轨道机动能力，容易受到攻击，而且快速响应能力有限，所以无法对军用航天系统进行及时的补充，昂贵的发射成本也在很大程度上制约了向太空发射载荷的质量和数量。

为此，2007年，美国战略司令部成立了作战响应空间办公室，以快速响应正在出现的军事需求，开发可以迅速部署的低成本太空能力，它包括快速响应运载器、快速响应小卫星和快速响应发射场等，最终目的是能在短期内生产和发射一颗战场指挥官所需要的战术卫星，满足空间支持和补充的联合军事作战需求。该办公室有两个基本的任务：一是提高技术能力，在极短的时间内对国家的航天能力做出响应；二是对全球联军指挥官的特定需求做出响应。

“作战响应空间”遵循2项原则：快速响应性（迅速性和全球到达性）和经济可承受性。目前，它包括2种不同系列的卫星，“战术卫星”系列试验卫星和“作战响应空间”系列作战卫星。“战术卫星”是美国国防部“作战响应空间”计划下发展的试验卫星，旨在利用小卫星开展一系列技术演示验证，更好地认识和理解响应空间技术实现的可行性，为推动作战响应空间从体系设计向工程研制和能力部署转化提供重要支持。其基本理念是构建低成本且具备快速反应能力的空间平台，卫星的使用范围由军师级扩展到战区各级指挥员，以满足日益增多的战术需求。要想在短期内完成卫星的制造并投入使用，关键在于卫星载荷平台的标准化设计，需要能快速组装和发射的基础设施。该计划的提出得到美国政府高层的重视，开拓了战术卫星发展的新方向。

该计划的目标是：

① 使航天器的设计、制造和测试时间由现在的2～10年缩短到6～9个月；

② 航天器的集成、发射，部署的时间由现在的3～12个月缩短为几天；

③ 达到作战需求的效果由现在的几个小时甚至几天缩短到能够实时支持作战。

为此，需要研制出一系列低成本、能快速升空的运载器和航天器。

卫星要想能快速发射，就必须比美军今天所使用的标准卫星小得多，一般是在500千克以内的小卫星；发射必须更快速、更低廉；卫星应能够在入轨之后几乎立刻投入使用，而不像目前的卫星系统那样需要经历漫长的在轨检测和校正阶段。如果指挥官必须等待2个月以对卫星进行检测的话，那么在接到通知后2天之内将库存卫星发射上去的好处实际上也就化为乌有了。

美国总统奥巴马对“作战响应空间”予以了高度肯定，他表示，“‘作战响应空间计划是使用较小卫星，灵活的太空资产，将使美国的系统更加稳健，减轻易受攻击性。这是投资保护美国太空资产的一种方式”。

开路先锋

“战术卫星”系列卫星是“作战响应空间”系列卫星的孵化器，用于验证“快速响应空间”技术和能力实现的可行性，为未来作战系统开发提供技术支持，在军事航天战术应用、低成本航天器研制、商业现货技术发展等方面具有极为重要的影响，现已发射了“战术卫星-2、3、4、6”，而“战术卫星-1”可能已取消。

验证战场反应

2006年12月16日上天的“战术卫星-2”是“战术卫星”系列中第1个颗卫星，重369千克，用于战术侦察试验，主要验证把卫星拍摄到的敌方目标图像在几分钟内快速传输到己方的战场指挥官那里，而目前这样的传输过程通常都需要几小时甚至几天。

“战术卫星-2”的全色分辨率为0.9米，主要用途是：

① 摸索快速研制新卫星和有效载荷的要求和限制；

② 摸索快速部署卫星的工程技术限制；

③ 摸索对于具体地理位置作战的战场观测，有关小卫星之间如何相互引导实现目标成像。

它装有1套成像系统和名为“目标指示器”的信号情报装置，它们所获得的数据通过数分钟的收集整理就能传输给地面。为了降低成本和缩短研制周期，其成像系统没有采用造价1000万美元的传统方案，而是花了2万美元买了1个20英寸的业余天文望远镜。然后在这个望远镜的基础上花200万美元设计并安装了1个彩色探测器。

在轨运行期间，“战术卫星-2”完成了快速成像验证任务，并直接下传至战场用户；进行了天基和空基平台协作对无线电发射机实时定位和识别；开展了天基自动船舶识别系统能力演示验证，为拥挤航线上复杂电磁环境下天基自动船舶识别载荷软硬件设计积累经验和数据；还完成了多次数天至2周时间的卫星在轨自主运行试验。endprint

探测隐蔽目标

2009年5月19日，美国成功发射“战术卫星-3”。该卫星质量396千克，在约400千米高的近地轨道运行，主要验证向战场指挥员提供实时数据的星上处理技术，演示战术卫星收集重要战区有用军事信息的能力，以及近实时向战场作战人员提供数据的能力。它是面向快速响应、灵活性和经济上可承担的空间作战系统，具有提供关键的情报、监视与侦察的能力；能向联合部队战区和战术指挥官提供了战场空间感知；给出提示，并警告可能出现的威胁；可提示利用其他的情报、监视与侦察传感器做进一步搜集和监视；能利用分析光谱信号识别路边炸弹的迹象。

该卫星上装有名叫“阿蒂米斯”的高分辨率超光谱成像仪、海洋数据遥测微卫星链路和太空电子实验设备。这3个载荷能提供实时成像和海基情报从海洋浮标到即插即用电子装置的传输，以协助作战人员比敌方行动领先一步。该卫星还运用了用户友好软件，向高层官员们展示快速反应航天器对战场上、下级指挥官的价值。它也是第一个投入使用的作战快速响应型太空仪器，成为一种天基支持军事的全新范例。

在轨运行期间，“战术卫星-3”在10分钟内完成了成像、图像处理并传输到战术用户终端的演示验证；获取了超过1600幅高光谱图像，开展了90种试验。它在2009年年底参加陆军的试验中，展示了其接收战区指挥信息，收集图像，并将成果下行传送到战地士兵手中的能力。在2010年，“战术卫星-3”获得最佳遥感器奖。它不同于传统的军事卫星，因为该卫星在经过某地上空时，可直接接受来自当地地面用户的任务，并将处理过的图像直接传给用户。“战术卫星-3”支持了美国军方在加勒比、中美、南美的军事行动，展示了其接收战区指挥信息，收集图像，并将成果下行到战地士兵手中的能力。

不拉天线通信

2011年9月27日，“战术卫星-4”升空，用于验证与许多已部署的卫星无线电接收设备兼容的特高频移动通信能力，满足美国海军动中通和海上态势感知等领域的需求。该卫星质量为450千克，可让战斗兵不需要拉天线就可以用无线电通话，每天可以对热点地区提供3次、每次2小时覆盖，能在24小时周期内为全球多个战场提供支持，旨在为美国军方验证新的卫星通信技术。

此前美国海军的通信卫星每天只能为一些单位提供15分钟的信号。为了延长某些地区的通信时间，进行超视距通信，“战术卫星-4”不绕传统的圆形轨道，而是椭圆形轨道运转，每天绕地球3次，可以让在中东等地的作战单位使用7～8个小时。美国国防部说，这颗卫星将试运作1年，1年后评估是不是需要长期部署。依照美国国防部的说法，在一些特殊的地区，受到地形、地物的限制没办法拉天线或者拉天线会暴露位置，而有了这颗卫星就不用担心了。

研制“战术卫星-4”的另一个目的是开发和验证快速响应标准化卫星平台，推动“作战响应空间”的发展；增强类似美国“移动用户目标系统”（MUOS）卫星的特高频卫星移动通信的作战效能，具备灵活调整能力，及时响应战场变化；缓解动中通通信的需求，使用户无需对准天线即可进行通信；提供灵活的上行、下行信道分配，增强卫星在射频干扰地区工作的能力；收集海军浮标/传感器收集的数据，并传送回处理站；为美军服务水平较差的区域（无网络地区和用户）提供特高频频段蓝军跟踪和数据收集等功能。

在轨运行期间，“战术卫星-4”建立了部队与其视线之外另外部队的通信联系；也用于中继来自部队所使用的与GPS相联系的蓝军跟踪设备的数据，这有助于监控友军的位置，以避免发生友军间误伤事件；还用于中继由漂浮在海洋上的浮标所搜集的数据。

2013年12月6日，美国“战术卫星-6”卫星成功发射入轨，该卫星是立方体纳卫星，质量5千克，用于测试战术通信技术。

未来，美国还将通过“战术卫星-5”计划验证空间即插即用技术，目前发射时间未定。

实战杀手

2011年6月29日，美国国防部作战响应空间办公室的“作战响应空间-1”卫星入轨。该卫星是“作战响应空间”项目的第1颗作战型小型战术侦察卫星，质量430千克，从研制到发射历时30个月。而大多航天器从设计、开发、集成到在太空运行需要用7～10年的时间，所以该卫星的最大特点是能快速发射。

“作战响应空间-1”是面向战场用户的业务卫星，主要为负责阿富汗、伊拉克等中东中亚地区作战的美国中央司令部提供急需的战场态势感知能力。它具有多频谱拍照能力，能提供地面部队指挥官指定区域的彩色图像和全气候的夜视能力；还可运用已有的地面系统处理和分发图像等其他信息到战场，满足美国关键指挥情报-侦察-监视的需求。其下行链路传输速率为274兆位/秒，与美军无人侦察机使用的机载通用数据链兼容，有利于多源情报的快速获取、处理和分发。

其有效载荷采用古德里奇公司改进的“电光侦察系统-2”多光谱遥感器，可为美国中央司令部提供快速的、关键性的数据。它有7个谱段，空间分辨率为1.2～2.5米，可提供全天候高精度成像、光学活动目标指示、光学测量和标记信息、伪彩色合成，并能同时收发信息，使地面实时看到，可较好地满足作战用户对卫星空间、时间和光谱分辨率的战术应用需求。

“作战响应空间”卫星在战术上有重大价值，可针对难于预测的突发事件提供情报-侦察-监视和通信能力，从而弥补大卫星的不足。不过，它不能完全代替导弹预警卫星等现有的大卫星，因为后者有很强的功能和很长的寿命。美国空军仍将需要大卫星来满足与部署在世界各地的美军进行大量通信和在全球范围内监视敌人导弹发射的需要。但“作战响应卫星”能够在所关注地区的上空更频繁地过顶，所以在提供所需的能力以应付意外偶然事件方面肯定会占有一席之地。

2013年11月19日，“作战响应空间-3”任务用“人牛怪-1”火箭完成1箭29星的发射，其中包括1颗180千克的“空间试验项目卫星-3”和28颗立方体卫星，用于验证“自主飞行安全系统”技术，提高快速响应发射火箭自主管理能力。未来，美国还将通过“作战响应空间-4”（2014年发射）等任务验证快速响应发射能力；通过“作战响应空间-2”（2015年前发射）验证雷达成像能力。endprint

同时，美国“作战响应空间”计划也激发一批面向战术应用的创新项目，带动军兵种空间快速响应能力大幅提升。美国各军兵种在作战响应空间计划驱动下，相继提出面向战术应用的小卫星项目，例如，“隼眼”、“太空与导弹防御司令部-作战纳卫星效果-1”、“群落”和“提高军事作战效能的空间系统”计划等，发展快速响应能力。

美国空军航天司令部司令谢尔顿认为，“作战响应空间”的思想正在成为设计军用系统的主流思想。美国各军兵种在该计划驱动下，相继提出面向战术应用的小卫星项目，发展作战响应空间能力，从而与主战场大卫星系统形成能力互补。

四大能力

对于卫星战术应用来讲，目前各种军用卫星存在的最大问题就是成本高。例如，美国“国防支援计划”导弹预警卫星的造价为3.3亿美元，成像侦察卫星更是价值连城。要想缩短卫星情报-侦察-监视的重访周期，实现快速反应，就需要发展大规模星座或高轨道乃至地球静止轨道成像侦察卫星，但如果卫星耗资巨大，则仍无法实施。要实现更快、更省地发射卫星，卫星的研制周期、发射准备时间和在轨测试周期等都必须比以往大大缩短才能满足需要。在这方面，“作战响应空间”项目可为美军提供4大能力：

一是采用标准化的卫星通用平台和模块化有效载荷及部件，并能通过快速组装和测试技术等，形成太空系统的快速研制和部署能力等。因此，“作战快速响应空间”系统可对美军战力提升及部队转型产生重大影响。该项目不仅为美国军用航天提供了许多新技术的试验平台，也推动了卫星领域特别是微小卫星的发展。借助“作战响应空间”项目支持，美军提出了诸多微小卫星和相关技术的新概念，包括如即插即用卫星和未来的快速、灵活、自由飞行和组合型航天器的F6项目等。从而进一步保持其在军用航天技术上的领先优势。

二是能提高美军的太空应急能力，快速满足意料之外的紧迫需求，有力补充大型卫星系统的战略能力。特别是在大型卫星系统受到攻击而失效时，“作战响应空间”系统能快速提供军用航天系统的重建能力。长期以来，美国只有高级指挥机构和部队的高层指挥人员对卫星有优先使用权，战术分队和较低级别的指挥官却没有机会使用。所以，美国拟通过“作战响应空间”计划全面提升对太空资产和运用和保护能力，拓展战场指挥官对太空资产的运用权限。

三是可进一步拓展航天系统的应用范围，使航天系统有更广泛的战术应用能力，快速响应不断变化的战场需求，及时提供针对战役和战术任务的战场情报、监视与侦察，部队移动中通信，气象监测，定位、导航等各种信息。

四是能使航天系统更易于维持、更有效，并具有更强的生存能力，成为太空防御的新途径，并将有效提高关键太空系统在未来战争中的快速补充和恢复、重建能力。

“作战响应空间”还可探索发展军用航天系统的新模式。现在，美军一个大型军用航天系统的研发周期需要15～25年甚至更长，维持这些大型系统的全寿命费用很高，达上百亿美元。而发展“作战响应空间”项目能大大缩短研制周期，节约成本。

随着“作战响应空间-1”卫星的部署，美军的“作战响应空间”能力已进入研制和部署模块化卫星阶段，此后的重点是研发可满足“作战响应空间”需求的新型航天系统，争取可在数日乃至数小时内迅速提供航天信息支援能力。

不过，“作战响应空间”计划在战术领域的仍存在成本相对昂贵、缺乏专门执行轨道操控的战场指挥官等困难，复杂战术环境下卫星的信号干扰等技术问题也有待克服。此外，如何协调众多战场指挥官对卫星的战术控制和使用也存在争议，“作战响应空间”是否能够满足作战人员的需求也不明确。这些都是今后要解决的问题。endprint