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法国太空军事力量发展情况研究

2022-04-20赵荣杨强西安卫星测控中心

国际太空 2022年3期
关键词:军用轨道卫星

赵荣 杨强(西安卫星测控中心)

编队飞行的“西瑞斯”卫星

近年来,法国在太空领域动作频频,加入了多国联盟“联合太空作战”(CSpO)倡议、公布了新的太空防御战略、成立了欧洲首个太空司令部、进行了欧洲首次太空军事演习等,开创了多个欧洲先例,表明法国加大了太空军事力量建设,以全面提升太空军事能力。法国作为欧洲航天强国,也是欧洲航天引领者,始终雄心勃勃想实现从区域性航天强国变为全球航天强国的梦想。目前,法国已经建立相对全面的太空力量来支持太空军事行动,包括太空监视、航天发射、太空信息支援能力等。

1 太空发展战略

2019年7月25日,法国国防部长弗洛伦斯·帕利(Florence Parly)在里昂蒙特凡尔登942空军基地宣布新的太空防御战略,将积极采取主动防御性太空战略,确保法国在太空中的决策和行动自由,并称主动防御不是进攻性的,只是一种自我防护。太空防御战略的主要内容包括3个方面:一是组建新的法国太空司令部,负责指挥所有与军事太空相关的行动,制定太空作战理论,保护太空资产。二是修改法国现行的太空法律,增加军队进行太空行动的自由度和保护法国太空资产的能力,发展未来太空军事行动的自主权。三是提高太空监视能力和太空防御能力,以更有效地应对未来不断增长的太空威胁。法国将在太空领域增加投入7亿欧元,使得2019-2025年的国防太空预算达到43亿欧元;还将更新成像侦察、电子侦察、军用通信等卫星星座,升级“格拉夫”(GRAVES)相控阵雷达,扩展光学望远镜网络,探索宽带成像雷达,发展远程弹道导弹预警雷达等。此外,为了更好地监视和积极保护本国卫星,法国计划在卫星上安装监视摄像头或发展配备摄像头的小型保镖巡逻卫星,甚至加装激光武器,以监视有敌对行为的国外卫星并进行防护攻击。

2 太空相关机构

法国太空军事力量的发展充分体现了寓军于民、军民融合的思想。军方主要是法国空天军(ALA)的太空司令部(CDE),民方主要是法国航天局(CNES),也称国家太空研究中心。目前,法国军方一方面通过组建军内太空作战指挥机构实现军事太空力量集中统一指挥,另一方面则十分依靠法国航天局实现太空能力的快速增长。

太空司令部

法国太空司令部是继美国成立太空司令部后全球成立的第二个太空司令部,也是欧洲首个太空司令部。法国太空司令部于2019年9月3日正式成立,作为兵种指挥机构隶属于法国空天军,总部位于法国图卢兹,现任司令为米歇尔·弗里德林(Michel Friedling)。太空司令部继承和取代了之前的联合太空司令部(CIE),将联合和协调国家的军事太空资源,并负责统一指挥法国的太空军事力量,还将参与军事太空政策的制定和实施、发展军事太空领域的国际合作等。目前,太空司令部下属的太空军事力量主要包括太空作战指挥与控制中心(C3OS)、军用卫星观测中心(CMOS)、太空目标军事监视作战中心(COSMOS)等。太空司令部的人员规模将从成立初始的220人扩大到2025年时的500人。此外,法国太空司令部还计划建立一个太空实验室和一所太空学院。法国的最终目标是要建立一支独立的太空军军种。

太空作战指挥与控制中心位于法国巴黎巴拉尔区(Balard)的武装部队总部,是前联合太空司令部的太空作战指挥中心。法国空天军的太空司令部取代联合太空司令部后,计划在图卢兹总部建设新的太空作战指挥与控制中心,并尽可能将所有太空军事力量集中到图卢兹总部。

军用卫星观测中心位于法国瓦兹省克里尔(Creil)110空军基地,主要任务是确保法国军队能持续获得卫星图像,包括军事和商业图像。中心全年24h不间断运行,主要任务是运行“太阳神”(Helios)、“光学空间组件”(CSO)等军用侦察卫星,同时和法国航天局图卢兹中心密切合作,获取“昴宿星”(Pléiades)等军民两用卫星的侦察图像。此外还和欧洲军事盟友合作,获取德国“合成孔径雷达”(SAR LUPE)卫星和意大利“天空-地中海”(Cosmo-Skymed)卫星的图像。军用卫星观测中心日常进行成像任务编排、检查任务执行、获取成像数据并进行成像,检查图像质量后上传管理服务系统供各军方用户查看使用。

太空目标军事监视作战中心位于法国里昂蒙特凡尔登942空军基地,主要任务是对太空目标进行持续监视,包括目标再入大气层危险警告、卫星在轨碰撞风险管理等,此外还包括太阳活动监测以预防太阳耀斑对电磁干扰。通过中心可以从整体上掌握太空状况,从而增强军事行动和确保太空资产安全。中心不仅利用军内自身装备监视太空目标,同时也利用法国航天局的观测数据和美国等盟友的共享数据。现阶段,该中心不断监视着1万多个太空目标。

法国航天局

法国航天局(CNES)作为民用力量一直支持法国军方太空力量的发展,已成为执行军事太空计划的重要组成部分。法国太空司令部总部就设立在法国航天局图卢兹航天中心园区内的一幢专用大楼里,两家单位同驻一地,以相互展开密切合作。

作为法国最大的政府航天机构,法国航天局成立于1961年,总部设在巴黎,负责制定和实施法国的太空政策和计划,包括参加欧洲航天局(ESA)工作和国际合作等,目前员工人数约2350人,其中一半以上员工是高水平的专家和工程师,年度经费超过23亿欧元。法国航天局通过巴黎莱斯哈勒斯(LES HALLES)总部、巴黎多梅尼(PARIS DAUMESNIL)发射器中心、图卢兹航天中心(CST)和圭亚那航天中心(CSG)这四个主要中心,在“阿里安”(Ariane)运载火箭、太空科学探索、地球观测、卫星通信、国防应用等五大主要战略领域中开展太空活动。其中,国防应用包括高分辨率光学成像、电子侦察、安全通信、太空监视等诸多方面。图卢兹航天中心作为技术中心,主要从事太空技术开发和试验、卫星轨道控制和操作、卫星数据管理等。图卢兹航天中心不仅负责运行“斯波特”(SPOT)等民用卫星,而且也负责操作一些军用卫星。

3 太空监视能力

法国是全球少数建设有本国太空监视系统的国家之一,也是欧洲太空监视的主力。法国国防部在2019年7月发布的太空防御战略中称,要更好地监视和积极保护法国卫星,并在提出的太空军事规划中,明确将提升太空监视能力作为其核心能力建设,要继续使法国保持欧洲领先的太空监视能力。目前,法国的太空监视系统主要由军用的“格拉夫”相控阵雷达、SATAM精密跟踪雷达、“蒙日”(Monge)导弹测量船和民用的“塔罗”(TAROT)望远镜、“地球静止轨道跟踪者”(Geotracker)望远镜等组成,综合运用本国军民商力量以及欧洲其他国家的太空监视数据,使得监视的太空目标数量达到1万个。法国还和美国签署有空间态势感知数据共享协议。

雷达监视能力

法国的低轨监视能力主要由“格拉夫”相控阵雷达、SATAM精密跟踪雷达和“蒙日”导弹测量船提供。三型雷达组合形成了陆基和海基相结合、固定和机动相结合、广域搜索和精密跟踪相结合的监视体系,使法国具备了规模适中的监视能力。

“格拉夫”雷达是法国乃至欧洲最重要的一部太空目标监视装备,主要用于监视低轨太空目标并评估轨道上的威胁,也是低轨目标编目的最大贡献者。“格拉夫”雷达是一部双基地雷达,发射连续波,采用收发分置方式,主要对轨道高度为400~1000km的目标进行探测,探测距离约2000km,可跟踪尺寸大于1m的目标。雷达主要监视过境法国领土及周边上空的太空目标,每天24h可跟踪和识别3000多个目标。目前,雷达处于现代化升级改造中,将提升小目标探测能力,例如,可探测距离1500km处鞋盒大小的目标。SATAM精密跟踪雷达共有3部,其中2部固定部署,1部可机动部署,可提供对太空目标的精密跟踪,包括陨落目标和在轨碰撞风险目标。“蒙日”导弹测量船可在海上灵活机动部署,船上装有“阿莫”(Armor)雷达等多部测量雷达,可有效应急支援运载火箭发射和卫星监视任务。

法国主要现役太空监视装备

“格拉夫”雷达发射站

光学望远镜监视能力

法国的高轨监视能力主要由“塔罗”和“地球静止轨道跟踪者”光学望远镜网络联合提供,最小可探测地球同步轨道(GSO)上直径约1m的目标,同时充分利用了海外部署的优势,可实现对地球同步轨道带的全覆盖监视。

“塔罗”望远镜是一个能快速自动运行的宽视场光学望远镜网络,由3部望远镜组成,分布在法国卡伦(Calern)天文台、智利拉西拉(La Silla)天文台、留尼汪岛莱马克(Les Makes)天文台。其中,法国和智利的望远镜主镜直径为250mm,视场为1.86×1.86°,留尼汪岛的望远镜主镜直径为180mm,视场为4.2×4.2°。目前,整个网络可监视全球约270°的地球同步带弧度。

“塔罗”望远镜

“地球静止轨道跟踪者”是由阿里安集团运营的一个地面光学望远镜网络,总部位于法国莱米罗(Les Mureaux),主要用于监测地球静止轨道(GEO)和中地球轨道(MEO)目标,可提供极其精确的定位和轨道跟踪数据。目前该网络在全球部署有8台望远镜,其中澳大利亚3台,法国2台,德国、西班牙和智利各1台,整个网络几乎可监视地球同步带。

“地球静止轨道跟踪者”望远镜

4 航天发射能力

法国作为欧洲航天发射力量联盟的主导者,引领欧洲具备了独立自主的航天发射能力。目前法国拥有的圭亚那航天中心可发射现役的阿里安-5(Ariane-5)、“织女星”(Vega)、联盟-ST(Soyuz-ST)3型运载火箭,以及未来的织女星-C(Vega-C)、阿里安-6(Ariane-6)火箭。其中联盟-ST火箭是和俄罗斯合作引进的。

发射场能力

圭亚那航天中心是法国唯一的航天发射场,也是欧洲进行航天发射的主要场所。发射场位于南美洲法属圭亚那的库鲁地区,1966年开工建设,1968年投入使用。现拥有4个发射场区,分别供阿里安-5(ELA-3场区)、“织女星”(ZLV场区)、联盟-ST(ZLS场区)、阿里安-6(ELA-4场区)火箭发射使用,目标是每年进行约10次发射任务。发射场位置靠近赤道,且发射方向面向大西洋,地理位置优越。火箭发射航区较安全,当地人口密度低,不受飓风和地震影响,被公认为世界最佳的火箭发射地点之一。火箭发射地球静止轨道卫星时,轨道平面改变机动所需的能量少,且可充分利用地球自转速度,对发射极为有利。火箭发射太阳同步轨道(SSO)等极轨卫星时,可在海面上提供从北到东较宽的发射方位角,满足极轨卫星发射需求。目前,法国的成像侦察、电子侦察、军用通信等各类卫星几乎都在圭亚那航天中心发射入轨。可以说,圭亚那航天中心完全能够满足法国未来的军用卫星发射需求。

近4年来各型火箭发射次数(截至2021年11月)

运载能力

目前,圭亚那航天中心发射能力涵盖小、中、重型火箭类型,可为卫星发射提供灵活的运力选择,低地球轨道(LEO)运载能力为2.3~20t,太阳同步轨道(GTO)运载能力为1.5~10t,地球同步转移轨道运载能力为3.2~10t,完全能够满足法国不同质量、不同轨道高度、不同倾角的所有军用卫星发射需求,包括深空轨道。

阿里安——5火箭

联盟——ST火箭

“织女星”火箭

“阿里安”系列火箭是法国最重要的火箭,至今已成功研制5种型号,使法国和欧洲具备了独立自主的航天发射能力。现役阿里安-5火箭于1996年首飞,全长约50.5m,芯级直径5.4m,最大起飞质量780t,近地轨道运载能力达20t,轨道高度800km的太阳同步轨道运载能力超过10t,地球同步转移轨道运载能力达10t,具有适应多种发射任务的构型,具备双星和多星发射能力。“织女星”火箭是欧洲航天局专门研发的小型运载火箭,以满足新兴的小型卫星发射需求,2012年开始在圭亚那航天中心投入使用。火箭全长约30m,直径约3m,最大发射质量为137t,近地轨道运载能力2.3t,轨道高度700km的太阳同步轨道运载能力1.5t,并可提供卫星共乘发射服务。联盟-ST火箭是从俄罗斯引进的中型火箭,2011年开始在圭亚那航天中心投入使用,填补了欧洲中型运载火箭的空白。火箭全长约46.2m,芯级直径约3m,最大发射质量为308t,近地轨道运载能力4.8t,轨道高度800km的太阳同步轨道运载能力4.4t,地球同步转移轨道运载能力3.2t。

5 太空信息支援能力

法国作为欧洲最主要的航天强国,拥有种类相对齐全的天基在轨卫星群,现役卫星主要包括“斯波特”和“昴宿星”系列商业遥感卫星、“太阳神”和“光学空间组件”系列军用光学成像卫星、“电子情报”(ELISA)和“西瑞斯”(CERES)电子侦察卫星、“锡拉库斯”(Syracuse)军用通信卫星等。特别是在光学卫星方面能力显著,法国对光学卫星的运行,既能考虑其单星综合能力,又能从卫星星座体系角度进行组网优化设计。法国还参与了欧洲“伽利略”(Galileo)系统的建设,同时也和美国达成协议,可以使用民用和军用“全球定位系统”(GPS)信号,保证了法国具有可靠可用的定位、导航和授时能力。法国是全球少数拥有专门的电子侦察卫星和军用通信卫星的国家。此外,法国还在2009年发射过“螺旋”(SPIRALE)导弹预警演示卫星,开创了欧洲进行此类演示试验的先例。目前,法国提出的43亿欧元国防太空预算中,最大的投资就是提升太空信息支援能力。

法国现役主要太空信息支援类卫星

成像侦察能力

法国的天基成像侦察能力处于欧洲乃至全球前列。法国是最早发射商业遥感卫星的国家之一,发展了“斯波特”和“昴宿星”系列卫星,并在此基础上研发了“太阳神”和“光学空间组件”系列军用光学成像卫星。目前,法国拥有斯波特-6、昴宿星-1A/1B/Neo-3/Neo-4、太阳神-2A/2B、光学空间组件-1/2共9颗军民光学成像卫星。军民卫星分别运行在两个不同的轨道面,独立组网运行并相互协作,以民用卫星补充军事能力,可实现全球覆盖成像。“昴宿星”系列卫星的最高全色分辨率达0.3m,也是全球商业遥感卫星中分辨率最高的卫星之一,此外还具备夜间红外成像能力。卫星携带有激光通信中继终端,可通过欧洲数据中继卫星近实时回传图像数据。“光学空间组件”作为法国新一代军用光学成像卫星,主要用于取代太阳神-2系列卫星。该系列卫星质量约3600kg,设计寿命10年,采用多轨道高度设计的3星组网星座。首颗卫星于2018年12月19日发射,目前共发射了2颗,最高分辨率达到0.2m,成像分辨率性能已接近美国。

昴宿星——Neo

“光学空间组件”卫星

电子侦察能力

法国也是全球为数不多拥有电子侦察卫星的国家,目前拥有2组共7颗电子侦察卫星在轨工作,分别为“电子情报”卫星和“西瑞斯”卫星。“电子情报”卫星于2011年12月17日发射,以一组4星编队方式工作,进行天基电子信号侦察演示试验。2021年11月16日,法国发射了新一代的“西瑞斯”电子侦察卫星,用于取代超期服务的“电子情报”卫星,以一组3星编队方式工作,运行在高度约为700km,倾角约为75°的轨道上。每颗卫星质量约450kg,设计寿命8年。“西瑞斯”卫星将全天时全天候运行,可搜集全球除两极外所有地区的电子情报并绘制不同地区的兴趣点,大幅提高法国军队的情报能力,使法国在态势评估和决策方面拥有更大的自主权,从而使军队能够更好地了解对手的能力和意图。

军用通信能力

法国也是拥有专用的军用通信卫星的国家,现拥有2颗第三代锡拉库斯-3A/3B和1颗第四代锡拉库斯-4军用通信卫星在轨工作。另有2颗法意合资的锡克拉-2和“雅典娜·菲多斯”军用通信卫星,提供额外通信容量。法国从第三代“锡拉库斯”卫星开始建设专用的军用通信卫星,同前二代相比,通信能力和安全性能得到显著提升。第四代锡拉库斯-4军用通信卫星总共将发射3颗,用于取代锡拉库斯-3系列卫星,首颗卫星锡拉库斯-4A已于2021年10月24日发射。锡拉库斯-4A卫星质量约为3850kg,设计寿命为15年,采用全电推卫星平台,并利用有源抗干扰天线技术和先进的数字处理器,具备先进的抗干扰功能和网络攻击防护能力。卫星星载X和Ka频段通信载荷,其数据传输速度是第三代“锡拉库斯”卫星的3倍,达到1.5Gbit/s。目前,法国在轨工作的“锡拉库斯”、锡克拉-2和“雅典娜·菲多斯”卫星都定点于欧洲上空,可为法国提供东至中国东海岸、西至美国东海岸的军用通信覆盖范围,保障法国在欧洲及周边的军用通信能力。

6 结语

法国作为欧洲太空军事力量的领先者,正从政策、资金投入等多个方面促进太空力量的发展,一方面是因为当前太空领域已呈现出激烈的竞争和对抗态势,面临着越来越多的威胁;另一方面也体现出法国对太空领域的高度重视,追求独立自主的太空能力。法国提出要将太空作为继陆,海、空和网络空间之后的第五个战场,并积极推行主动防御性太空战略。法国成立太空司令部以及首次进行对抗性的模拟太空军事演习已经表明,法国从探索太空、和平利用太空的思想转变为太空军事化、对抗化的思想,并谋求太空战略自主权,努力保持并发展已有的太空优势,从而有效应对来自其他国家的太空威胁。

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