美国天军太空装备体系及其发展趋势

2022-04-20宋易敏艾赛江宣坤王霞

国际太空 2022年3期

宋易敏艾赛江宣坤王霞

（1 中国人民解放军63611部队 2 中国人民解放军69332部队）

经过多年发展，美国已建成由进入太空、利用太空、控制太空等系统构成的完备太空装备体系，其装备能力保持世界领先优势。对美国太空装备进行梳理，结合对美国天军（USSF）当前组织架构进行分析，其天军装备体系可由太空态势感知装备、天基信息支援装备、太空攻防装备和航天运输装备四大类构成，具备天地一体、全球覆盖的态势感知能力，具备遂行多域作战信息支援能力，具备软硬杀伤、攻防兼备的太空对抗能力，以及不同轨道载荷发射与太空快速响应的太空运输能力。

1 引言

美国发展太空装备经历了进入太空、利用太空、控制太空三个阶段。第一阶段，美国对太空的探索基本处于非对抗性的竞争状态。第二阶段，美国太空航天器的价值逐渐从民用拓展到了搜索情报、战场通信、作战指挥、武器制导、太空攻防等军事领域。第三阶段，美国开始把利用太空作为一种国家战略，作为一种威胁其他国家和直接控制战争的重要手段。经过半个多世纪的发展，美国建立了种类齐全、功能完备、性能强大的太空装备体系。

2 太空态势感知装备

美国认为，太空态势感知能力既是美国太空安全政策的基石，又是美国实现太空军事化的前提，且已将太空态势感知能力视为“所有太空活动的基础、太空控制的关键前提和不可或缺的作战力量”。2010年以来，美国太空态势感知方面形成了天地一体、扫描探测与特征描述相结合的太空目标监视装备体系，代表当前世界最高水平。其装备包括天基和地基两类，天基装备主要采用光学监视系统，地基装备包括光学望远镜与雷达。

天基态势感知装备

天基态势感知核心装备有“天基太空监视”（SBSS）探路者卫星和“地球同步轨道太空态势感知计划”（GSSAP）卫星等，共计7个。其可探测跟踪中低轨大于10cm、地球同步轨道（GSO）大于30cm的目标，编目物体约23000个，可对1400个在轨航天器进行全天候交会评估，并拥有攻击目标的潜力和指示攻击作战目标的能力。

“天基太空监视”探路者卫星是美军部署在低地球轨道（LEO），用于探测、跟踪和识别低地球轨道至地球同步轨道目标的太空目标监视卫星，目前在轨1颗。“天基太空监视”探路者卫星可全天时、全天候探测；可探测地球同步轨道10cm目标；低地球轨道目标探测误差约10m，地球同步轨道目标测误差约500m；每天收集卫星信息40万条。

“地球同步轨道太空态势感知计划”是美军发展的高轨太空目标监视卫星星座，用于执行地球同步轨道目标巡视侦察任务，具有高精确轨道机动能力，可实现对地球同步轨道目标的交会对接、抵近伴飞，近距离观测目标，对其进行精确定位跟踪等。该星座是目前美军针对高轨目标日常巡视的主力系统，在轨4颗卫星组网可实现对高轨目标每周巡视一次的能力。

地基态势感知装备

美国拥有世界上分布最为广泛、能力最为突出的地基态势感知装备体系——太空监视网（SSN）。SSN由部署在全球16个站点的大约30个雷达和光学传感器组成，每天能够进行50万次观测任务，能探测、跟踪和识别低地球轨道上大于10cm的目标和地球同步轨道上大于30cm的目标。地基态势感知核心装备有：C频段空间目标监视雷达、“太空篱笆”（Space Fence）、“太空监视望远镜”（SST）等。

C频段空间目标监视雷达是美国专用于空间目标监视的AN/FPS-14型单脉冲蝶形机械跟踪雷达，其探测距离达11000km，每天可准确跟踪约200个目标，还可鉴别卫星及其轨道的潜在异常。迁移至澳大利亚的地基C频段空间目标监视雷达大幅提升了美军对亚太地区空间目标的探测跟踪与识别能力。

“太空篱笆”是美军空间态势感知能力重大升级中的主要系统，旨在提高美军的太空目标探测与跟踪能力，尤其是环太平洋太空活动感知能力。“太空篱笆”拟在全球建3个站点，首个站点已于2018年太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁建成，2022年将具备全面运行能力。届时将使空间监视网的目标跟踪能力提高10倍，地球同步轨道目标的跟踪量级达10cm，低地球轨道目标的跟踪量级将达到1cm，每天可探测150万次，探测20万个目标，最大探测高度可达4×10km。

未来，美国态势感知装备体系将朝着探测范围更广、探测频次更高、探测精度更准、监视盲区更小的高低轨互补、天地基结合的探测识别系统发展。主要发展趋势包括：①重视发展微小卫星平台和通用态势感知传感器技术，天基太空监视传感器逐步小型化、通用化。②强调对抗中的实时感知，实战性与对抗性特征突出，从战略、战役级向战术级需求不断拓展。③更加关注增强对高轨道重要战略资产监视能力，提升对潜在对手的局域太空感知能力。

C频段空间目标监视雷达

3 天基信息支援装备

天基信息支援是利用天基信息系统，从太空为陆、海、空等作战力量提供战场态势、通信中继、导航定位等信息支援的作战行动。美国拥有结构完整，功能齐全、性能先进的天基信息支援装备体系。按照类型可将其分为侦察监视装备、预警探测装备、通信中继装备、环境监测装备、导航定位装备。

侦察监视装备

美国侦察监视装备有：成像侦察卫星（包括光学和雷达成像卫星）、信号情报卫星（包括电子侦察和海洋监视卫星）。其核心装备有：锁眼-12（KH-12）光学成像侦察卫星、“未来成像体系”（FIA）成像侦察卫星、“顾问”（Mentor）电子侦察卫星、“军号”（Trumpet）电子侦察卫星、“天基广域监视系统”（SB-WASS）海洋监视卫星。

未来，美军将发展高轨高分辨率成像系统和低轨小卫星成像星座，提高对重点和热点地区的重访能力。一方面，美军已开展的天基薄膜衍射光学成像、空间分块可展开光学成像等技术，可有效解决大口径光学成像系统瓶颈，在距离地球表面36000km的地球静止轨道实现高分辨率“凝视”成像。另一方面，美军陆续开展“提高军事作战效能的空间系统”（SeeMe）、“红隼眼”（Kestrel Eye）、“黑杰克”（BlackJack）等微小卫星星座项目以及有关关键技术研究，以期实现对战区或全球的连续覆盖，提供战术侦察监视能力。

“太空篱笆”系统（马绍尔群岛）

预警探测装备

预警探测卫星也称导弹预警卫星，是美国战略预警系统的天基组成部分，用于探测发现、识别和跟踪弹道导弹目标，为国家战略防御系统提供早期预警和目标指示信息，为应对敌方弹道导弹威胁提供信息支持。美军现役预警探测卫星以地球静止轨道卫星为主，尚未具备实用型的低轨卫星星座。目前，预警卫星共计11颗，4颗“国防支援计划”（DSP）导弹预警卫星、5颗“天基红外系统”（SBIRS）卫星、2颗“空间跟踪与监视”（STSS）卫星。

“天基红外系统”是美国当前骨干导弹预警卫星系统，将替代“国防支援计划”系统。该系统星座由5颗地球静止轨道卫星、2个大椭圆轨道（HEO）载荷以及备份卫星/载荷组成。当前共计在轨5颗卫星，入轨时间为2011-2021年。

“天基红外系统”卫星搭载2种红外探测器，扫描探测器采用多种模式对南北半球进行快速扫描，用于洲际弹道导弹的持续观测和监视，凝视探测器可探测低特征、燃烧时间较短的战术导弹，而且两者可通过目标信息的交班实现对导弹飞行过程的跟踪能力。与上一代“国防支援计划”导弹预警卫星相比，“天基红外系统”卫星扫描速度提高1倍，灵敏度提高3倍；来袭导弹的位置测定速度提高69%，且定位精度优于1km，可在导弹发射后10～20s内将预警信息传送给指挥中心。

从未来发展看，美国的导弹预警卫星将向快速探测、全程跟踪方向发展。一方面，通过性能改进提高预警卫星的探测扫描速率和灵敏度，并通过缩短预警时间、选择合适波段等措施扩展天基预警系统的战术应用，加强对战术导弹等战术红外事件探测和预警能力。另一方面，考虑在低地球轨道部署预警卫星星座或传感器，提供对弹道导弹的天基跟踪能力，并产生用于导弹防御系统拦截的火力控制数据，提升弹道导弹防御能力。

通信中继装备

美军通信中继装备分为军事卫星通信系统和数据中继卫星系统两部分。前者包括宽带、窄带、受保护系统，构成“全球信息栅格”的天基干线网，承担主要通信任务；后者用于中继传输侦察卫星图像情报。核心装备有：“宽带全球卫星通信”（WGS）卫星、“移动用户目标系统”（MUOS）窄带通信卫星、“先进极高频”（AEHF）受保护通信卫星、第三代和第四代“卫星数据系统”（SDS）中继卫星，以及“跟踪与数据中继卫星”（TDRS）。

近年来，美军正针对新的形势与需求，调整未来军用通信卫星系统发展方向：①继续补充发射军用通信卫星，进一步提高现有系统性能；②探索后续系统建设方案，先后启动受保护和宽带卫星通信系统备选方案分析工作；③寻求增强军用通信卫星系统弹性的措施。

环境监测装备

美国环境监测卫星为美军规划海洋、陆地、空中军事行动提供战略、战术支持。目前，环境监测核心装备有14颗，5颗“国防气象卫星计划”（DMSP）卫星、4颗“诺阿”（NOAA）气象卫星、5颗“地球静止轨道业务环境卫星”（GOES），此类装备由天军的组织机构进行协调参与太空支援活动。

未来，美国仍将延续军民分别研制、协同应用的模式，保持多轨道、多时段气象监测能力。军用卫星方面，新一代系统采用分散架构，“由一组系统组成，提供及时、可靠和高质量的全球环境观测数据”。民用卫星方面，新型的极轨气象卫星和地球静止轨道气象卫星均已服役，将在未来10～20年内持续运行。

导航定位装备

卫星导航系统以精确的时间测量为基础，为陆、海、空、天的作战平台与武器装备提供高精度的位置和速度信息。“全球定位系统”（GPS）是美国国防部（DoD）联合各军种共同研制的全球卫星导航系统。美国已研制两代6型卫星，两代分别是GPS-1试验型卫星和GPS-2业务型卫星。其中GPS-2可分为5个型号，包括：GPS-2、GPS-2A、GPS-2R、GPS-2RM、GPS-2F，前两个型号已全部退役，后三个型号仍处于服役中，共计35颗在轨，由天军第8太空德尔塔部队第2太空作战中队进行操控。核心型号是GPS-2F卫星。

美国为提升导航系统竞争力，维持导航定位能力优势，正推进卫星导航系统向两个方面发展：一是导航定位性能更高。美国将研发更高性能的导航卫星，增发新型兼容信号，提升系统导航精度、灵活性和可靠性。二是卫星抗干扰能力更强。美国探索军民信号分离的新信号体制、功率可调以及先进星间链路等技术，加强系统抗干扰和“导航战”能力。

4 太空攻防装备

美国从20世纪60年代开始发展太空攻防技术，现已经形成天地一体，详查与普查结合，全轨道太空对抗的太空控制体系。美军通过已部署的地基中段、海基中段动能拦截弹，储备反低轨卫星能力；已部署地基实施链路干扰的“卫星通信对抗系统”（CCS）、识别敌方干扰的“赏金猎人”（Bounty Hunter）系统和“快速攻击识别-探测-报告系统”（RAIDRS）；通过发展高低轨微小卫星，具备全轨道交会对接、绕飞伴飞、在轨抓捕等太空进攻作战能力；通过验证X-37B轨道试验飞行器（OTV），获得变轨机动、在轨操控、射频干扰的快速响应多任务能力。当前，美国发展并储备了一定的天基激光反卫星与太空网络攻防能力。

美国进攻性太空对抗装备包括动能攻击、定向能杀伤、电子干扰、网络攻击、天基操控装备。防御性太空对抗装备包括加固设备等。明确部署的美国可用于太空对抗的核心装备包括：地基（GBI）/海基（标准-3）中段反导系统拦截弹和配套系统、“卫星通信对抗系统”、X-37B轨道试验飞行器、“快速攻击识别-探测-报告系统”。

“地基中段防御”（GMD）系统源自20世纪90年代美国提出的“国家导弹防御计划”（NMD），GMD系统主要由拦截武器、预警探测网以及作战管理/指挥、控制与通信（BM/C3）系统等三大部分构成。拦截武器即地基拦截弹（GBI）；预警探测系统包括预警卫星、远程预警雷达、前沿部署的地基和海基X频段雷达、GMD专用的地基雷达等；BM/C3系统将预警探测网、拦截武器连成一个有机整体，负责制定和协调作战计划，监视和评估实际作战效果，是美国GMD系统作战的“神经中枢”，该系统包括作战管理/指挥、控制（BM/C2）系统、通信系统、飞行中拦截弹通信系统等。

“卫星通信对抗系统”是美国已部署的典型软杀伤反卫星武器，由天线、发射机和接收机组成。该系统2004年开始部署，截至2021年底，美军至少部署了16套“卫星通信对抗系统”。

X-37B轨道试验飞行器是美军可天地往返的太空机动飞行器。2010年至今，美军两架X-37B轨道试验飞行器先后6次入轨，并长期在轨飞行。X-37B可携带227～270kg有效载荷，太空机动能力强，具有快速部署小卫星、提供在轨服务、攻击/捕获敌方卫星的潜力。

X——37B轨道试验飞行器

“快速攻击识别-探测-报告系统”是美国防御性太空对抗装备，由地基和星载传感器、信息处理网络以及一个报告系统组成，探测对卫星通信的干扰。地基装备为RAIDRS Block 10，用于探测卫星通信资产受到的C频段、X频段和Ku频段电磁干扰。2018年，美军在伊拉克前线部署“快速攻击识别-探测-报告系统机动部署系统”（RAIDRSRDGS-0），由第3太空德尔塔部队第16太空控制中队操控。

未来，美国太空攻防装备将向两个方面发展：一是重视发展效果可控的软硬杀伤反卫武器系统。继续谋求天基动能拦截、激光拦截、电子攻击、网络攻击、在轨操控等多手段、软硬杀伤和攻防兼备的能力，持续提升天对天攻防能力，并促成天对地（海）打击技术走向成熟。二是太空系统防护走向体系弹性建设。通过多年探索，美军已形成包括功能分解、节点分散、主被动防护、多样化、扩散、干扰欺骗等防护手段在内的体系防护思路，并在逐步推广落实。

5 航天运输装备

美国的航天运输装备体系完整，装备性能高。其特点有：一是拥有低地球轨道、中地球轨道（MEO）、地球同步轨道、大椭圆轨道等载荷入轨的运载能力。二是具备太空快速补网能力，并积极发展低成本重复使用航天运输能力。美国“飞马座”（Pegasus）、“米诺陶”（Minotaur）等陆基和空基小型运载火箭，已具备接到发射命令48h快速机动发射能力，并实现了一子级重复使用的运载火箭技术。“追梦者”（Dream Chaser）太空飞机、太空船-2（SpaceShip Two）等两级入轨重复使用运载器，以期形成接到发射命令24h内完成发射的低成本太空快速响应能力。

未来，美国航天运输装备将向3个方面发展：①美国相继开展新型重型运载火箭研制，以满足载人深空探测需求；②小型运载火箭注重发展“低成本、低轨道、小载荷、快响应”等能力来实现快速发射和快速补网；③注重发展可重复使用运载器、两级入轨复用等技术。