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世界军事航天发展态势

2017-04-19张保庆

太空探索 2017年1期
关键词:态势轨道航天

□ 张保庆

世界军事航天发展态势

□ 张保庆

空间在国家安全、经济社会发展、科技进步和政治影响力等方面均具有极其重要的战略地位,是国家重大利益所在。在日益拥挤、对抗、竞争、多极化、全球化的空间态势下,主要航天国家发布了重要的航天战略和政策,布局航天防务未来发展;加快航天装备更新换代,提升航天系统军事应用能力;大力扶持商业航天发展,推动商业航天向军事应用领域拓展;激发空间技术创新活力,深刻影响未来空间发展态势。

积极布局航天防务未来发展

为了维护本国的空间利益和安全,占据空间领域优势地位,多个国家调整或发布了空间安全领域相关战略和政策,明确未来航天防务发展目标与发展任务。

(一)美国立足复杂空间对抗环境,积极调整空间发展战略,强化保持空间技术优势。

美国在其《2017财年美国国防预算申请》中为空间领域投资71亿美元,重点资助“渐进一次性运载火箭”的采购、“下一代气象卫星”的研制、“先进极高频”和“天基红外系统”的系统维护、以及“全球定位系统运行控制系统”的研制等。美国会众议院官员推出《美国空间复兴法案》,旨在整合商业和军事空间活动,以更好地应对空间新兴威胁,确保美国的空间领先地位。2016年5月,空军航天司令部发布新版《指挥官战略意图》文件。该文件强调空军航天司令部的三大优先工作,提出四项重要战略思想,内容涉及构建弹性体系、重视多域作战、发展敏捷信息优势、重视情报监视与侦察和改变采办模式等,将影响美国未来军用卫星的采办、研制和应用。2016年7月,美空军航天司令部发布“空间任务部队”架构白皮书,旨在提供太空兵力,以在对抗、降级和受限环境中执行作战任务,确保能应对空间系统面临的日益增长的威胁。

(二)俄罗斯全方位布局空间能力发展,力求巩固航天领域领先地位。

2015年7月,俄总统批准《俄罗斯航天国家公司联邦法》,通过组建政企一体的“俄罗斯航天国家公司”强化航天管理。此举颠覆了俄航天领域正在进行的政企分离改革措施,使航天管理变得强化集中。2015年8月,俄罗斯成立的空天军开始负担作战值班任务,负责集中指挥和统一管理作战执勤的空中、防空和反导力量。组建空天军统筹整合了多个领域的力量和资源,建成集航空航天、防空防天于一体的空天作战体系。

军事应用继续演进

近年来,空间军事化进程明显加快,引发世界各国对空间安全问题的普遍担忧。主要航天国家在军事航天领域开展了激烈的竞争:新一代大型运载火箭、可重复使用运载技术成为美俄等国提升进入空间能力的主要方向;多颗军用卫星的研制和部署取得了重要进展,利用空间更加从战略级向战术级加速渗透;控制空间装备与技术获得额外关注,空间武器化趋势愈加明显。

(一)进入空间能力加速升级

进入空间是开展空间军事活动的基础,是关键的军事航天能力。世界主要航天国家继续推进新一代航天运载火箭研制,探索实践可重复使用运载系统,在提升进入空间能力的可靠性与效率,降低成本与风险等方面取得了重要进展。

美国空军X-37B轨道试验飞行器成功进行第4飞行试验,重点验证飞行器携带的有效载荷,表明美军已经基本完成了对X-37B的核心试验鉴定工作,转向作战及其他功能拓展。美国国防部先进项目研究局(DARPA)在研的“试验性太空飞机”项目进入第二阶段,将开展可重复使用一子级样机的研制。

美国SBIRS卫星系统组成

(二)军用卫星研制部署取得重要进展

随着空间在国家安全和军事作战中地位与作用的日益凸显,世界主要国家加快军用卫星装备的更新换代,一批新型的侦察、预警、通信、导航等卫星将相继服役,利用空间能力将得到进一步提升。

1.光学和雷达成像侦察互补的侦察卫星体系不断完善。主要航天国家稳步推进侦察与监视卫星系统建设,加速侦察与监视卫星系统更新换代,不断提升对目标的全方位侦察能力。美国 “锁眼”系列成像侦察卫星是当今世界最为先进的光学成像侦察卫星,最高分辨率达到0.1米;“长曲棍球”卫星是美国国家侦察局发展的雷达成像侦察卫星,最高分辨率达到0.3 米。俄罗斯正在研发一种新型的、性能先进的侦察监视卫星系统,系统空间段主要由“拉兹丹”卫星组成,卫星性能将远远超过俄罗斯现有卫星,首颗计划于2019年发射,将逐步取代当前俄罗斯军方使用的“角色”系列卫星。

2.预警卫星能力从战略预警向战术预警拓展。美国共有8颗导弹预警卫星在轨运行,包括4颗第三代“国防支援计划”卫星、2颗“天基红外系统”卫星、3个SBIRS大椭圆轨道探测器、以及2颗低轨“空间跟踪与监视系统”导弹中段跟踪与识别技术试验卫星,可对全球重点海区和地区发射的弹道导弹和洲际导弹分别提供15分钟和30分钟的预警时间,对中段飞行的弹头具有一定的跟踪和识别能力。俄罗斯成功发射新一代“集成太空系统”导弹预警卫星系统的首颗星 “冻土”,系统完成部署后将大幅提升俄罗斯对多类型导弹目标的发射探测和预警时间。

3.导航卫星定位精度更高、抗干扰能力更强。导航卫星的发展受到世界主要航天国家的重视,卫星导航的定位精度和抗干扰能力不断提升。美国正致力于研制新一代GPS-3卫星系统,GPS-3比现役GPS-2卫星更具经济可承受性,并且其精度更高、抗干扰性更强且寿命更长。俄罗斯高度重视“格洛纳斯”系统建设,并在经费上给予大力支持。欧洲稳步推进“伽利略”系统建设,于2016年11月以一箭四星方式发射四颗伽利略导航卫星,使得伽利略卫星数量达到18颗(计划总共30颗)。印度“区域导航卫星系统”成功完成卫星星座部署,即将具备全面运行能力。

4.军事通信卫星更加强调全球覆盖于高传输率。以美国、俄罗斯等为代表的军事强国高度重视军用通信卫星系统发展,运用先进的军事卫星通信技术,构建了典型的军事卫星通信系统。美军下一代窄带卫星通信系统——“移动用户目标系统”空间段卫星已全部发射入轨,具备完全运行能力;美军新一代宽带卫星通信系统“宽带全球卫星通信”,预计在2019年前完成部署,其未发射的WGS-8~WGS-10三颗卫星采用了先进数字载荷设计,载荷带宽翻倍并进一步提高连通性;美军受保护通信卫星系统“先进极高频”系统提供的通信业务具有抗干扰、抗截获、高安全性等特点,广泛应用于战区指挥官的通信和指挥,可实时传输图像和战场地图。俄罗斯在补充现有“信使”和“箭”系列卫星通信星座的同时,在新一代“信使”低轨卫星通信和数据传输系统中添加了加密防护功能,并计划在未来几年部署专用机要通信卫星系统。

2016年6月24日,美国海军将移动用户目标系统(MUOS)星座的第5颗卫星由阿特拉斯-5型运载火箭发射入轨

GPS-3卫星

美国“锁眼”卫星星座示意图

DARPA 的Orbit Outlook项目

机器人在轨操作

(三)天地一体空间态势感知能力加速形成

空间态势感知能力是洞察和掌控潜在对手空间活动意图与动向、确认空间系统故障原因的关键,是保持“空间透明”的能力基础。近期,美国、俄罗斯等航天强国都给予了空间态势感知高度关注,加快形成天地一体空间态势感知能力。

1.积极推进地基空间态势感知系统研制与部署。美国正在研制的新一代“太空篱笆”系统采用大型S波段单基地相控阵雷达,建成后可探测、跟踪和测量20万个直径大于2厘米的太空目标。DARPA负责研制的“太空监视望远镜”是美军新一代地基中高轨空间监视系统,该系统采用3.5米大口径非球面光学系统,能快速探测并跟踪位于地球同步轨道的微小目标。俄罗斯首套“窗口”空间监视系统已经完成国家测试,目前已具备完全运行能力,该系统可发现120千米到40000千米之间的任何空间目标,将使俄军空间监视能力增强4倍并可覆盖目前所有航天器的运行轨道。

2.加快发展天基空间态势感知系统。美国空军“天基空间监视系统”首颗 “探路者”卫星将于2017年达到寿命期限,美空军计划以3颗小卫星组成的星座替换“探路者”卫星执行地球同步轨道空间目标监视任务。同时美空军已选定轨道科学公司在2017年发射ORS-5卫星,填补“探路者”卫星服役期满后美军天基空间监视能力的缺口。美国于2014年发射的2颗“地球同步轨道空间态势感知计划”现已具备初始作战能力,加上2016年8月发射的2颗GSSAP卫星,GSSAP在轨卫星数量达到4颗。GSSAP卫星具备较强的机动变轨能力,能够在地球同步轨道带内机动飞行,按需抵近地球同步轨道目标实施抵近侦察,能以最佳视角获取目标图像,大大提升美军对高轨目标的态势感知能力。

3.多源数据融合与处理将革新美太空态势感知能力。除大力发展空间态势感知装备外,美国也在致力于开展空间态势感知数据处理方面的研究。美国DARPA正在推进一系列旨在提升空间态势感知能力的项目。其中“轨道展望”项目拟研究快速获取和处理不同来源海量太空目标跟踪数据的有效方法。2016年7月,“轨道展望”项目已完成对7套SSA网络实时数据的集成,组建了全球最大的SSA“网络之网络”。该网络一旦建成,可彻底改变美军和全球太空碎片监视领域收集和使用SSA数据的方式,使太空事件提示与告警时间间隔大幅缩短,并使数据的精确性与经济可承受性呈指数级提高。

4.国际与商业合作显著提升美态势感知能力。为进一步促进空间态势感知方面的信息共享,美国加强了其与盟友和商业部门在空间态势感知领域的合作。至2016年12月,美国已与11个国家两个国际组织(欧洲空间局和欧洲气象卫星应用组织)签署了空间态势感知共享协议,建立空间态势感知数据分享联盟。美军还与50家卫星发射服务商、运营商等签署合作协议,将其获得的空间目标数据与卫星运营商通过遥测、跟踪获得的卫星确切轨道数据进行对比,提高空间目标监视能力。此外,美空军成立的“联合跨部门太空作战中心”目的是寻求从美国国防部和情报机构、商业部门以及盟国获取更多空间监视数据,并将这些数据融合到美军空间作战体系,以更好的应对日益增长的空间威胁。

x-37

(四)以在轨操作技术为重点隐蔽发展空间攻防对抗技术

世界主要航天国家高度重视进攻性太空对抗系统的发展,大力发展在军民领域均具有广阔应用前景的在轨操作技术、太空碎片清除技术等,隐蔽性和策略性地发展太空进攻技术。

美国在掌握一定低轨反太空能力的基础上,积极开展地球同步轨道在轨操作技术演示验证,谋求全轨道高度反太空能力。DARPA正在实施“凤凰”计划第二阶段合同,重点发展通用对接器、“细胞卫星”抓取工具、“服务卫星”机械臂等技术。作为“凤凰”计划的进一步延伸和拓展,DARPA先后提出“蜻蜓”项目和“同步轨道卫星机器人服务”项目,这些项目开发的技术均可用于侦察、监视和攻击在轨卫星,为美军太空攻防储备坚实的技术基础。综合运用这些技术可精准毁伤地球同步轨道上的目标,对在其运行的高价值卫星构成威胁。

俄罗斯“宇宙”-2499、“宇宙”-2504、“卢奇”卫星被曝进行多次在轨机动,其中 “宇宙”-2504卫星在轨进行了11次左右近距离接近火箭上面级的机动操作、“卢奇”机密卫星在国际通信卫星组织的两颗地球同步轨道卫星之间停留了5个月。俄罗斯卫星进行一系列卫星在轨机动操作表明其在具备地基定向能和共轨式反太空技术基础上,正在发展天基操控的新型反太空技术,这将进一步增强俄罗斯的太空威慑能力。此外,俄罗斯计划2016-2025年设计并建造一款“清理者”航天器,用于清除地球同步轨道上报废的卫星和火箭上面级。该航天器可以接近、捕获在地球同步轨道的任意目标,未来将具备很强的反太空潜力。

商业航天、空间技术创新热潮助推空间军事变革

随着航天技术的不断成熟、新兴技术与航天技术深度融合,航天发展新业态、新概念层出不穷,以私人投资航天活动和产品、航天服务商业化应用为标志的商业航天,正步入快速发展的新阶段,将促进航天活动发生深刻变革。为满足不断增长的军事航天需求,美国在进入空间、利用空间甚至控制空间多个领域,持续加大对商业航天资源与服务利用的力度。随着航天商业化步伐的不断加快,未来商业航天资源和服务将不断渗入军用航天领域,为军用航天装备与技术发展提供重要支撑。

此外,空间技术创新热潮持续高涨,多项具有颠覆性影响的技术取得新进展。美国、俄罗斯和欧洲等都在大力发展空间激光通信、太空3D打印等技术,这些技术将为空间军事变革提供更强驱动力,颠覆传统航天发展模式。

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