李青 刘爱芳 王永梅 郭玲华

(1 南京电子技术研究所，南京 210038)(2 中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京 100094)

空间攻防，即外层空间中进行的军事对抗，主要包括空间态势感知、空间进攻和空间防御3个方面。空间攻防的作战对象涵盖弹道导弹、临近空间高速飞行器、航天器、地面及海上高价值军事目标(天对地打击形式)等。美国具有完备的空间攻防对抗组织、领导机构、理论体系、兵力编制、武器系统及培训基地，有着庞大的航天工业和雄厚的人才储备，其规模远远超过世界各国的总和。作为在外空拥有绝对优势的国家，其空间攻防体系及装备的发展尤为引人关注[1]。

目前，国内已对美国空间攻防领域的各个方面开展了研究[2]；但大多仅涉及空间攻防的某一领域或某型装备，对美军空间攻防的体系化发展及能力分析不足。本文通过系统总结美国空间攻防的发展历程，根据其装备体系化发展的思路，分析现有及未来美军空间攻防领域的能力，可为我国在这一领域的技术储备及发展，以及规划及应对策略的制定提供参考。

1 美国空间态势感知系统

1.1 系统构成

美国空间态势感知系统采用天地一体化方式，由地基系统和天基系统组成。其中：地基系统以雷达和光学为主；天基系统以光学遥感器为主。美国空间态势感知系统在航天器发射、返回及在轨运行等方面均发挥着巨大的作用；除了对航天器进行监测外，还负责对轨道碎片和自然天体的运行情况进行观测，分析目标信息，并进行编目，以掌握空间态势，向民用和军用航天活动提供空间目标信息态势保障。

1.2 地基系统

20世纪60年代，由于技术进步及任务需求的原因，美国最初大力发展了地基系统。目前，美国用于空间目标探测的地基系统已经遍布全球，并且能够在特定的探测区域内实现对空间目标的连续探测和监视。地基系统已完成全球25个站址的部署，拥有30余台探测设备，并建立了2个专门的空间目标监视指控中心。当前，地基系统是与反导系统一体化建设的，探测手段包括光学与雷达系统，提供低轨空间目标10 cm、中高轨空间目标1 m以上的态势感知信息，最多可为2万个目标进行编目[2]。为进一步拓展地基系统的能力，同时结合自身技术发展及空间探测的需求，美国后续重点发展新型空间篱笆与新太空望远镜(SST)2个项目。

(1)新型空间篱笆。2013年，美军与洛马/雷声公司签订了项目合同。新型空间篱笆为主动式微动雷达，采用S频段相控阵体制；计划布站2～3个，分别部署在夸加林和澳大利亚，将在2020年全部建成。新型空间篱笆主要提升美军对南/西半球的态势感知能力，能将空间目标的编目数提升一个数量级，由现在的2万个提高到20万个。

(2)SST。该系统在2014年迁移至澳大利亚西部，并于2016年正式开始运行。作为新一代地基核心光学装备(望远镜)，能重点提高地球静止轨道(GEO)目标宽视场跟踪能力；与现有望远镜比，其搜索速度和灵敏度可以提高1个数量级，且视野更宽，能实现对GEO小目标稳健跟踪。

在新型空间篱笆与SST部署完成后，美国空间态势感知的新一代地基系统基本成型。然而，随着空间攻防项目的不断演进，美国发现地基系统并不能适应新形势下空间战争的需要。这主要是因为：地基系统布站固定，只能在空间目标过顶时进行探测，且监视的连续性难以保持；受功率孔径限制，地基雷达作用距离有限，主要用于低轨空间目标观测；地基光学系统虽然可以观测中高轨目标，但受光学系统探测机理的影响，无法在弱光或无光条件下使用，无法保证全天时、全天候观测能力；地基系统探测距离远、频次低，因此对空间目标的定位精度也不够，不足以保证空间攻防精度的需求。为有效弥补地基系统的固有缺点，美国进一步发展了天基系统。

1.3 天基系统

进入21世纪后，美国通过对空间攻防项目理解的不断深入，其发展思路逐渐转变为以地基系统为基础，充分发展天基系统，并将天基系统的研发定为空间目标态势感知的优先发展方向[3-4]。

天基系统与观测目标均运行在太空中，可弥补地基系统固定布站和远距探测的短板，与地基系统协同工作，获得理想的态势感知能力。其具体优势如下。

(1)覆盖全、频次高。天基系统由一颗或多颗卫星组网实现巡视探测，可提升空间目标的观测频次。

(2)无云雨、全天候。天基系统能实现平视/上视观测，无对流层影响，实现空间目标的全天侯观测。

(3)距离近、精度高。天基系统可对空间目标进行近距离抵近观测，实现空间目标的高精度定位及详查能力。

从1996年起，美国就大力加强天基系统的建造，为后续空间攻防进行充分的技术及装备储备。在天基系统发展领域内，美国采用低轨、高轨和感知/攻防两用系统3条交互发展的路线。表1详细给出了其发展历程。

表1 美国天基系统发展历程

在低轨系统中，最为核心的是STARE微纳卫星星座和SBSS星座；在高轨系统中，最为核心的是GSSAP系统和GEO目标监视纳卫星星座；在感知/攻防两用系统中，最为核心的是低轨XSS-10/11和高轨ANGELS卫星[5]。

1.3.1 低轨系统

(1)STARE系统采用3U架构的纳卫星，搭载宽视场光学遥感器。单颗卫星视场为2°×2°；18颗卫星组成星座，可监视轨道高度200～1000 km范围内10 cm以上目标，定位精度为100 m(相比现在提升2个数量级)。2012-2016年已发射3颗卫星，计划2020年前完成其余15颗卫星的发射并完成组网。

(2)SBSS是美国目前主力的天基空间态势感知系统，是由3颗卫星组成的星座。卫星采用高度630 km的太阳同步轨道，搭载宽视场光学遥感器和窄视场光学望远镜，基于“恒星跟踪”机理观测目标。其主要任务是对低轨和中高轨空间目标进行高频次观测，平均每天观测目标数可达12 000个。另外，在GEO目标探测方面，3星星座可提供平均3次/天的观测能力。美国在2010年完成了SBSS-1卫星的发射，计划在2020年完成星座部署。SBSS对空间态势感知能力的主要贡献为进一步拓展空间目标的监测数量，大幅提升监测频次。图1为美国SBSS卫星进行空间目标观测示意。

图1 美国SBSS卫星空间目标观测示意Fig.1 American SBSS satellite space target observation

1.3.2 高轨系统

(1)GSSAP系统采用4颗卫星均布的星座组网方式，单星质量1000 kg左右，装有光学载荷，运行于GEO上方或下方1000 km的轨道高度上。美国在2014年完成了GSSAP-1/2卫星的发射，2016年完成GSSAP-3/4卫星的发射，目前4颗卫星在轨，部署完毕。GSSAP系统的任务是加强对GEO卫星巡视观测能力，可抵近伴飞获取重点目标的高清视图，同时兼顾空间攻击能力。它是目前美军针对高轨目标日常巡视的主力系统，4颗卫星组网可实现对高轨目标每周巡视一次的能力。图2为美国GSSAP星座对高轨目标观测示意。

图2 美国GSSAP系统对GEO目标观测Fig.2 American GSSAP system for GEO target observation

(2)除了GSSAP系统，美国还计划发展用于高轨目标监视的GEO目标监视纳卫星星座。该星座轨道距GEO约500 km，采用3U立方体方案，搭载光学侦察系统，可选方案为9颗卫星、18颗卫星或27颗卫星组网。27颗卫星组网时，最短重复巡访周期为2天。GEO目标监视纳卫星星座的主要任务是对GEO目标进行环绕监视，单星环绕周期60天，探测大于5 cm的目标。图3为GEO目标监视纳卫星星座构想及工作示意。

图3 美国GEO目标监视纳卫星星座设想及卫星方案Fig.3 American GEO target surveillance Nano-satellite constellation assumption and satellite solution

1.3.3 感知/攻防两用系统

(1)XSS-10/11均采用微小卫星，轨道高度520～910 km，主要任务是对低轨目标进行在轨检查、交会对接，以及围绕低轨目标近距离机动飞行。目前，XSS-10/11在低轨均成功完成了抵近观测和自主交会技术。

(2)高轨ANGELS卫星，质量100 kg，设计寿命1年，采用光学设备，主要任务是对GEO目标进行逼近、绕飞、悬停等操作，对卫星实施探测、跟踪、监视及评估，掌握其特性和活动意图。美国在2014年7月完成了高轨ANGELS卫星的在轨验证，目前卫星仍在轨运行，成功完成了抵近观测、跟踪及悬停绕飞等关键任务。图4为高轨ANGELS卫星工作示意。

1.4 美国空间态势感知系统能力分析

美国空间态势感知的终极目标是实现对全轨目标实现连续监视[3]。截至目前，美国空间态势感知系统编目并管理着2万多个空间目标，能够有效观测低轨10 cm、高轨1 m以上的空间目标，是世界上最发达的空间感知系统。即便如此，美军仍认为在编目数量、探测精度及频次上无法满足未来空间攻防的需求，存在探测短板；因此，美国已开始着力构建基于天地一体的空间态势感知系统。通过前述分析，在未来的空间态势感知系统中，美国在地基系统中将构建以“太空篱笆”、SST为核心的探测装备，同时大力发展天基系统。根据美军发展步骤及计划，在2020年前后，美国将真正实现低轨厘米级、中高轨分米级空间目标的跟随监视、抵近详查、攻击引导和抵近碰撞的能力。表2给出了美国当前及2020年空间态势感知系统的能力状态。

表2 美国空间态势感知系统能力

2 美国空间攻击系统

空间攻击是空间攻防的另一个重要系统。美国一直引领空间攻击的发展方向，遵循保持不对称优势、占领技术“制高点”的目的，采取“寓军于民、寓反卫于反导、寓进攻于防御”的策略，在提升空间态势感知能力的同时，重点研发先进空间攻击技术。

空间攻击主要是指对卫星实施攻击，以实现破坏卫星功能、甚至物理摧毁卫星为目标。空间攻击主要分为软杀伤和硬杀伤两种，其中：软杀伤主要是电磁干扰、网络攻击，不造成对卫星的实际物理伤害，只是使其在一定时间内丧失功能；硬杀伤是主要以天基平台为主的近距离攻击手段，以卫星功能永久丧失为目标，对卫星的破坏力极大，甚至导致作战体系的直接瘫痪。由于硬杀伤的优势显著，近年来美国逐步加大了基于天基平台的硬杀伤攻击技术研究[4,6]。

空间硬杀伤手段主要包括：①动能武器攻击，碰撞杀伤；②天基在轨操作，机械臂或对接抓捕、破坏；③天基激光武器，强激光束照射，受热融化或燃烧毁伤；④天基微波武器，破坏卫星电子设备。下面分别论述美国在这4个方面的发展情况。

2.1 动能武器攻击

美国的动能武器包括陆基、海基、空基及天基方式。在陆海基及空基动能武器方面，美国采取了反导反卫一体化发展的思路，通过升级改进，将反导武器应用于反卫领域，解决防区内低轨打击问题；在天基动能武器方面，其实际部署情况及相关报道均很少，从技术形态上分析，很有可能是天基动能武器的关键技术及试验都掩盖在感知/攻击两用系统中(主要是近距详查系统)。表3是美国用于空间攻击的重点动能武器项目及进展。

表3 美国动能武器项目及进展

从表3可以得出，在对空间目标的动能武器攻击方面，美国相应的关键技术均已突破，已具备实战能力，可对低轨目标实行有效的空间打击。

2.2 天基在轨操作

天基在轨操作包括在轨服务、空间碎片清理，在轨维修、抓捕等相关技术，主要目的是延长航天器寿命、解决航天器在轨故障、移除空间碎片、清理废弃卫星等。近年来，美国开展了一系列在轨操作项目研发，其中起到奠基作用的是2002-2007年研发并在轨测试的轨道快车(Orbit Express)项目。在Orbit Express项目中，美国在轨操作的关键技术均得到了充分验证。在此基础上，美国规划并重点发展了一系列在轨操作项目(见表4)，以应对不同轨道的卫星，并逐渐形成在轨补充维护(偏商用)和组装/维修/重构(军民两用)2条发展路线。Orbit Express、在轨卫星燃料加注系统(ReStore-L)及地球静止轨道卫星机器人服务(RSGS)项目，是美国在轨操作路线中程碑式的3个项目。

表4 美国在轨操作项目

(1)Orbit Express。2007年3月，采用“一箭双星”发射方式，同时将自主空间传送机器人轨道器(ASTRO)和操作的目标对象——下一代耐用卫星(NextSat)发射入轨，验证了包括空间捕获、对接、燃料加注、机械手操作(拔连接器)及对象移位重释放等关键技术。从原理上讲，这些技术的突破，可为卫星的修复提供技术服务，也可对低轨目标卫星形成有效的毁伤。图5为Orbit Express工作过程。

图5 轨道快车的工作过程Fig.5 Working process of Orbit Express

(2)ReStore-L的任务是为卫星补给燃料，项目于2016年启动，计划2020年发射。ReStore-L的研制，为空间攻防中攻击母平台的燃料/武器补充和更换提供了可能。图6为ReStore-L在轨加注燃料工作示意。

图6 ReStore-L在轨加注燃料Fig.6 ReStore-L with fuel injection on orbit

(3)RSGS的任务是为GEO卫星提供多种机器人服务，包括处理机械故障(修理排故)、为目标提供辅助推进和变轨(改变目标轨道)及抵近目标进行详细检测/测量(抵近详查)。与低轨Orbit Express不同，RSGS系统是美国专门面向高轨卫星空间攻防所设立的集感知/攻击/维护于一体的多功能项目。该项目已于2016年5月启动，计划2021年发射。图7为RSGS在高轨对空间目标进行在轨检查、对接、修复、升级的示意。

图7 RSGS在轨检查、对接、修复、升级过程Fig.7 RSGS with check, docking, repair and upgrade progress

2.3 天基激光武器

美国对未来天基激光武器的一种典型构想是，在800～1000 km的轨道高度上采用24颗40°倾角卫星进行星座组网；单颗卫星质量为3.5 t，功率为8 MW，主反射镜直径为8 m；可对4000 km轨道高度的卫星进行攻击。天基激光武器的部分关键技术已得到演示验证，表5总结了其发展历程。

由表5可以看出，美国从20世纪80年代起，持续开展了对天基激光武器的研制，2013年后鲜有公开报道。根据2016年“国际空间站”利用激光消除空间碎片计划的相关报道初步估计：在解决供电/质量/散热的前提下，2020年前后天基激光武器威力可达到200 km。

表5 美国天基激光武器发展历程

2.4 天基微波武器

微波武器是利用定向发射的高频电磁脉冲对目标产生电效应、热效应或生物效应，从而进行干扰、杀伤或摧毁。2009年4月，美国空军研究实验室与波音公司签订了一份价值3800万美元的反电子系统高功率微波先进导弹项目(CHAMP)。该项目是研制能辐射多个脉冲、攻击多个目标、损伤或扰乱电子系统的空基高功率微波试验系统，其高功率微波载荷可集成到巡航弹平台上，也可集成到无人机平台上。2011年5月，成功完成了首次飞行试验；2012年10月，又进行了第2次飞行试验，试验中的巡航导弹按预定航线低空飞行约1 h，通过重复发射高功率微波，损伤或扰乱了航线上7处地面目标的电子系统[7-8]。

美国关于天基微波武器的发展及规划详细公布于《美国空军2025年战略规划》[9]。规划中表示：美国未来天基微波武器将采用低轨多星组网的布站方式，部署在500～916 km的轨道高度上；攻击频率为1～100 GHz，峰值功率为100 MW～100 GW。近年来，美国在天基微波武器方面的公开报道很少，但天基微波系统探测、干扰及攻击一体化是一个重要趋势。

2.5 美国空间攻击态势感知能力分析

通过对上述美国空间攻击的重点装备分析可知，美军的空间动能武器攻击与在轨操作技术已具备作战能力。天基激光武器与微波武器的关键技术已在地面和机载条件下取得突破；在空间平台上的研制也已制定出详细规划，即在2020-2025年具备作战能力。值得注意和借鉴的是空间攻击方面，美国研制探测、维护、攻击一体化的集成载荷，在获得最佳收益的同时，能合理利用探测/维护属性掩护其真实攻击身份，有效避免国际舆论与争端。

3 美国空间防御系统

在空间防御方面，美国认为对空间系统的防护不可能完全抵御所有的攻击，尤其是对卫星物理结构摧毁性的硬杀伤攻击，而应采取有限防护的原则，即防护的目的在于提高空间系统在受到攻击后的生存概率及恢复或重建速度，并增加敌方攻击的技术难度和经济成本。例如：采用“即插即用”小卫星，可在数天甚至数小时内以低廉的成本完成发射入轨，将有效提高关键空间系统在未来战争中的快速补充和恢复、重建能力；应用“虚拟卫星”或“星簇”结构等技术，会明显加大对卫星硬杀伤的技术难度和成本[10]。

2016年1月27日，新美国安全中心发布一份题为《从庇护所到战场：美国太空防御与威慑战略框架》的报告。报告中详细指出了提升美国空间防御的手段，主要包括：部署额外的专用系统，以提高卫星的主动和被动防御；采取先发制人的策略，优先发展空间攻击能力；改变空间系统构成，采用分布式小卫星可重构架构，以提高卫星弹性；进一步发展空基、地基装备，降低对空间资产的依赖性；制定具有强约束性能的国际空间法律条令，增加反卫攻击的政治成本；提出“有限太空战略”，制定规则，限制其他国家空间攻击的发展[11]。

4 美国空间攻防体系发展思路与能力分析

在空间攻防领域的发展与演变过程中，美军根据国际政治、经济、军事和外交等战略环境的变化，适时的不断调整并完善其空间安全战略。从20世纪90年代开始，美军强大的天基系统使其获得了巨大的战略优势，卫星系统应用从战略支援层面逐步向作战和战术层面发展，并在几场战争中显示出了强大的威力。然而，天基系统的固有脆弱性以及空间攻击技术的扩散，使得美军意识到天基系统被破坏的可能性在不断增大。因此，近年来，美军不断加大这一领域的投入力度，以确保自身绝对的空间控制权；同时阻止敌方利用空间来损害美国国家安全利益。在上述战略思想指导下，美军正在实施以控制空间为主要目标，谋求空间绝对优势，实现控制全球、称霸世界的全球战略。

表6归纳了美国空间攻防体系3个领域的发展思路和能力。通过研究分析可知：美国空间攻防体系的发展经过了充分的顶层论证，并随着技术进步采取了分布实施的有效措施，其主要思路如下。

(1)系统全局谋划，重点装备优先发展，以螺旋式开发、渐进式研制为演进路线，快速有效地推动空间攻防体系能力提升。美军将空间态势感知视为保障空间安全、保持空间优势的基础，予以优先发展和重点保障。2001年，美国空军提出了重点发展空间态势感知的指导思路；2010年，通过制定《国家航天政策》，明确了空间态势感知的重要性，提出通过维护和整合空间目标监视信息，发展实时准确的空间态势感知系统，以保持美国在空间的领导地位。

(2)建立光学、雷达协同探测的天地一体化空间感知网络系统。在前期地基装备的基础上，加大天基平台的建设，形成天地一体化的协同探测网络，实现全空间实时精确的无漏监视探测。利用天基系统运动巡视探测，克服地基系统只可在过顶时间探测的局限，同时天基平视/上视观测，无对流层影响，可克服地基光学全天候观测的局限，实现中高轨目标全天时、全天候观测。

(3)继续加大空间攻防装备的投入，重点项目优先发展。为支持新系统研制部署和技术研发，美国近年来明显增加了空间态势感知领域的投入。在2016-2020年，美国政府在空间态势感知领域的研发投入超过60亿美元。对已经具备工程化能力的空间装备，提升建造优先权。新型空间篱笆、具备攻防一体的GSSAP星座组网，均在2020年前完成建设，具备作战能力。

表6 美国空间攻防体系发展历程及思路分析

对美军空间攻防的发展进行研究分析可知：在2020年前后，通过天地一体化空间感知系统的各型装备定装，美国可实现对全空间卫星目标的准确编目预测，其观测频次、精度足以支撑对他国空间目标攻击/防御的需要；在空间攻击方面，通过XSS-10、高轨ANGELS卫星等核心装备的试验，美军已经具备了对全轨道卫星多手段的摧毁能力；为了在未来的空间战争中立于不败之地，美军还大力发展了Restore-L、RSGS等空间维护装备，可以在受到打击的第一时间里对受损卫星进行功能恢复。

5 结束语

美国对空间攻防体系发展采取了稳步规划、重点先行的策略。空间态势感知是美军发展的重中之重，也是支撑空间攻击与防御的基石。在空间态势感知的发展历程中，美军由早期的地面系统建设逐步转变为天地并重的发展策略，通过天基系统弥补地基系统探测能力的不足，最终形成天地一体化的全空间实时态势感知系统；在空间攻击方面，采取感知/攻击一体化的发展思路，在实现最佳费效比的同时，合理地利用探测属性掩护其真实攻击身份，避免国际社会的舆论与道德压力。在空间防御方面，全面推进可重组模块化及高弹性卫星载荷研制，确保在卫星受到攻击时，仍能保持部分或全部功能，同时大力发展在轨修复与操作技术，以实现受损卫星快速恢复能力。

当前，我国在空间攻防领域内的诸多研究与应用尚处于试验、起步阶段。然而在国际形势复杂快变的今天，我国在空间攻防领域的发展有着重大的现实意义和深远的历史意义。通过深入对美军空间攻防发展历程及体系能力研究，可以为我国这一领域的发展提供参考。

参考文献(References)

[1] 徐能武.攻防理论视域下外空攻防对比态势的历史演变[J].军事历史，2015(5)：66-70

Xu Nengwu. On historical development of outer space offensive-defensive posture from a theoretical view [J]. Military History, 2015(5)：66-70 (in Chinese)

[2] 韩洪涛，王友利.国外空间攻防能力现状与趋势分析[J].航天系统与技术，2015(9)：21-25

Han Hongtao, Wang Youli. Development of the foreign outer space offensive and defensive [J]. Space System and Technology， 2015(9)： 21-25 (in Chinese)

[3] Stsver D. Battlefield space [J]. Popular Science, 2005(11): 11-13

[4] Harry Karasopoulos， Richard T Cervist， John Anttonen， et al. Space maneuver vehicle development by the mini-spaceplane technology program， AIAA-98-4149 [R]. Washington D.C.： AIAA， 1998

[5] 李雁斌，江利中，黄勇.天基目标探测与监视系统发展研究[J].制导与引信，2012，33(3)：50-60

Li Yanbin, Jiang Lizhong, Huang Yong. Development research on spaced-based target dectection and surveillance system [J]. Guidance & Fuze， 2012， 33(3)： 50-60 (in Chinese)

[6] 霍梦兰，穆永民，彭辉.美国反卫星武器发展方向及启示[J].国防科技，2013，34(1)：22-26

Huo Menglan, Mu Yongmin, Peng Hui.Direction and implication of the development of the US anti-satellite weapons [J]. National Defence Science & Technology， 2013， 34(1)： 22-26 (in Chinese)

[7] Gold Steven H， Nusinovich Gregory S． Review of high-power microwave sources research [J]． Rev. Sci. Instrum.， 1997， 68(11)： 3945

[8] 钱宝良. 国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势[J].真空电子技术，2015(2)：2-7

Qian Baoliang.The research status and developing ten-dency of high power microwave technology in foreign countries [J]. Vacuum Electronics, 2015(2)： 2-7 (in Chinese)

[9] 柴水萍.美国空军发布未来20年战略总规划[J].防务视点,2015(9):58-59

Chai Shuiping.The US Air Force releases the strategic general plan for the next 20 years [J]. Defense Point, 2015(9): 58-59 (in Chinese)

[10] 张振军.美国外空安全新政策及其国际影响[J].北京理工大学学报，2013，15(3)：100-107

Zhang Zhenjun.New US space security policy and its international implications [J]. Journal of Beijing Institute of Technology， 2013， 15(3)： 100-107 (in Chinese)

[11] Ogilvie A, Allport J, Hannah M, et al. Autonomous robotic operations for on-orbit satellite servicing [C]//Proceedings of Sensors and Systems for Space Applications II, 2008. Bellingham， WA： SPIE， 2008： 1-12