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弹性太空架构:美太空军发展新步骤

2022-09-24吴敏文

军事文摘 2022年17期
关键词:卫星通信司令部弹性

吴敏文

2022年4月6日,美太空司令部司令詹姆斯·迪金森正式推出《太空司令部商业整合战略》。此前,美太空军作战部长约翰·雷蒙德在空军协会年会上提出了“更具弹性的太空架构”的诉求。“更具弹性的太空架构”究竟是什么?它与《太空司令部商业整合战略》又是什么关系?

弹性太空架构的定义

随着太空科技的发展及其在军事领域越来越重要的作用,太空作为与陆、海、空、电磁、网络同等重要的作战域或作战空间的地位日益凸显出来。2019年8月29日,美国正式宣布重建太空司令部(USSPACECOM)。由于此前美太空军事力量隶属美空军,美国成立太空司令部标志着美太空军正式成军。

太空军事活动中“弹性”概念的引入比较早。2013年,在美空军所辖航天司令部发布的《弹性和分散空间体系》白皮书中,“弹性”被界定为:“一个系统体系在面对系统故障、环境挑战或敌对行动时能够继续提供所需服务的能力。”2019年3月,美洛克希德·马丁公司宣布推出新一代太空技术“SmartSat”(Smart Satellite,指聪明、灵巧卫星系统),将以更强大的太空能力,为用户提供具有灵活性和弹性的太空服务,以适应不断变化的任务需求。

“弹性”是一个被广泛运用的概念,在不同的领域有不同的含义。在物理学领域,“弹性”一般指物体受外力作用变形后,除去作用力时能恢复原来形状的属性;在经济学领域,“弹性”是指一个变量相对于另一个变量发生一定比例的改变的属性。但不管是应用在哪个领域,“弹性”都具有灵活性、适应性等因应环境变化的机变能力等含义。

在太空领域引入“弹性”概念,主要缘于太空科技的广泛运用,世界各国大力发展太空能力,太空和反太空技术与手段交替升级,使得太空环境日益复杂。然而,太空是开放的,太空资源是有限的和一体的,任何一国太空平台的发射和使用都会成为他国和整个太空体系的变量和影响因素。在此背景下,具有因应太空环境变化能力的弹性太空架构就成为客观需要。

由此可见,弹性太空架构是一个具有因应太空环境变化,能够满足多样化太空服务需求的太空体系。它的体系结构具有开放性,既能接受新的太空平台的加入和融入,也能在某个太空平台被毁和失效后进行相应的结构调整;它的管理系统具有智能化能力,能够实时探测、发现太空威胁和太空环境的变化,进行综合诊断和态势判断,并按照新的运行策略和功能需求提供太空服务。

目前,美太空司令部在弹性太空结构方面的主要努力,在影响太空系统的因素和变量日益增多、对其太空系统安全威胁日益增大的情况下,将承担不同任务、具有不同功能的太空平台分散部署至多个空间轨道和体面的多个系统之中,以实现多样化太空服务,在受到威胁或毁损的情况下灵活应对、实时调整服务,在威胁消除后恢复全部或部分原有功能。

弹性太空架构的目标任务

美国军事战略重返“大国竞争”是美太空军提出弹性太空架构的大背景。2017年,美国外交政策研究所推出《太空危机稳定性:中国及其他挑战》报告,提出“在面对具有强大太空和反太空能力的对手时,美国必须采用分布式架构使太空资产及地面设施具有持续的弹性”;为此,美国需要“研发并部署具有持久能力的‘弹性太空架构’,在承受首次打击后,即使体系功能降级,也仍能为美国和盟国部队提供必不可少的服务”。

4月6日,美太空司令部司令詹姆斯·迪金森推出《太空司令部商业整合战略》

综合美国已发布的关于太空战略的系列文件,以及美空军部长弗兰克·肯德尔关于“太空军的核心任务不是独立作战,而是任务支持”的定位,太空作战部长约翰·雷蒙德关于“寻求更具弹性的太空架构”等表述,美国“弹性太空架构”的主要任务包括以下内容。

太空安全包括实体安全和网络安全。增强实体安全的措施包括分散部署、临机变轨等,以抵御对手的动能或强辐射等反太空手段对美太空系统的压制、干扰和摧毁。增强网络安全的手段包括及时探测和发现对美方太空网络的软硬攻击,采取冗余备份、动态自适应网路重组等方式规避网络攻击,或在遭受网络攻击后实现顽存、功能恢复或部分恢复等。在美国智库大西洋委员会与斯考克罗夫特战略与安全中心共同发布的《太空安全的未来:未来30年的美国战略》中,对未来30年美国强化太空安全战略进行了规划,给出了短期(2021-2025)、中期(2025-2040)和长期(2040-2050)三个时间段内的目标与举措。

太空感知能力主要包括探测、识别和密切关注太空实体以评估潜在威胁的能力等。鉴于越来越多的民营公司具备商业太空能力并能大量提供太空服务,美太空司令部一直致力于与部分商业公司合作,并分享与潜在太空威胁相关的信息。但是,由于当前的太空框架和政策与此并不十分适应,2022年4月6日,美太空司令部司令詹姆斯·迪金森正式推出了最新的《太空司令部商业整合战略》,以太空感知、指挥控制为目标,按照太空作战要求整合商业卫星能力,使商业公司更有效、更便捷可行地服务于太空司令部所需太空域感知能力的提升。

太空系统在导弹特别是弹道导弹预警方面的作用极为重要。高超声速导弹的出现,使得地面和空中预警系统难以应对,太空预警系统的作用更加凸显。美空军部长弗兰克·肯德尔表示,创新、改进天基导弹预警、跟踪能力以实现对高超声速武器的预警,是美太空军急需加强的任务。美太空司令部太空作战分析中心正在加紧工作,以建成天基导弹预警与跟踪网络能力,卫星星座将部署在近地轨道、中地轨道以及地球同步轨道。弗兰克·肯德尔称,导弹预警与跟踪卫星网络是美太空司令部在未来5年的首要任务。

卫星通信是大跨度战场条件下机动性最强、跨越空间最远的通信手段。美军在作战中,高机动作战平台充斥陆、海、空立体战场,凭借太空技术和系统优势,非常重视也非常依赖卫星通信。但是,在反太空技术和手段高度发展的今天,“大国竞争”中的太空对抗日益激烈,美国的太空通信网络面临越来越大的挑战,对构建弹性太空结构的需求也日益迫切。

定位、导航、授时等是高机动、超视距战场环境下,作战平台融入作战网络所必须获得的类似“入场券”的基本能力,也就是说,在陆、海、空、天作战网络中,具备时空定位能力才具有“存在感”和“身份”,由于太空平台所具有的位置优势,最适宜作为时空定位基准和信号来源。失去太空系统的支撑,立体战场将退化为平面战场。

DARPA的地球同步卫星机器人服务项目,希望通过在同步轨道上应用机器人技术来升级、改造和维修在轨卫星

弹性太空架构的主要特点

总的来说,构建“弹性太空架构”是为了提高太空能力,满足美国全球战略和军事霸权对太空系统的需求,基本途径大致是立足现有技术、注重研发、优化体系、军民融合。纵观美太空司令部已有的努力和未来发展,其主要特点体现在以下几个方面。

2018年,特朗普政府发布的《国防战略》,将中国和俄罗斯定位为“超过恐怖主义的对美国国家安全的最大挑战”。在拜登政府今年3月份发布的《国防战略》中,一如既往地将中国定位为“最重要的战略竞争对手”,俄罗斯则是“严重威胁”。在美国军方发布的多份与太空相关的文件中,亦将中、俄界定为美国在这一领域的“重要威胁”。例如,在2020年6月美国防部发布的《太空防御战略》中,声称“国防部不得不面对敌方拥有更先进的武器瞄准美军事卫星,并剥夺美国关键军事优势”的危险,而美国防部“将致力于保持制天权,为美军和盟军提供稳定的太空能力”。

由于美太空军的力量和资产的很大部分仍然隶属美空军,所以,美空军部仍然拥有对美太空军建设的很大发言权。美空军部长弗兰克·肯德尔说:“美国建立太空军和强化太空战略的原因,是来自中国和俄罗斯在反太空能力方面的广泛投资所带来的挑战。”美空军副部长吉娜·琼斯表示,美太空军必须具有更具弹性、生存能力和防御能力的体系架构。

构建“更具弹性、生存能力和防御能力的体系架构”需要更多的投入。美国在2019年重建太空司令部以来,不断加大对太空军的投入。在最新出炉的2023财年美国国防预算中,美太空军的预算申请额达到245亿美元,比2022财年增加70亿美元,增幅高达40.8%,在美军各个部分中升幅最高。

美太空司令部重建之初确立的结构是由太空作战司令部、太空训练与战备司令部、太空系统司令部三大部分组成。2020年11月,美太空司令部太空作战部长约翰·雷蒙德宣布成立太空作战分析中心,主要职能包括制定高级战术和提出未来的部队设计要素,核心工作是提出太空作战的技术需求。美太空司令部技术研发以战略需求为牵引,围绕太空感知与预警,卫星通信、定位、导航、授时能力等目标任务展开。美国防部正为此加大研发项目支持和经费投入。

美太空司令部认为,改进太空感知、天基导弹预警与跟踪能力是太空军实现转型的首要任务。在天基态势感知方面,美军持续提升对地球同步轨道目标和局域特定目标的持续监视能力,已发射可搭载宽视场观测相机、窄视场成像相机、红外相机、电子信号获取等设备的探测卫星,亦可在地球同步轨道附近机动,对高轨目标进行抵近详查,甚至截取电子信号,为美军太空作战提供目标侦察。为解决高超声速武器和机动再入飞行器拦截问题,美军为弹性导弹预警和跟踪项目拨款10亿美元,为导弹预警和跟踪投入9.87亿美元;另外,为深空先进雷达能力计划投入2.31亿美元,以实现对地球同步轨道卫星的全天时跟踪。

在美国军事战略重返“大国竞争”的背景下,美太空军提出弹性太空架构

卫星通信系统是美军战略、战役(术)通信系统的重要支撑,也是美军通信系统发展的重点。以2023财年预算为例,美军为改进的战略卫星通信计划拨款5.66亿美元,以取代现用于加密国家安全通信的先进极高频通信系统,这一拨款比2022财年预算增加了4.06亿美元。由于卫星通信有易受干扰的弱点,美军2023财年为卫星通信受保护战术波形计划拨款1.21亿美元;为整个国防部范围受保护的战术、宽带、窄带通信提供稳健、安全、可顽存、抗干扰的卫星通信的投资达到16亿美元。由此可见,美军不仅在大力发展卫星通信能力,而且在为“大国竞争”高强度对抗环境下卫星通信可能面临的复杂、严峻挑战做扎实准备。

与此同时,为加强美军太空定位、导航、授时等能力,美军2023财年将为卫星发射服务提供的预算为36亿美元,比2022财年的28亿美元增加28.6%;其中11亿美元用于3次国家发射任务,3.14亿美元用于太空发展局发射3颗卫星。

多元力量大致包括美军太空力量、美国商用民用太空力量,以及盟国军用民用太空力量。其中美军太空力量又包括太空司令部及下属力量和仍然隶属美空军的太空力量。

美国在太空领域的军民融合早就存在,当年“星球大战”计划的很多军事研究成果就投入了民用和商业。然而,随着民用和商业卫星行业的全面发展,美军开始重视将其应用于军事领域。2021年12月,美国政府发布《美太空重点事项框架》,明确提出利用商业太空能力满足军事和国家安全需求。2022年2月,俄罗斯发起“特别军事行动”的次日,美国防部即授意美国麦克萨技术、黑色天空等公司持续向乌克兰提供俄军兵力调动卫星影像,美国鹰眼360公司通过监测GPS信号侦察定位俄军装备部署,美太空探索技术公司不仅为乌提供高速互联网服务,还向其输送了大量“星链”卫星通信终端。依据对一些情报的研究,外界推测俄军多名高级军官阵亡,就与美国公司将大数据支撑下的人脸识别技术与乌方共享有关。

美太空司令部推出的《太空司令部商业整合战略》表示,美国商用卫星具有提供军事情报和通信等能力,有助于增强和补充太空军司令部的工作和效能。为了服务太空司令部空间态势感知、太空指挥控制等目标,可以从以下三个方面整合商业卫星能力:一是加快作战管理、信息技术、空间控制系统和卫星通信终端等方面的采办速度;二是通过租赁或长期合同的方式,获得空间态势感知、卫星通信带宽、遥感和防御性太空控制等方面的服务;三是建立与商业卫星行业的常态合作,这些合作不限于交易和购买服务,还包括专业技术与知识的移植和交割,以加强美军与商业卫星行业的协作。

卫星通信作为大跨度战场条件下机动性最强、跨越空间最远的通信手段,受到了美太空军的高度重视

“星球大战”计划中的很多军事研究成果都投入了民用和商业领域

对美国而言,建立太空军事联盟可以实现聚集资源、共享信息、研发经费分摊等目的,有助于保持其太空领先地位。美太空司令部下属的太空系统司令部国际事务办公室,专门负责与盟国开展合作。2022年2月22日,美国同澳大利亚、加拿大、法国、德国、新西兰、英国等盟友签署《联盟太空作战愿景2031》。这为美国和盟友共同开展太空军事行动奠定了基础,也表明美国及其盟友将在太空军事领域进行更加紧密的合作。

总的来说,构建“弹性太空架构”意味着资源的丰富性、存在的广域性、使用的机动性和反应的灵活性,美太空军追求的是太空作战领域的领先优势和制太空权。然而,理想和现实存在巨大差距。2022年3月21日,就在拜登信心满满宣布与盟国之间“空前团结”的时候,欧盟理事会通过了旨在推进欧盟战略自主的“战略指南针”行动计划。这意味着美太空军“弹性太空架构”面临着明显的不确定性。

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