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美军空间态势感知装备发展重要动向及影响

时间:2015年12月04日 信息来源:《国际太空》 点击: 【字体:



空间态势感知的主要任务是为太空攻防提供基础和保障,它包括探测跟踪和识别太空目标、监测太空环境、进行太空威胁告警和为太空攻击提供目标信息。为了强化太空控制能力,美国近期高度重视空间态势感知的能力建设,不但将空间态势感知提升为独立的太空任务领域,而且加快装备建设,提升指挥与控制能力,强化国际合作,多条腿走路,快速提升能力。2014年,美军多颗高轨空间态势感知卫星入轨,并继续研发立方体卫星与通用传感器技术,发展一体化指挥与控制能力,普遍加强与盟国的空间态势感知数据共享与能力共建,新型地基太空监视系统建造工作取得了实质性进展。


1重要进展


天基空间态势感知装备取得突破性进展


(1)发射3颗地球同步轨道目标抵近详细侦察卫星

2014年7月,美军向地球同步轨道一次性发射了2颗“地球同步轨道空间态势感知计划”(GSSAP)卫星和1颗 “局部空间自主导航与制导试验”(ANGELS)卫星。这3颗卫星的共同特点是具备较强的机动变轨能力,可按需抵近地球同步轨道目标,绕目标飞行,对目标进行详细的光学和电子侦察,甚至具备实战打击能力。


(2)继续发展太空监视立方体卫星

2014年1月,美国国家侦察局“星历可精调的天基望远镜”(STARE)项目对在研有效载荷进行了地面太空目标定位测试。该项目分为技术验证、任务验证和业务化运行3个阶段。在技术验证阶段,美国已发射2颗“星历可精调的天基望远镜”技术验证卫星;目前处于任务验证阶段,计划发射5颗卫星;业务化运行阶段计划构建由18颗太阳同步轨道纳卫星组成的业务化星座,执行空间监视任务。业务化星座建成后,可对相对距离小于300km、相对速度不大于3km/s的太空碎片成像,并对相关数据进行在轨预处理。


(3)继续研发模块化标准化空间态势感知传感器

2014年,美军继续研制自感知空间态势感知系列传感器。这些传感器覆盖可见光与射频谱段,采用模块化设计和标准接口,可升级,能与一系列卫星平台和有效载荷设计兼容,将用于人为威胁与环境威胁探测、预警、定位和报告。美军计划利用作战响应空间—5(ORS—5)卫星验证自感知空间态势感知系列传感器,如能验证成功,美国未来许多卫星都可搭载通用星载空间态势感知传感器。


继续推进新型地基空间态势感知装备的研制与部署


(1)继续研制新型地基太空监视系统

2014年6月,美军签署S波段“太空篱笆”地基雷达样机研制合同。该雷达为大型单基地相控阵雷达,采用调频脉冲信号朝东西方向扫描,最大探测高度40000km,发射波束宽度为东西120°×南北0.2°。预计部署后,该雷达每天可进行150万次探测,跟踪数量达20万个,重点对中低地球轨道上尺寸大于125px的目标进行跟踪。

2014年第3季度,美国国防高级研究计划局(DARPA)启动“低倾角低轨目标无提示探测”(LILO)项目研发工作,拟用两年时间快速研制部署新型基础设施,可采用雷达、光学、射频等手段,探测跟踪低倾角低轨目标,弥补现有空间态势感知能力的不足。“低倾角低轨目标无提示探测”系统可探测1000km远、直径250px的目标,天体测量精度优于6″,时间精度优于10ms,10min内可对任一目标进行3次以上独立探测,能精确测定轨道参数。


(2)推进地基监视装备向澳大利亚的迁移

为缩小太空监视网在南半球和东半球的覆盖盲区,美军2014年启动在澳大利亚西部建设光学跟踪站的工作,并计划2014年完成在澳部署C波段雷达的任务。将迁移的“太空监视望远镜”(SST,已在新墨西哥州部署试运行)采用曲面焦平面阵列技术,与传统地基监视望远镜相比,这个光学望远镜探测灵敏度和覆盖率提高一个数量级,数据采集速度提高10倍以上。C波段雷达AN/FPQ-14(原部署在太平洋东岸安提瓜岛)是单脉冲碟形机械跟踪雷达,工作频段5.4~5.9GHz, 探测距离达11000km,可准确跟踪大约200个目标/天。该雷达的主要任务是对近地轨道目标进行编目,还可跟踪新目标和航天发射活动。此外,美军还将在澳大利亚部署第二个S波段“太空篱笆”地基雷达。


强化一体化指挥与控制能力


美军一体化指挥与控制工作重点是建构以网络为中心的、面向服务的一体化指挥与控制体系架构,同时注重非传统数据的预处理。2014年,空军推进“联合太空运行中心任务系统”(JMS)项目,目的是集成各类信息源,快速探测跟踪目标,实现跨太空监视网络数据的有效分发,最终为航天司令部提供现代化的空间态势感知数据处理能力。“网中心传感器与数据源”(N-CSDS)项目是通过实体机构(主要是联合太空运行中心)将太空监视网、非传统空间态势感知传感器及数据源,迁移进入以网络为中心的业务体系中,并快速分发数据。“一体化指挥与控制” (ISC2) 项目可使美军新用户基于网络共享预警等信息,无需部署新设备。


加强与盟国的空间态势感知数据共享与能力共建


截至2014年11月,美国与包括澳大利亚、意大利、加拿大、法国、日本、英国、韩国、欧洲航天局、欧盟气象卫星组织,以及44家公司签署了50多份数据共享协议,简化对方向美军申请空间态势感知数据的流程,作为交换,美国也获得相应的信息共享权利。例如,韩国将向美国战略司令部提供卫星位置和无线电频率信息。值得关注的是,美国与日本以空间态势感知为突破口,将合作上升到太空安全层面。日本现已开始组建专业部队执行卫星监视等任务,所获数据将向美军提供。


2影响分析


填补监视覆盖缺口,空间态势对美更加单向透明


随着天基地球同步轨道目标巡视卫星升空,未来通用空间态势感知传感器、功能强大的地基太空监视装备陆续部署与迁移,美军地基广域探测与天基广域探测/局域侦察相结合,太空监视网覆盖盲区大幅缩小,探测精度显著提高,一体化指控能力得到提升,空间态势对美军更加单向透明。

美军遍布全球的地基光电、雷达探测、跟踪系统组成的地基太空监视网已具备对绝大多数在轨卫星的认知能力,天地一体化监视装备的不断完善,极大提高了其空间态势感知整体水平。2010年美军发射了首颗“天基太空监视系统”(SBSS)卫星;2013年发射了“星历可精调的天基望远镜”技术验证星、美加合作的“蓝宝石”(Sapphire)小卫星;2014年发射3颗高轨巡视探测卫星。“天基太空监视系统”卫星从低轨对地球同步轨道目标实施精确跟踪,还可探测大于250px的太空碎片;“蓝宝石”可对深空目标进行成像。“地球同步轨道空间态势感知计划”双星机动变轨能力强,能按需近距离对高轨目标实施光学或电子侦察,既可保护美国在地球同步轨道上的资产,又可监视别国试图部署在地球同步轨道上的能力。“局部空间自主导航与制导试验”卫星可在地球同步轨道局域空间对目标进行详细侦察。正在进行地面测试的“天基望远镜”星座建成之后将极大提高美国太空目标的定位精度。

S波段“太空篱笆”在2017年具备初始作战能力后,能在没有预先提示或指派任务的情况下,随机发现、锁定和测量2/5的低/中轨道太空物体。“低倾角低轨目标无提示探测”系统可以填补美国在低倾角近地目标监视方面存在的缺口,并提高随机跟踪能力。C波段雷达和“太空监视望远镜”在澳大利亚部署后,不但可提供对东半球和南半球的覆盖,极大扩展态势感知的覆盖范围,还能加强对近地及深空微小目标的监测,获取精确的卫星定位数据和特征描述数据。

预计2020年前后,美国在全球的覆盖盲区将显著缩小,太空监视能力大幅提升。太空监视网可探测低轨直径25px的目标,地球同步轨道直径250px的目标;低轨目标定位精度提高到10m,地球同步轨道目标定位精度有望优于100m。


美国主导建立空间态势感知联盟,孤立约束对手以提高自身威慑力


奥巴马上台以来,美国摒弃小布什单边主义的强硬姿态和主要依靠军事硬实力谋求太空霸权的做法,采取灵活务实的方式,运用国家权力的所有要素应对太空日益拥挤、对抗性和竞争性不断增强带来的挑战。美国主导建立空间态势感知联盟是其重塑领导地位、建立太空新秩序和太空联盟的重要举措。

从合作对象看,北约国家一直是美国开展合作的首选。除北约外,日、韩、澳等亚太盟国也成为美军太空合作伙伴。美国通过签署互惠的空间态势感知协议,提高各盟国之间空间态势感知能力的兼容性和一体化程度,支持信息共享与集体行动,保证在危机与冲突中共享太空能力。美国利用联盟之力,孤立、约束潜在对手,提高对手与其对抗的风险与代价,迫使潜在敌人自我克制,最终慑止敌对太空攻击行为,实现不战而屈人之兵。


美军利用攻察兼备的卫星平台,获取反高轨卫星的实战能力


“地球同步轨道空间态势感知计划”卫星和“局部空间自主导航与制导试验”卫星发射之后,美军不但获得地球同步轨道抵近侦察能力,同时也获得了地球同步轨道目标的打击能力。

近10多年来,美国太空目标打击能力已从地基向天基扩展,从反低轨卫星向反中高轨卫星扩展。2003—2009年,美国曾利用近地轨道小卫星验证了低轨太空目标自主交会与接近操作、绕飞、近距离机动和拍照的能力;利用地球同步轨道卫星验证了向故障卫星逼近,并通过故障星辐射信号诊断故障原因的能力。作为后续发展型号,“地球同步轨道空间态势感知计划”、“局部空间自主导航与制导试验”卫星可以按任务需求机动变轨,逼近目标,并利用射频、激光、电子干扰等手段对目标实施“软杀伤”,也可通过碰撞等多种手段实现“硬杀伤”,具有更大的作战灵活性和隐蔽性,对部署在高轨道的军事通信、导航、导弹预警等高价值战略卫星构成威胁。


美军不对称打击优势使别国地球同步轨道高价值卫星面临严重威胁


目前,地球同步轨道运行着大量重要的战略卫星,其中包括通信广播卫星、数据中继卫星、电子侦察卫星、导弹预警卫星和气象卫星。据美国忧思科学家网站统计,截至2014年8月1日,地球同步轨道运行着457颗卫星,约占全部在轨卫星的37%。其中,在非美国的273颗卫星中,包括俄罗斯通信卫星22颗;欧洲(不包括个别国家)通信卫星32颗;中国通信卫星20颗,导航卫星10颗。这些卫星如果用于军事,属于高价值的太空资产,构成所有国军事信息网络的重要节点,具有重要的战略意义。“地球同步轨道空间态势感知计划”卫星和“局部太空自主导航与制导试验”卫星使美军获得按需访问地球同步轨道目标的能力,空间态势感知能力与打击能力大幅提升,将对其他国家地球同步轨道内的战略资产带来严重威胁,进而获得战略上的不对称优势。

……


上文选自《国际太空》,详情请查阅该期刊。

 

(作者:刘海印 桐慧)
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