【防务综述】2015年世界空间攻防对抗装备发展综述

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 11:51:16
北京航天情报与信息研究所,张保庆 博士

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,是国家安全重要组成部分和国家重大利益所在。在日益拥挤、对抗、竞争、多极化、全球化的空间态势下,2015年,主要航天国家纷纷调整、制定和完善空间发展战略和政策;高度重视空间态势感知系统发展,加快构建天地一体的空间态势感知能力;借助空间在轨操作、空间机器人维修、空间碎片清除等隐蔽手段,多途径发展空间攻防对抗技术;开展反卫星相关技术试验,实现软杀伤和硬摧毁手段的同步发展;加强空间系统防护能力,提升对抗环境下空间装备的体系抗毁与任务持续保障能力。

  1 加强空间安全领域的顶层谋划

  近年来,空间军事化趋势明显加快,空间争夺日趋激烈。空间日益成为国家安全的重要组成部分。为了维护本国的空间利益和安全,占据空间领域优势地位,2015年,主要航天国家继续加强空间安全领域的顶层谋划,制定相关战略和政策,明确了未来航天发展目标和发展任务。美国多举措强化空间能力。基于“空间战略投资组合评审”,2015年2月,美国防部提出,在2016财年预算中增加空间态势感知和控制空间领域经费,主要用于提前交付“天基空间监视系统后继卫星”,升级和采购通信卫星干扰系统,升级“联合空间作战中心”,并启动其他保密项目。在2015年第31届空间研讨会年会上,美国空军部长表示,美国空军计划在空间防御、任务保证和空间态势感知3个重点领域做出调整,以增强空间能力,防止冲突延伸到空间,同时促进负责任地利用空间。此外,美国航空航天局(NASA)发布《航天技术路线图》草案,明晰了未来20年空间技术发展思路。

  俄罗斯组建新型军事航天力量。2015年2月,俄罗斯将空军和空天防御兵合并建立空天军,并于8月1日正式开始战备值班。俄罗斯组建空天军,是应对现实空天安全威胁的需要,通过改变空天力量组织结构,使国家安全保持在应有水平。2015年7月1日,俄总统批准《俄罗斯航天国家公司联邦法》,组建政企一体的“俄罗斯航天国家公司”以强化航天管理,此举颠覆了俄航天领域正在进行的政企分离改革进程,使航天管理更加强化集中。

  英国发布首个《国家空间政策》。2015年12月,英国发布了首个《国家空间政策》,从政府层面阐释了更为广泛的空间探索方法。该政策强调了空间对于英国的战略重要性,并致力于维护和促进太空环境的安全,保护太空不受任何干扰;通过卓越的学术研究培育强大、有竞争力的商业航天力量;通过国际合作建立负责任地利用太空的法律框架,使航天投资获得最大回报。

  日本出台新政全面布局空间能力发展。2015年1月9日,日本政府正式确定新版《宇宙基本计划》。这是安倍内阁在2013年4月正式实施现行《宇宙基本计划》一年多时间后,重新调整未来10年(2015~2024年)日本航天发展政策、方向、措施的重大举措。两份官方文件反映出日本的外层空间安全战略已由原先以研究储备空间先进技术为主,转变为重视空间军事应用,特别是注重发展空间力量运用、力量增强、空间支持和空间控制四大军事任

  2发展天地一体、覆盖全轨道的空间态势感知能力

  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。2015年,以美国为代表的航天强国给予空间态势感知高度关注,并加快构建天地一体的空间态势感知体系,不断提升高轨空间态势感知能力。

  2.1加快发展天基空间态势感知系统

  美国天基空间态势感知能力迈向高轨道

  地球同步轨道是空间中的战略要地,其上运行着各国的导弹预警卫星、军事通信卫星等核心空间系统,美国尤为重视地球同步轨道目标的态势感知能力。2015年,两颗“地球同步轨道空间态势感知”(GSSAP)卫星两次退出测试模式,并根据用户要求观测地球同步轨道上的特定物体,最终提供了高度符合要求的观测图片,标志着两颗GSSAP卫星成功完成首批任务。两颗GSSAP卫星于2014年发射入轨,使用光电传感器对卫星、碎片及潜在威胁进行跟踪监视,具有地球同步轨道巡视探测和抵近详查能力。另外两颗GSSAP卫星预计2016年发射,将进一步提升美军对高轨目标的抵近侦察和监视能力,为空间对抗奠定基础。

  美空军加快“天基空间监视”后继系统交付时间表

  “天基空间监视系统”(SBSS)是低地球轨道光学遥感卫星星座,拥有较强的轨道观测能力,重复观测周期短,可全天候观测,能够大幅度提高美国深空物体的探测能力。首颗SBSS Block 10“探路者”卫星将在2017年左右达到其寿命期限,美国空军计划以3颗小卫星组成的星座替换目前在轨运行的Block 10“探路者”空间监视卫星,这3颗小卫星原计划在2021年前发射至低地球轨道。而在白宫2015年2月2日发布的2016财年预算申请中计划加快交付Block 10“探路者”卫星后继卫星星座的交付时间表,表明美国防部高度重视其在日益拥挤且对抗激烈的空间环境中的行动能力。

  2.2积极推进建设地基空间态势系统

  美空军下一代“空间篱笆”系统转入建设阶段

  “空间篱笆”(Space Fence)是美国提高太空态势感知能力的一个关键项目。2015年3月,美国空军联合洛克希德•马丁公司正式启动了位于太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁的“空间篱笆”系统地面基站建设,这是美国原有的“空间篱笆”系统退役后美军空间态势感知能力发展的里程碑。新系统将包括一个大孔径、S波段、有源电子扫描阵列雷达,增加了探测更多、更小物体的能力,能跟踪空间中的意外事件,例如威胁性的卫星机动、火箭解体及产生的轨道碎片。2015年9月,“空间篱笆”项目已通过美空军的关键设计评审, 正式从设计阶段转入建造阶段。“空间篱笆”S 波段地基雷达将重点对中低轨道上尺寸大于5厘米的目标进行跟踪,新一代“空间篱笆”系统预计2018年底前具备作战能力,可跟踪的空间碎片数量将由2万个增加到20万个。

  美空军继续推进太空监视望远镜向澳大利亚迁移

  2015年,美军还在继续太空监视望远镜的搬迁工作,目前口径为3.5米的太空监视望远镜已经从美国本土转移到了西澳大利亚,用于为美国的太空监视网络搜集轨道数据,大大加强了美军对南半球天空的监视能力。

  俄罗斯“窗口”空间监视系统完成国家测试

  2015年7月底,俄罗斯首套“窗口”-M空间态势感知系统具备完全运行能力。该套“窗口”系统于1979年开始建造,位于塔吉克斯坦境内,主要覆盖俄中西部上空。“窗口”-M是俄罗斯目前性能最先进的地基光电空间态势感知系统,可识别轨道高度在2000~40000千米的航天器,将为空天军遂行空间攻防作战任务提供强有力支撑,显著提升俄罗斯在空间领域的舆论引导能力。俄罗斯计划在未来4年内,再建设超过10套“窗口”系统,部署在阿尔泰以及滨海边疆地区。

  2.3美国继续推进空间态势感知国际合作

  为进一步促进空间态势感知方面的信息共享,最大限度的依靠盟友掌握空间各类信息,美国继续寻求与盟友在空间态势感知领域的合作。 2015年1月9日,美国战略司令部与德国签订了共享空间态势感知服务与信息的技术协议。此举将增强美德两国在太空领域的感知能力,确保空间资产的安全。2015年4月16日,美法两国签订新的空间态势感知数据共享协议,允许在任何适当时候共享更高级的空间态势感知数据和涉密数据。这是美法两国在去年签署非涉密空间态势感知数据共享协议的基础上,对两国空间态势感知合作的进一步推动。2015年4月27日,美日联合发布第三版《日美防卫合作指针》,指出美日两国还将在空间态势感知方面推进合作,筹划“创立和改善相关能力,针对影响空间领域安全及稳定、妨碍空间资产使用的活动和事件等进行信息共享”,此外也将对空间新兴威胁相关信息保持共享。2015年8月,以色列与美国签署了一份合作协议,共同开展太空监视与防止碰撞。协议指出,应该监视太空中的人造目标和其他目标,以确保在太空活动的安全,防止意外碰撞。继续推进与盟国的空间态势感知数据共享与能力共建,一方面使盟国能更迅速地开展空间资源调度和作战相应;另一方面也使美国空间态势感知能力借助盟国空间系统迈上新的台阶。

  3 多途径探索发展控制空间能力

  世界主要航天国家高度重视进攻性空间对抗系统的发展,多途径探索发展空间对抗手段,积极抢夺控制空间主动权。2015年,美国、欧盟等以在轨操作技术、空间碎片清除等为重点,加紧演示验证和储备空间攻防对抗技术。

  3.1美国积极发展空间在轨操作能力

  DARPA开展“蜻蜓”地球静止轨道卫星机器人自组装项目

  2015年8月,DARPA授予卫星制造商SSL公司价值25万美元的“卫星在轨组装”演示验证合同。该合同属于“蜻蜓”(Dragonfly)项目,是对“凤凰”计划的进一步延伸和拓展。与“凤凰”计划通过利用卫星交会对接实施在轨操作不同,“蜻蜓”项目将研究如何利用星载机械臂,将分块的天线部件在轨组装成大型卫星天线,这可是通信卫星的天线突破整流罩的束缚,进而大幅提升卫星通信的能力。“蜻蜓”项目所演示的机械臂在轨操作技术,具有潜在的地球同步轨道卫星硬杀伤能力。

  美国NASA推进机器人燃料加注任务技术发展

  2015年7月,NASA启动国际空间站“机器人燃料加注任务”(RRM)第二阶段试验,验证在轨低温燃料补给技术与卫星内部监测技术。RRM演示目标星在建造时为考虑维修的情形,与服务星之间没有专用的对接接口,需通过精细的在轨操作解除目标星外部的锁紧机构,才能完成对接。该技术一旦成熟,不仅可以广泛应用于在轨卫星的维修,而且具有在轨捕获敌方卫星的潜在军事价值。

  美国研制“蜘蛛制造”空间制造系统

  美国TUI公司正在研制一种被称为“蜘蛛制造”的空间制造系统。该系统的核心是一个多手臂蜘蛛状机器人,其使用“吐丝器”将原材料制成结构单元,然后使用另一个“吐丝器”再将这些结构单元集成大型结构。“蜘蛛制造”系统将改变以往航天器各部件建造和装配均在地面进行的模式,实现航天器各部件的在轨建造和装配,进一步降低成本并提高效率。预计未来十年,“蜘蛛制造”空间制造系统将能够在轨建造大型天线、太阳能电池帆板等。

  3.2多国研究空间碎片与在轨卫星清理技术

  空间碎片清除技术废弃卫星清理技术具备潜在的空间对抗能力,2015年,欧盟和日本等国积极开展碎片清除技术和废弃卫星清理技术研究。

  欧空局积极研究捕获废弃卫星技术

  欧空局(ESA)在失重环境下测试了利用渔网捕获空间垃圾的技术。在此期间,研究人员用一个压缩空气喷射器将渔网射向卫星模型。这些渔网每个角都进行了加重处理,处于失重状态时就会缠住卫星。试验表明,在捕获卫星方面,超轻渔网比厚重的渔网更有效。在此测试成功的基础上,ESA将于2021年在空间部署渔网空间垃圾捕获系统。

  欧空局征求低地球同步轨道卫星平台设计“构建模块”概念

  受到减少空间碎片新规则的影响,未来卫星平台的设计将有新的发展。在“清洁卫星”项目中,ESA计划在创新的技术基础上研发新型“构建模块”,相关方法包括:使卫星脱离轨道或重新定位新轨道的推进技术;确保卫星在大气层中销毁、无需执行特定的再入大气层任务的废弃方法;阻力增加装置(如帆型装置),以及推进系统和电源钝化技术。一旦“构建模块”经过审议可用于空间,ESA将首先在其任务中使用这些模块。

  日本积极开展碎片清除技术研究

  2015年4月,日本理化研究所的研究人员正在研究一种准确、快速且低成本的跟踪并清除轨道空间碎片的方法。研究团队结合使用超广角视场“极限宇宙天文台望远镜”采集的数据和一个高效激光系统,通过激光系统射出的高功率光束来清除目标。高激光束聚焦在目标上时,会产生高速等离子体消融效应并降低目标的轨道速度,使目标发生偏转并再入地球大气层烧毁。目前研究团队正计划在国际空间站进行试验,以证明该方法的可行性。未来,研究人员希望设计出一种飞行器,可进入800千米的极地轨道执行空间垃圾清理任务。

  西班牙研发清理大椭圆轨道退役卫星的方法

  大椭圆轨道受地球赤道隆起和月球与太阳引力的双重效应的影响,会使大椭圆轨道上的卫星穿过两个“受保护”的地带(低地球轨道和地球同步轨道),这大大增加了与这些轨道上运行着的大量卫星发生碰撞的风险。2015年,西班牙针对大椭圆轨道退役卫星清理方法进行研究,该方法目前正在欧洲航天局INTEGRAL任务中进行试验,旨在利用影响大椭圆轨道的引力效应,降低清理该轨道上退役卫星的成本。

  4发展软硬杀伤空间攻击手段

  鉴于发展空间攻防对抗手段的国际政治敏感性和复杂性,美、俄等国通过掩军于民、隐蔽推进的方法,推进空间对抗“软硬杀伤”手段发展。

  4.1X-37B进行第四次飞行试验

  2015年5月20日,美国空军在卡纳维拉尔角空军基地成功发射了第四架次X-37B轨道试验飞行器。本次试验测试的霍尔电推进发动机是通过电离、加速惰性气体氙产生推力。与传统化学火箭发动机相比,它的推力不大,但具有比冲高、启动次数多、使用寿命长等特点。霍尔电推进发动机可大幅提升X-37B的在轨机动能力,极大的增强其灵活性。迄今为止,X-37B共进行了4次飞行试验。前三次飞行试验呈现出在轨时间越来越长、技术成熟度越来越高、影响越来越大等特点。第四次飞行试验重点是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。

  4.2俄罗斯成功进行新型反卫星导弹试验

  2015年11月18日,俄罗斯成功进行了反卫星试验,以机动发射方式试射了一枚代号为Nudol的导弹。俄罗斯将其作为导弹防御系统的一部分发展,此前曾进行过2次试验,但均未成功。有关人士称,Nudol导弹使用的传感器可能为固定式雷达,这使其只能击中经过莫斯科上空的卫星,限制了其反卫星能力。

  4.3俄罗斯频繁开展异常轨道机动

  俄罗斯于2015年3月发射的 “宇宙-2504”卫星在轨进行了至少11次近距离接近火箭上面级的机动操作,还曾接近一个轨道碎片,其机动能力很符合在轨反卫星的特性。2015年10月,根据美国空军的轨道参数预测,俄罗斯一颗被成为“卢奇”的机密卫星子发射以来已在国际通信卫星组织的两颗地球同步轨道卫星之间停留长达5个月,期间还多次通过机动操作,曾与国际通信卫星组织的卫星相距仅10千米,被认为威胁了后者的安全。俄罗斯卫星近期一系列的卫星在轨机动操作表明了俄罗斯在具备地基定向能和共轨式反卫星技术的基础上,正在发展天基操控的新型反卫星技术,将进一步增强俄罗斯的空间威慑能力。

  5有效增强空间装备防护抗毁能力

  随着拥有军事航天能力国家的增多,空间将变得更加拥挤且富有对抗性。军事作战对空间系统依赖性的增强也将进一步凸显出军用卫星系统的脆弱性,军用卫星将会面临物理攻击、电磁干扰和网络攻击等多种威胁,空间系统鲁棒性和安全性问题变得日益突出,空间装备防护抗毁能力的增强受到各国的广泛关注。近期,主要航天国家积极探索和研究新型空间防护理论和技术,通过空间战演习评估空间系统的弹性等全面提升其空间装备防护抗毁能力。

  5.1不断丰富空间防护手段

  至《弹性与分散式空间体系结构》白皮书发布以来,分散式空间体系结构一直作为未来美军空间系统发展的思路之一。2015年4月,基于“空间战略投资组合评估”报告,美空军表示,“分散式体系结构”只是空间防护的手段之一,仍属于被动防护,必须发展更为多样化的手段。多样化的空间防护更为强调发展主动防护能力,保障空间系统在任何时候均可应用。空间防护理念的转变直接促成了空间防护投资的增加。2015年7月,白宫宣布,未来5年将投入80亿美元提升空间防护能力。目前,美国关于空间防护的主要规划是:国防部获得50亿美元支持,情报部门获得30亿美元支持;“先进极高频”通信卫星系统与“后继型气象卫星”系统已被要求采用“分散式体系结构”,下一代预警卫星和侦察卫星正开展“分散式”概念论证。同时,多种主动防护能力建设重新获得关注,如要求所有重要卫星都具备轨道机动能力、推进卫星通信干扰源探测技术研发等。

  5.2探索新技术增强卫星通信抗干扰能力

  高性能通信卫星的发展一直受到主要航天国家的重视。2015年,主要航天国家积极探索卫星通信系统抗干扰技术,以使通信卫星系统具备抗毁、抗干扰、抗截获能力,力图增强卫星通信的稳定性和可靠性。 DARPA寻求研发“立方体”卫星通信数据链路。2015年6月5日,DARPA发布“卫星间通信链路”项目征询书,寻求研发有效的“立方体”卫星通信方式,可使卫星间交换信息以协调行动,或向地面站发送信息。该项目的其中一个重要目标是提供低延迟、可长期生存和抗干扰的通信服务,以满足战术应用中对于近实时数据的需求。设计方案需要解决链路的稳健性,并考虑链路在面临干扰或敌方拒止时的潜在易损性。但该项目不需要提供下行链路能力的通信节点。欧空局完成第100次空间高速激光通信链接。欧空局“欧洲数据中继系统”低地球轨道上的“哨兵-1A”对地观测雷达卫星与地球同步轨道上的“阿尔法”卫星之间成功执行了100次高速激光通信链接。与射频通信相比,激光通信具有更高的保密性和抗干扰性,能有效地防止窃听和干扰。本次试验在50秒内建立了第100次链接,零比特错误的稳定通信共维持了10分钟,进一步证实了空间激光通信技术的可靠性。澳大利亚试验新型数据传输技术。2015年10月29日,澳大利亚陆、海、空三军、工业部门等共同进行了新型通信系统试验,对其宽带高频技术进行验证。试验显示,通过该技术,可在不依赖卫星的情况下传输高质量的图像、视频等信息,数据传输速率比当前部署的系统快10倍。这种新的宽带高频系统是当前高频无线通信领域的重大技术进步,可与现有高频设施集成,将为现有卫星通信提供后被方案,也将为未来澳均通信系统提供更多的灵活性及更强的生存能力。

  5.3发展快速发射与在轨服务技术

  美国国防高级研究计划局(DARPA)授予波音公司一份价值660万美元的合同,用于开展“试验性空天飞机”(XS-1)项目1B阶段的工作。根据1B阶段的合同,波音公司将继续研发XS-1概念,验证已确定的核心组件技术,降低风险,制定技术成熟度方案,执行数次演示验证任务,2016年8月前完成该阶段工作。XS-1项目旨在设计一种可重复使用的高超声速无人飞行器,不仅能为政府与商业客户提供下一代发射能力,还能作为全球到达的高超声速进入空间飞机。该飞行器能够携带并在低地球轨道部署、质量为1300~2300千克的卫星,单次发射成本低于500万美元。XS-1将采用可重复使用的第一级,使其能以高超声速飞行至亚轨道高度,采用一个或多个一次性上面级,与第一级分离后将卫星部署到低地球轨道。除了XS-1项目,DARPA还与波音公司合作发展“机载发射辅助空间进入”(ALASA)项目,以研发一种用于发射质量约为45千克的微小卫星机载发射系统。ALASA项目的目标是使用低成本、一次性上面级从常规飞机上快速发射微小卫星,单次发射成本小于100万美元。美国发展快速相应能力的目的是实现72小时内小型卫星的补网发射,构建及时重构能力,提高空间系统的生存能力。
http://tech.gmw.cn/mil/2016-08/18/content_21528074.htm北京航天情报与信息研究所,张保庆 博士

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,是国家安全重要组成部分和国家重大利益所在。在日益拥挤、对抗、竞争、多极化、全球化的空间态势下,2015年,主要航天国家纷纷调整、制定和完善空间发展战略和政策;高度重视空间态势感知系统发展,加快构建天地一体的空间态势感知能力;借助空间在轨操作、空间机器人维修、空间碎片清除等隐蔽手段,多途径发展空间攻防对抗技术;开展反卫星相关技术试验,实现软杀伤和硬摧毁手段的同步发展;加强空间系统防护能力,提升对抗环境下空间装备的体系抗毁与任务持续保障能力。

  1 加强空间安全领域的顶层谋划

  近年来,空间军事化趋势明显加快,空间争夺日趋激烈。空间日益成为国家安全的重要组成部分。为了维护本国的空间利益和安全,占据空间领域优势地位,2015年,主要航天国家继续加强空间安全领域的顶层谋划,制定相关战略和政策,明确了未来航天发展目标和发展任务。美国多举措强化空间能力。基于“空间战略投资组合评审”,2015年2月,美国防部提出,在2016财年预算中增加空间态势感知和控制空间领域经费,主要用于提前交付“天基空间监视系统后继卫星”,升级和采购通信卫星干扰系统,升级“联合空间作战中心”,并启动其他保密项目。在2015年第31届空间研讨会年会上,美国空军部长表示,美国空军计划在空间防御、任务保证和空间态势感知3个重点领域做出调整,以增强空间能力,防止冲突延伸到空间,同时促进负责任地利用空间。此外,美国航空航天局(NASA)发布《航天技术路线图》草案,明晰了未来20年空间技术发展思路。

  俄罗斯组建新型军事航天力量。2015年2月,俄罗斯将空军和空天防御兵合并建立空天军,并于8月1日正式开始战备值班。俄罗斯组建空天军,是应对现实空天安全威胁的需要,通过改变空天力量组织结构,使国家安全保持在应有水平。2015年7月1日,俄总统批准《俄罗斯航天国家公司联邦法》,组建政企一体的“俄罗斯航天国家公司”以强化航天管理,此举颠覆了俄航天领域正在进行的政企分离改革进程,使航天管理更加强化集中。

  英国发布首个《国家空间政策》。2015年12月,英国发布了首个《国家空间政策》,从政府层面阐释了更为广泛的空间探索方法。该政策强调了空间对于英国的战略重要性,并致力于维护和促进太空环境的安全,保护太空不受任何干扰;通过卓越的学术研究培育强大、有竞争力的商业航天力量;通过国际合作建立负责任地利用太空的法律框架,使航天投资获得最大回报。

  日本出台新政全面布局空间能力发展。2015年1月9日,日本政府正式确定新版《宇宙基本计划》。这是安倍内阁在2013年4月正式实施现行《宇宙基本计划》一年多时间后,重新调整未来10年(2015~2024年)日本航天发展政策、方向、措施的重大举措。两份官方文件反映出日本的外层空间安全战略已由原先以研究储备空间先进技术为主,转变为重视空间军事应用,特别是注重发展空间力量运用、力量增强、空间支持和空间控制四大军事任

  2发展天地一体、覆盖全轨道的空间态势感知能力

  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。2015年,以美国为代表的航天强国给予空间态势感知高度关注,并加快构建天地一体的空间态势感知体系,不断提升高轨空间态势感知能力。

  2.1加快发展天基空间态势感知系统

  美国天基空间态势感知能力迈向高轨道

  地球同步轨道是空间中的战略要地,其上运行着各国的导弹预警卫星、军事通信卫星等核心空间系统,美国尤为重视地球同步轨道目标的态势感知能力。2015年,两颗“地球同步轨道空间态势感知”(GSSAP)卫星两次退出测试模式,并根据用户要求观测地球同步轨道上的特定物体,最终提供了高度符合要求的观测图片,标志着两颗GSSAP卫星成功完成首批任务。两颗GSSAP卫星于2014年发射入轨,使用光电传感器对卫星、碎片及潜在威胁进行跟踪监视,具有地球同步轨道巡视探测和抵近详查能力。另外两颗GSSAP卫星预计2016年发射,将进一步提升美军对高轨目标的抵近侦察和监视能力,为空间对抗奠定基础。

  美空军加快“天基空间监视”后继系统交付时间表

  “天基空间监视系统”(SBSS)是低地球轨道光学遥感卫星星座,拥有较强的轨道观测能力,重复观测周期短,可全天候观测,能够大幅度提高美国深空物体的探测能力。首颗SBSS Block 10“探路者”卫星将在2017年左右达到其寿命期限,美国空军计划以3颗小卫星组成的星座替换目前在轨运行的Block 10“探路者”空间监视卫星,这3颗小卫星原计划在2021年前发射至低地球轨道。而在白宫2015年2月2日发布的2016财年预算申请中计划加快交付Block 10“探路者”卫星后继卫星星座的交付时间表,表明美国防部高度重视其在日益拥挤且对抗激烈的空间环境中的行动能力。

  2.2积极推进建设地基空间态势系统

  美空军下一代“空间篱笆”系统转入建设阶段

  “空间篱笆”(Space Fence)是美国提高太空态势感知能力的一个关键项目。2015年3月,美国空军联合洛克希德•马丁公司正式启动了位于太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁的“空间篱笆”系统地面基站建设,这是美国原有的“空间篱笆”系统退役后美军空间态势感知能力发展的里程碑。新系统将包括一个大孔径、S波段、有源电子扫描阵列雷达,增加了探测更多、更小物体的能力,能跟踪空间中的意外事件,例如威胁性的卫星机动、火箭解体及产生的轨道碎片。2015年9月,“空间篱笆”项目已通过美空军的关键设计评审, 正式从设计阶段转入建造阶段。“空间篱笆”S 波段地基雷达将重点对中低轨道上尺寸大于5厘米的目标进行跟踪,新一代“空间篱笆”系统预计2018年底前具备作战能力,可跟踪的空间碎片数量将由2万个增加到20万个。

  美空军继续推进太空监视望远镜向澳大利亚迁移

  2015年,美军还在继续太空监视望远镜的搬迁工作,目前口径为3.5米的太空监视望远镜已经从美国本土转移到了西澳大利亚,用于为美国的太空监视网络搜集轨道数据,大大加强了美军对南半球天空的监视能力。

  俄罗斯“窗口”空间监视系统完成国家测试

  2015年7月底,俄罗斯首套“窗口”-M空间态势感知系统具备完全运行能力。该套“窗口”系统于1979年开始建造,位于塔吉克斯坦境内,主要覆盖俄中西部上空。“窗口”-M是俄罗斯目前性能最先进的地基光电空间态势感知系统,可识别轨道高度在2000~40000千米的航天器,将为空天军遂行空间攻防作战任务提供强有力支撑,显著提升俄罗斯在空间领域的舆论引导能力。俄罗斯计划在未来4年内,再建设超过10套“窗口”系统,部署在阿尔泰以及滨海边疆地区。

  2.3美国继续推进空间态势感知国际合作

  为进一步促进空间态势感知方面的信息共享,最大限度的依靠盟友掌握空间各类信息,美国继续寻求与盟友在空间态势感知领域的合作。 2015年1月9日,美国战略司令部与德国签订了共享空间态势感知服务与信息的技术协议。此举将增强美德两国在太空领域的感知能力,确保空间资产的安全。2015年4月16日,美法两国签订新的空间态势感知数据共享协议,允许在任何适当时候共享更高级的空间态势感知数据和涉密数据。这是美法两国在去年签署非涉密空间态势感知数据共享协议的基础上,对两国空间态势感知合作的进一步推动。2015年4月27日,美日联合发布第三版《日美防卫合作指针》,指出美日两国还将在空间态势感知方面推进合作,筹划“创立和改善相关能力,针对影响空间领域安全及稳定、妨碍空间资产使用的活动和事件等进行信息共享”,此外也将对空间新兴威胁相关信息保持共享。2015年8月,以色列与美国签署了一份合作协议,共同开展太空监视与防止碰撞。协议指出,应该监视太空中的人造目标和其他目标,以确保在太空活动的安全,防止意外碰撞。继续推进与盟国的空间态势感知数据共享与能力共建,一方面使盟国能更迅速地开展空间资源调度和作战相应;另一方面也使美国空间态势感知能力借助盟国空间系统迈上新的台阶。

  3 多途径探索发展控制空间能力

  世界主要航天国家高度重视进攻性空间对抗系统的发展,多途径探索发展空间对抗手段,积极抢夺控制空间主动权。2015年,美国、欧盟等以在轨操作技术、空间碎片清除等为重点,加紧演示验证和储备空间攻防对抗技术。

  3.1美国积极发展空间在轨操作能力

  DARPA开展“蜻蜓”地球静止轨道卫星机器人自组装项目

  2015年8月,DARPA授予卫星制造商SSL公司价值25万美元的“卫星在轨组装”演示验证合同。该合同属于“蜻蜓”(Dragonfly)项目,是对“凤凰”计划的进一步延伸和拓展。与“凤凰”计划通过利用卫星交会对接实施在轨操作不同,“蜻蜓”项目将研究如何利用星载机械臂,将分块的天线部件在轨组装成大型卫星天线,这可是通信卫星的天线突破整流罩的束缚,进而大幅提升卫星通信的能力。“蜻蜓”项目所演示的机械臂在轨操作技术,具有潜在的地球同步轨道卫星硬杀伤能力。

  美国NASA推进机器人燃料加注任务技术发展

  2015年7月,NASA启动国际空间站“机器人燃料加注任务”(RRM)第二阶段试验,验证在轨低温燃料补给技术与卫星内部监测技术。RRM演示目标星在建造时为考虑维修的情形,与服务星之间没有专用的对接接口,需通过精细的在轨操作解除目标星外部的锁紧机构,才能完成对接。该技术一旦成熟,不仅可以广泛应用于在轨卫星的维修,而且具有在轨捕获敌方卫星的潜在军事价值。

  美国研制“蜘蛛制造”空间制造系统

  美国TUI公司正在研制一种被称为“蜘蛛制造”的空间制造系统。该系统的核心是一个多手臂蜘蛛状机器人,其使用“吐丝器”将原材料制成结构单元,然后使用另一个“吐丝器”再将这些结构单元集成大型结构。“蜘蛛制造”系统将改变以往航天器各部件建造和装配均在地面进行的模式,实现航天器各部件的在轨建造和装配,进一步降低成本并提高效率。预计未来十年,“蜘蛛制造”空间制造系统将能够在轨建造大型天线、太阳能电池帆板等。

  3.2多国研究空间碎片与在轨卫星清理技术

  空间碎片清除技术废弃卫星清理技术具备潜在的空间对抗能力,2015年,欧盟和日本等国积极开展碎片清除技术和废弃卫星清理技术研究。

  欧空局积极研究捕获废弃卫星技术

  欧空局(ESA)在失重环境下测试了利用渔网捕获空间垃圾的技术。在此期间,研究人员用一个压缩空气喷射器将渔网射向卫星模型。这些渔网每个角都进行了加重处理,处于失重状态时就会缠住卫星。试验表明,在捕获卫星方面,超轻渔网比厚重的渔网更有效。在此测试成功的基础上,ESA将于2021年在空间部署渔网空间垃圾捕获系统。

  欧空局征求低地球同步轨道卫星平台设计“构建模块”概念

  受到减少空间碎片新规则的影响,未来卫星平台的设计将有新的发展。在“清洁卫星”项目中,ESA计划在创新的技术基础上研发新型“构建模块”,相关方法包括:使卫星脱离轨道或重新定位新轨道的推进技术;确保卫星在大气层中销毁、无需执行特定的再入大气层任务的废弃方法;阻力增加装置(如帆型装置),以及推进系统和电源钝化技术。一旦“构建模块”经过审议可用于空间,ESA将首先在其任务中使用这些模块。

  日本积极开展碎片清除技术研究

  2015年4月,日本理化研究所的研究人员正在研究一种准确、快速且低成本的跟踪并清除轨道空间碎片的方法。研究团队结合使用超广角视场“极限宇宙天文台望远镜”采集的数据和一个高效激光系统,通过激光系统射出的高功率光束来清除目标。高激光束聚焦在目标上时,会产生高速等离子体消融效应并降低目标的轨道速度,使目标发生偏转并再入地球大气层烧毁。目前研究团队正计划在国际空间站进行试验,以证明该方法的可行性。未来,研究人员希望设计出一种飞行器,可进入800千米的极地轨道执行空间垃圾清理任务。

  西班牙研发清理大椭圆轨道退役卫星的方法

  大椭圆轨道受地球赤道隆起和月球与太阳引力的双重效应的影响,会使大椭圆轨道上的卫星穿过两个“受保护”的地带(低地球轨道和地球同步轨道),这大大增加了与这些轨道上运行着的大量卫星发生碰撞的风险。2015年,西班牙针对大椭圆轨道退役卫星清理方法进行研究,该方法目前正在欧洲航天局INTEGRAL任务中进行试验,旨在利用影响大椭圆轨道的引力效应,降低清理该轨道上退役卫星的成本。

  4发展软硬杀伤空间攻击手段

  鉴于发展空间攻防对抗手段的国际政治敏感性和复杂性,美、俄等国通过掩军于民、隐蔽推进的方法,推进空间对抗“软硬杀伤”手段发展。

  4.1X-37B进行第四次飞行试验

  2015年5月20日,美国空军在卡纳维拉尔角空军基地成功发射了第四架次X-37B轨道试验飞行器。本次试验测试的霍尔电推进发动机是通过电离、加速惰性气体氙产生推力。与传统化学火箭发动机相比,它的推力不大,但具有比冲高、启动次数多、使用寿命长等特点。霍尔电推进发动机可大幅提升X-37B的在轨机动能力,极大的增强其灵活性。迄今为止,X-37B共进行了4次飞行试验。前三次飞行试验呈现出在轨时间越来越长、技术成熟度越来越高、影响越来越大等特点。第四次飞行试验重点是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。

  4.2俄罗斯成功进行新型反卫星导弹试验

  2015年11月18日,俄罗斯成功进行了反卫星试验,以机动发射方式试射了一枚代号为Nudol的导弹。俄罗斯将其作为导弹防御系统的一部分发展,此前曾进行过2次试验,但均未成功。有关人士称,Nudol导弹使用的传感器可能为固定式雷达,这使其只能击中经过莫斯科上空的卫星,限制了其反卫星能力。

  4.3俄罗斯频繁开展异常轨道机动

  俄罗斯于2015年3月发射的 “宇宙-2504”卫星在轨进行了至少11次近距离接近火箭上面级的机动操作,还曾接近一个轨道碎片,其机动能力很符合在轨反卫星的特性。2015年10月,根据美国空军的轨道参数预测,俄罗斯一颗被成为“卢奇”的机密卫星子发射以来已在国际通信卫星组织的两颗地球同步轨道卫星之间停留长达5个月,期间还多次通过机动操作,曾与国际通信卫星组织的卫星相距仅10千米,被认为威胁了后者的安全。俄罗斯卫星近期一系列的卫星在轨机动操作表明了俄罗斯在具备地基定向能和共轨式反卫星技术的基础上,正在发展天基操控的新型反卫星技术,将进一步增强俄罗斯的空间威慑能力。

  5有效增强空间装备防护抗毁能力

  随着拥有军事航天能力国家的增多,空间将变得更加拥挤且富有对抗性。军事作战对空间系统依赖性的增强也将进一步凸显出军用卫星系统的脆弱性,军用卫星将会面临物理攻击、电磁干扰和网络攻击等多种威胁,空间系统鲁棒性和安全性问题变得日益突出,空间装备防护抗毁能力的增强受到各国的广泛关注。近期,主要航天国家积极探索和研究新型空间防护理论和技术,通过空间战演习评估空间系统的弹性等全面提升其空间装备防护抗毁能力。

  5.1不断丰富空间防护手段

  至《弹性与分散式空间体系结构》白皮书发布以来,分散式空间体系结构一直作为未来美军空间系统发展的思路之一。2015年4月,基于“空间战略投资组合评估”报告,美空军表示,“分散式体系结构”只是空间防护的手段之一,仍属于被动防护,必须发展更为多样化的手段。多样化的空间防护更为强调发展主动防护能力,保障空间系统在任何时候均可应用。空间防护理念的转变直接促成了空间防护投资的增加。2015年7月,白宫宣布,未来5年将投入80亿美元提升空间防护能力。目前,美国关于空间防护的主要规划是:国防部获得50亿美元支持,情报部门获得30亿美元支持;“先进极高频”通信卫星系统与“后继型气象卫星”系统已被要求采用“分散式体系结构”,下一代预警卫星和侦察卫星正开展“分散式”概念论证。同时,多种主动防护能力建设重新获得关注,如要求所有重要卫星都具备轨道机动能力、推进卫星通信干扰源探测技术研发等。

  5.2探索新技术增强卫星通信抗干扰能力

  高性能通信卫星的发展一直受到主要航天国家的重视。2015年,主要航天国家积极探索卫星通信系统抗干扰技术,以使通信卫星系统具备抗毁、抗干扰、抗截获能力,力图增强卫星通信的稳定性和可靠性。 DARPA寻求研发“立方体”卫星通信数据链路。2015年6月5日,DARPA发布“卫星间通信链路”项目征询书,寻求研发有效的“立方体”卫星通信方式,可使卫星间交换信息以协调行动,或向地面站发送信息。该项目的其中一个重要目标是提供低延迟、可长期生存和抗干扰的通信服务,以满足战术应用中对于近实时数据的需求。设计方案需要解决链路的稳健性,并考虑链路在面临干扰或敌方拒止时的潜在易损性。但该项目不需要提供下行链路能力的通信节点。欧空局完成第100次空间高速激光通信链接。欧空局“欧洲数据中继系统”低地球轨道上的“哨兵-1A”对地观测雷达卫星与地球同步轨道上的“阿尔法”卫星之间成功执行了100次高速激光通信链接。与射频通信相比,激光通信具有更高的保密性和抗干扰性,能有效地防止窃听和干扰。本次试验在50秒内建立了第100次链接,零比特错误的稳定通信共维持了10分钟,进一步证实了空间激光通信技术的可靠性。澳大利亚试验新型数据传输技术。2015年10月29日,澳大利亚陆、海、空三军、工业部门等共同进行了新型通信系统试验,对其宽带高频技术进行验证。试验显示,通过该技术,可在不依赖卫星的情况下传输高质量的图像、视频等信息,数据传输速率比当前部署的系统快10倍。这种新的宽带高频系统是当前高频无线通信领域的重大技术进步,可与现有高频设施集成,将为现有卫星通信提供后被方案,也将为未来澳均通信系统提供更多的灵活性及更强的生存能力。

  5.3发展快速发射与在轨服务技术

  美国国防高级研究计划局(DARPA)授予波音公司一份价值660万美元的合同,用于开展“试验性空天飞机”(XS-1)项目1B阶段的工作。根据1B阶段的合同,波音公司将继续研发XS-1概念,验证已确定的核心组件技术,降低风险,制定技术成熟度方案,执行数次演示验证任务,2016年8月前完成该阶段工作。XS-1项目旨在设计一种可重复使用的高超声速无人飞行器,不仅能为政府与商业客户提供下一代发射能力,还能作为全球到达的高超声速进入空间飞机。该飞行器能够携带并在低地球轨道部署、质量为1300~2300千克的卫星,单次发射成本低于500万美元。XS-1将采用可重复使用的第一级,使其能以高超声速飞行至亚轨道高度,采用一个或多个一次性上面级,与第一级分离后将卫星部署到低地球轨道。除了XS-1项目,DARPA还与波音公司合作发展“机载发射辅助空间进入”(ALASA)项目,以研发一种用于发射质量约为45千克的微小卫星机载发射系统。ALASA项目的目标是使用低成本、一次性上面级从常规飞机上快速发射微小卫星,单次发射成本小于100万美元。美国发展快速相应能力的目的是实现72小时内小型卫星的补网发射,构建及时重构能力,提高空间系统的生存能力。
http://tech.gmw.cn/mil/2016-08/18/content_21528074.htm