美國(guó)陸軍航天戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力建設(shè)的變革和啟示

郭卉 呂景舜 夏莽 （北京空間科技信息研究所）

美國(guó)陸軍航天戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力建設(shè)的變革和啟示

Innovation and Revelation of Space Capability Developing by U.S. Army for Tactical Application

郭卉 呂景舜 夏莽 （北京空間科技信息研究所）

美國(guó)是當(dāng)今世界部署軍用衛(wèi)星最多的國(guó)家。在歷次現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，軍用衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)其取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利發(fā)揮了重要作用。美國(guó)大多數(shù)航天系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行主要由空軍負(fù)責(zé)，陸軍是這些系統(tǒng)的用戶。而陸軍近年來轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，開始重視面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的航天能力建設(shè)，并表示陸軍將為國(guó)防部航天能力作貢獻(xiàn)，不只是利用國(guó)防部提供的航天能力。

美國(guó)2009年的《陸軍航天政策》提出了陸軍未來航天能力的建設(shè)目標(biāo)，包括利用現(xiàn)有航天能力以提升地面戰(zhàn)斗力、影響未來航天系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用、提升快速響應(yīng)的聯(lián)合航天能力、使航天能力融入陸軍作戰(zhàn)能力等等。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，陸軍先后開展了一系列航天項(xiàng)目，進(jìn)行以低成本、短周期、模塊化等為特點(diǎn)的小衛(wèi)星研制與試驗(yàn)，探索如何借助航天能力提升陸軍地面作戰(zhàn)能力的轉(zhuǎn)型道路。

我國(guó)航天能力的快速提升為進(jìn)一步增強(qiáng)軍隊(duì)及國(guó)防實(shí)力打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但如何將航天系統(tǒng)強(qiáng)大的信息支援能力應(yīng)用到陸軍地面作戰(zhàn)力量中，提高陸軍的作戰(zhàn)能力，仍是一個(gè)新課題。研究美國(guó)陸軍加強(qiáng)面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用航天能力建設(shè)的發(fā)展路徑對(duì)推進(jìn)我國(guó)軍隊(duì)和國(guó)防改革具有重要的借鑒作用。

1 美國(guó)陸軍面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力建設(shè)的不斷探索

發(fā)展微小衛(wèi)星技術(shù)，增強(qiáng)軍事航天系統(tǒng)能力

大型空間系統(tǒng)一直以來是美國(guó)軍事航天系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)。近十余年以來，受小衛(wèi)星技術(shù)提升及美國(guó)航天及軍事戰(zhàn)略政策改變等多方面因素的影響，美國(guó)開始推動(dòng)軍事航天系統(tǒng)從只注重大衛(wèi)星轉(zhuǎn)向大小衛(wèi)星并行發(fā)展。小衛(wèi)星適用于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)執(zhí)行短期任務(wù)，在降低成本、增強(qiáng)抗毀能力、應(yīng)急補(bǔ)充增強(qiáng)和快速組網(wǎng)等方面具有突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又具有機(jī)動(dòng)靈活、便于管理和運(yùn)營(yíng)等特點(diǎn)，因此格外受到美軍青睞。近年來美國(guó)陸軍開發(fā)了“航天和導(dǎo)彈防御司令部-作戰(zhàn)納衛(wèi)星效果”（SMDC-ONE）、“航天和導(dǎo)彈防御司令部納衛(wèi)星計(jì)劃”（SNaP）等項(xiàng)目，不斷探索小衛(wèi)星軍事應(yīng)用模式，推動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)軍事用天能力發(fā)展。

“航天和導(dǎo)彈防御司令部-作戰(zhàn)納衛(wèi)星效果”項(xiàng)目是美國(guó)陸軍開發(fā)的一個(gè)試驗(yàn)型通信小衛(wèi)星星座，系統(tǒng)由8顆納衛(wèi)星構(gòu)成，單顆衛(wèi)星質(zhì)量約4kg，首顆納衛(wèi)星于2010年發(fā)射，項(xiàng)目驗(yàn)證了戰(zhàn)場(chǎng)短報(bào)文通信、話音通信和無人地面站數(shù)據(jù)采集能力。衛(wèi)星地面站硬件由便攜式電腦、無線電收發(fā)裝置、旋轉(zhuǎn)天線等輕量設(shè)備組成，具有機(jī)動(dòng)靈活和便于操作等特點(diǎn)。衛(wèi)星地面站具有指令控制和無人地面站兩種工作模式。“航天和導(dǎo)彈防御司令部-作戰(zhàn)納衛(wèi)星效果”項(xiàng)目包括兩個(gè)階段目標(biāo)：第一階段主要驗(yàn)證從無人地面站接收打包數(shù)據(jù)，由衛(wèi)星的地面追蹤裝置將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他地面站；第二階段主要驗(yàn)證將實(shí)時(shí)語(yǔ)音及文字信息在戰(zhàn)術(shù)無線電設(shè)備間進(jìn)行傳輸。

美國(guó)陸軍在“航天和導(dǎo)彈防御司令部-作戰(zhàn)納衛(wèi)星效果”衛(wèi)星基礎(chǔ)上，研發(fā)了“航天和導(dǎo)彈防御司令部納衛(wèi)星計(jì)劃”衛(wèi)星，3顆立方星均質(zhì)量為5.3kg，于2015年發(fā)射，具有三軸姿態(tài)穩(wěn)定和推進(jìn)系統(tǒng)，可向處于遙遠(yuǎn)不利條件的用戶提供超視距通信服務(wù)，數(shù)傳速率是“航天和導(dǎo)彈防御司令部-作戰(zhàn)納衛(wèi)星效果”衛(wèi)星的5倍。

此外，安德魯斯航天公司承擔(dān)了陸軍航天和導(dǎo)彈防御司令部的“小型敏捷戰(zhàn)術(shù)航天器”（SATS）項(xiàng)目，開發(fā)分辨率小于2m的納衛(wèi)星，為美國(guó)陸軍提供實(shí)時(shí)的戰(zhàn)術(shù)圖像情報(bào)服務(wù)。項(xiàng)目旨在證明低成本納衛(wèi)星的基礎(chǔ)能力與運(yùn)行理念，以及能夠?yàn)橄嚓P(guān)戰(zhàn)區(qū)提供少于10min重訪速率等性能。“小型敏捷戰(zhàn)術(shù)航天器”合同分為3個(gè)階段，總價(jià)值達(dá)980萬(wàn)美元。安德魯斯航天公司通過開發(fā)一個(gè)演示驗(yàn)證衛(wèi)星，驗(yàn)證系統(tǒng)具備接收任務(wù)組織指揮能力、實(shí)時(shí)向戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)人員傳送戰(zhàn)術(shù)圖像及低幀率視頻的能力。

嘗試小型低軌快速響應(yīng)火箭研制，提高快速部署能力

美國(guó)陸軍從2006年開始研發(fā)專門用于發(fā)射低軌小衛(wèi)星的低成本快速響應(yīng)火箭。陸軍的“劍”（SWORDS，士兵作戰(zhàn)響應(yīng)空間部署器）項(xiàng)目是一種低成本運(yùn)載火箭，可以使用C-130運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸，設(shè)計(jì)采用液態(tài)甲烷燃料，能夠在24h響應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)射質(zhì)量為25kg衛(wèi)星，發(fā)射成本約100萬(wàn)美元。項(xiàng)目于2012年5月正式啟動(dòng)，合同由量子公司承擔(dān)，并計(jì)劃在2014年進(jìn)行試驗(yàn)飛行。但由于缺乏詳細(xì)計(jì)劃、預(yù)算限制、部門協(xié)調(diào)等問題，僅試驗(yàn)了火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，項(xiàng)目進(jìn)度嚴(yán)重滯后，有關(guān)飛行試驗(yàn)也并未開展，合同也在2014年10月終止。

由于政府預(yù)算有限，美國(guó)陸軍不得不在節(jié)省資金的前提下謀求軍事航天能力最大化發(fā)展。陸軍一直以來尋求低價(jià)、可快速響應(yīng)的發(fā)射能力，并將繼續(xù)與其他政府及商業(yè)機(jī)構(gòu)開展合作。而在政府鼓勵(lì)下，許多商業(yè)航天公司都在研發(fā)小型火箭，希望能在近幾年炙手可熱的小衛(wèi)星商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)中開拓有利局面。

以作戰(zhàn)應(yīng)用為核心，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新

自國(guó)防部啟動(dòng)“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”（ORS）計(jì)劃以來，美軍以O(shè)RS計(jì)劃為先導(dǎo)，將技術(shù)研發(fā)和業(yè)務(wù)能力開發(fā)相結(jié)合，帶動(dòng)一批面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的小衛(wèi)星項(xiàng)目，推動(dòng)小衛(wèi)星的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力不斷發(fā)展。國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）2012年提出的“軍事作戰(zhàn)空間使能效果”（SeeMe）項(xiàng)目，旨在填補(bǔ)美國(guó)長(zhǎng)久以來利用高成本、長(zhǎng)壽命、大型偵察衛(wèi)星獲取圖像數(shù)據(jù)的能力空缺，采用24顆低成本小型成像衛(wèi)星組成的星座，通過機(jī)載發(fā)射方式快速部署，向基層作戰(zhàn)人員提供快速、近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)。衛(wèi)星制造采用非宇航級(jí)商業(yè)現(xiàn)貨部件，按照作戰(zhàn)要求的時(shí)間和數(shù)量進(jìn)行研制，能夠滿足低成本和快速研制的要求。

美國(guó)陸軍在大力發(fā)展小衛(wèi)星技術(shù)的同時(shí)，也積極發(fā)展反制手段，以應(yīng)對(duì)戰(zhàn)時(shí)衛(wèi)星失效的情況。GPS能顯著提升戰(zhàn)場(chǎng)上陸軍的地面導(dǎo)航能力，但是同時(shí)也容易受到干擾。美國(guó)陸軍研究人員最新提出了一種導(dǎo)航方式，通過能夠捕捉微小運(yùn)動(dòng)的微型相機(jī)，使用戶可以追蹤到某一物體的相對(duì)位置或移動(dòng)，以此作為GPS信號(hào)削弱時(shí)增強(qiáng)定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）信息的一種手段。同時(shí)美國(guó)陸軍研究人員計(jì)劃研發(fā)一種“偽衛(wèi)星”，能夠在幾百米的低高度運(yùn)行，能夠增強(qiáng)信號(hào)且不易受到干擾。陸軍研制的“芯片級(jí)原子鐘”，能夠?yàn)镚PS接收端提供精確授時(shí)，且具有反欺騙功能。這些創(chuàng)新都有效解決不同作戰(zhàn)環(huán)境下可能面臨的衛(wèi)星失效等挑戰(zhàn)。

2 美國(guó)陸軍面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力建設(shè)的啟示

總體來看，美國(guó)陸軍已經(jīng)在軍事偵察、監(jiān)視、通信等領(lǐng)域開展了小衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證，但實(shí)現(xiàn)大規(guī)模業(yè)務(wù)化應(yīng)用還有差距。小衛(wèi)星研制周期短，采用商業(yè)化批量生產(chǎn)可節(jié)約研制成本；以一箭多星、空中發(fā)射等方式能夠?qū)崿F(xiàn)批量、快速部署，也大大降低了發(fā)射環(huán)節(jié)成本；在戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用中，小衛(wèi)星還能夠通過快速發(fā)射補(bǔ)充受損空間能力，或采用星座、編隊(duì)等方式應(yīng)對(duì)空間安全威脅，是提高航天裝備系統(tǒng)生存能力和抗毀能力的重要手段。在美國(guó)陸軍經(jīng)費(fèi)不足的現(xiàn)實(shí)下，小衛(wèi)星以上這些優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)大衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射周期長(zhǎng)、成本高、難以快速響應(yīng)戰(zhàn)術(shù)需求等弊端。在進(jìn)行小衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，陸軍也在改革的探索中不斷完善相關(guān)制度，相繼發(fā)布了一系列指導(dǎo)文件，重新制定了2020年前陸軍裝備現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略；2015年公布的新版《國(guó)家軍事戰(zhàn)略》，對(duì)陸軍在未來一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中的作用提出了新的要求；2016年6月，陸軍對(duì)2009年《陸軍航天政策》做出首次修改，提出陸軍將在國(guó)防部航天行動(dòng)中發(fā)揮更大作用，為陸軍的轉(zhuǎn)型和未來建設(shè)指明了方向。

在深化國(guó)防和軍隊(duì)改革的進(jìn)程中，我們應(yīng)借鑒美國(guó)陸軍面向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用航天能力建設(shè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，重視建立大小衛(wèi)星系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的高效能軍事航天裝備體系，發(fā)揮小衛(wèi)星在情報(bào)搜集、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知等方面的優(yōu)勢(shì)；轉(zhuǎn)變衛(wèi)星設(shè)計(jì)思維，以用戶需求為目標(biāo)，創(chuàng)新研制模式，開發(fā)低成本、短周期的小衛(wèi)星研制能力，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新；加大支持力度，充分發(fā)揮工業(yè)界作用，引導(dǎo)和鼓勵(lì)社會(huì)優(yōu)勢(shì)資源參與航天市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，深入推進(jìn)軍民融合發(fā)展，構(gòu)建軍民一體化的國(guó)家戰(zhàn)略體系和能力。