美國太空態(tài)勢感知體系研究新進(jìn)展的啟示和建議

+王曉海（空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室） 周宇昌（空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

1.美國太空態(tài)勢感知發(fā)展現(xiàn)狀[1]-[3]

太空態(tài)勢感知是太空攻防對抗活動(dòng)的基礎(chǔ),也是太空信息化戰(zhàn)爭的主要支撐力量。空間能力已成為未來太空戰(zhàn)場的“戰(zhàn)略新高地”，各軍事大國都將大量資源投入到太空態(tài)勢感知研究和開發(fā)中。

從廣義上講，太空態(tài)勢感知是對所有發(fā)生在空間的事件、威脅、活動(dòng)和狀態(tài)進(jìn)行感知，是對影響太空活動(dòng)的所有因素的認(rèn)知和分析，能使指揮決策和操作人員獲取并維持空間優(yōu)勢。

美國認(rèn)為，太空態(tài)勢感知能力既是美國太空安全政策的基石，又是美國實(shí)現(xiàn)太空軍事化的前提，已將太空態(tài)勢感知能力視為“所有太空活動(dòng)的基礎(chǔ)、太空控制的關(guān)鍵前提和不可或缺的作戰(zhàn)力量”。一直以來，美國高度重視太空態(tài)勢感知的軍事攻防和全球霸權(quán)作用，不斷加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域布局，謀求先機(jī)。

2018年3月，美國白宮發(fā)布了新版《美國國家太空戰(zhàn)略》，提出要建立“四大支柱”，其中有三個(gè)與太空中的國家安全活動(dòng)有關(guān)，包括強(qiáng)化威懾力和太空作戰(zhàn)選項(xiàng)、完善涉及太空態(tài)勢感知、情報(bào)和采購問題的“基礎(chǔ)性能力、結(jié)構(gòu)和程序”等。同年，美參聯(lián)會(huì)發(fā)布的最新版《太空作戰(zhàn)條令》中首次確立“太空聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域”概念，將原太空作戰(zhàn)任務(wù)包含的五大領(lǐng)域調(diào)整變?yōu)椤皯B(tài)勢感知，太空控制，定位、導(dǎo)航與授時(shí)，情報(bào)、監(jiān)視與偵察，衛(wèi)星通信，環(huán)境監(jiān)測，導(dǎo)彈預(yù)警，核爆探測，太空運(yùn)輸及衛(wèi)星操作”等十大能力領(lǐng)域，將太空態(tài)勢感知作為十大能力領(lǐng)域之首。

2019年4月10日，在第35屆太空研討會(huì)上美國和波蘭航天局代表簽署了太空態(tài)勢感知服務(wù)和數(shù)據(jù)共享協(xié)議，以支持美國和波蘭在太空疆域的態(tài)勢感知合作。同年11月，美國空軍航天司令部表示將采用天域感知（SDA）術(shù)語取代現(xiàn)有的太空態(tài)勢感知（SSA），突出空間作為一個(gè)獨(dú)立作戰(zhàn)域，并計(jì)劃將 SDA寫入相關(guān)作戰(zhàn)條令。

美國太空態(tài)勢感知體系由地基監(jiān)視雷達(dá)、地基跟蹤成像雷達(dá)、地基光學(xué)深空監(jiān)視系統(tǒng)、船載測量雷達(dá)、空間環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)偵察系統(tǒng)、天基空間監(jiān)視系統(tǒng)，以及其他裝備組成。由此可見，美國的太空態(tài)勢感知體系由地基和天基系統(tǒng)兩大部分組成，相互補(bǔ)充與配合共同完成太空態(tài)勢感知任務(wù)。

空間監(jiān)視網(wǎng)（SSN：Space Surveillance Network）的探測裝備可分為專用型、兼用型和可用型三類。其中，專用型裝備由國防部所屬，專門用于太空態(tài)勢感知任務(wù)的雷達(dá)、光電、無線電裝備。兼用型裝備由國防部所屬，主要用于導(dǎo)彈預(yù)警、情報(bào)采集等任務(wù)，可兼用于太空態(tài)勢感知任務(wù)的大型相控陣?yán)走_(dá)。可用型裝備由美國國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)所屬或國外機(jī)構(gòu)所屬，但通過合作協(xié)議接入美國空間監(jiān)視網(wǎng)并提供共享數(shù)據(jù)的靶場試驗(yàn)雷達(dá)、科學(xué)研究用的光電探測系統(tǒng)等。

截至2019年11月，美國太空態(tài)勢感知體系構(gòu)成如圖1所示。

圖1 美國太空態(tài)勢感知體系構(gòu)成(截至2019年11月)

2019年7月，美國新成立的統(tǒng)籌未來國防太空體系發(fā)展部署的航天發(fā)展局提出新一代國防太空體系發(fā)展架構(gòu)，以“威懾層”描述了未來SSA體系架構(gòu)的初步設(shè)想。(見圖2）

新一代構(gòu)想體系包括：①2個(gè)大偏心率高傾角（HE/HI）軌道面；②140個(gè)大規(guī)模星座太空態(tài)勢感知節(jié)點(diǎn)；③地月L1/L4點(diǎn)；④地月L2點(diǎn)+月球星座（待定）。此外還包括3架先進(jìn)地月空間機(jī)動(dòng)飛行器。

新一代SSA體系的主要目標(biāo)是針對航天國家在地月空間的探索和利用活動(dòng)越來越頻繁，探索范圍不斷拓展的情況，構(gòu)建覆蓋地月空間的態(tài)勢感知能力，同時(shí)通過大規(guī)模、無中心節(jié)點(diǎn)的分散部署形式，提升SSA體系彈性，增強(qiáng)對敵方攻擊的威懾能力。（見圖3）

美軍當(dāng)前識(shí)別的構(gòu)建未來SSA體系的關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括：目標(biāo)/背景特性、先進(jìn)機(jī)動(dòng)飛行器的軌道基地和軌道動(dòng)力學(xué)、星上處理、與傳輸層通信、與作戰(zhàn)部隊(duì)集成。

2..美國太空態(tài)勢感知存在問題[4]

盡管美國已具備無人能比的太空態(tài)勢感知能力，但因太空目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng)探測器數(shù)量、探測能力、地理分布等因素限制，他們自己仍然認(rèn)為其太空態(tài)勢感知能力建設(shè)主要存在以下幾個(gè)方面問題：

（1）太空監(jiān)視系統(tǒng)的覆蓋范圍不足；

（2）太空監(jiān)視間隔時(shí)間過長，對衛(wèi)星機(jī)動(dòng)、碎片分解等事件反映緩慢；

（3）探測器的探測靈敏度不足，微小目標(biāo)探測監(jiān)視能力弱；

（4）目標(biāo)特性獲取能力不足，造成對目標(biāo)識(shí)別分析能力弱；

（5）太空環(huán)境監(jiān)測預(yù)報(bào)能力不足；

（6）太空態(tài)勢信息解譯能力不足；

（7）太空態(tài)勢感知任務(wù)分配流程的靈活性不足；

（8）太空態(tài)勢感知力量的指揮控制能力不足。

上述問題使得其太空態(tài)勢感知能力作戰(zhàn)運(yùn)用面臨以下問題：

（1）不能對所有太空目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位和跟蹤，只能面向任務(wù)需求，利用目標(biāo)位置計(jì)算預(yù)測與定點(diǎn)監(jiān)測相結(jié)合、優(yōu)先監(jiān)視美國重點(diǎn)關(guān)注目標(biāo)和軌道機(jī)動(dòng)變軌目標(biāo)等方式，在一段時(shí)間內(nèi)對特定目標(biāo)進(jìn)行觀測；

圖2 美國防部航天發(fā)展局構(gòu)想的下一代國防太空體系架構(gòu)示意圖

（2）對太空目標(biāo)的識(shí)別跟蹤能力弱，不能判斷衛(wèi)星背后的操縱力量和操縱目的，不能實(shí)時(shí)監(jiān)視高價(jià)值目標(biāo)，觀測數(shù)據(jù)更新周期長達(dá)幾個(gè)小時(shí)。據(jù)此，美國認(rèn)為其太空態(tài)勢感知能力不能充分滿足未來太空對抗的軍事需求。

3.美國太空態(tài)勢感知能力提升[4]、[5]

鑒于上述存在問題，美國主要通過以下四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)太空態(tài)勢感知能力提升：

①加強(qiáng)太空態(tài)勢感知系統(tǒng)建設(shè)；

太空態(tài)勢感知系統(tǒng)建設(shè)主要是對已有設(shè)備升級及研制新型探測器、提升信息獲取能力，以及針對未來任務(wù)需要制定發(fā)展規(guī)劃和進(jìn)行技術(shù)需求預(yù)測。

②提升太空態(tài)勢感知保障能力；

太空態(tài)勢感知保障能力主要是指對太空態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)中的探測器和信息進(jìn)行集成、升級和運(yùn)行維護(hù)。

③強(qiáng)化太空態(tài)勢感知指揮控制；

太空態(tài)勢感知指揮控制核心任務(wù)和建設(shè)重點(diǎn)是構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為中心的、面向服務(wù)的一體化指揮與控制體系架構(gòu)，推進(jìn)聯(lián)合太空作戰(zhàn)中心任務(wù)系統(tǒng)升級改造。

④擴(kuò)展太空態(tài)勢感知應(yīng)用領(lǐng)域。

太空態(tài)勢感知應(yīng)用領(lǐng)域延伸與拓展，通過對具備威懾能力核心內(nèi)容的解密，適時(shí)公布對別國衛(wèi)星的監(jiān)視情況，以此昭告天下，無論低軌還是地球同步軌道目標(biāo)，從開始機(jī)動(dòng)到完成在軌交會(huì)，整個(gè)過程都在其嚴(yán)密監(jiān)控之下，迫使對手懾于被發(fā)現(xiàn)并遭受報(bào)復(fù)而不敢貿(mào)然發(fā)動(dòng)惡意攻擊，進(jìn)一步提升其太空資產(chǎn)的安全性。

實(shí)現(xiàn)上述能力提升的目標(biāo)的重要關(guān)鍵基礎(chǔ)以及有利支撐在于以下四個(gè)方面的應(yīng)用發(fā)展：

①可重復(fù)使用運(yùn)載器技術(shù)快速發(fā)展；

②光學(xué)成像技術(shù)創(chuàng)新研究應(yīng)用；

③導(dǎo)航衛(wèi)星體系構(gòu)成逐步完善；

④軍事通信衛(wèi)星技術(shù)逐漸發(fā)展完善。

4.美國太空態(tài)勢感知發(fā)展趨勢[1]、[2]

近年來，美國空軍提出“全球警戒、全球到達(dá)、全球作戰(zhàn)”的戰(zhàn)略思想，確定了要構(gòu)建“全球到達(dá)、全球存在、全球感知”的太空空間偵察監(jiān)視體系，滿足空間威脅實(shí)時(shí)響應(yīng)需求，未來太空態(tài)勢感知發(fā)展在總體層面上呈現(xiàn)以下幾大趨勢：

①積極構(gòu)建全方位、多層次的空間偵察監(jiān)視體系；

②人工智能和云計(jì)算等技術(shù)成為SSA系統(tǒng)建設(shè)新熱點(diǎn)；

③SSA商業(yè)化服務(wù)和空間交通規(guī)范化管理成為新動(dòng)向；

④塑造軍民融合和國際商業(yè)合作發(fā)展新格局。

針對太空態(tài)勢感知能力水平，其未來的發(fā)展趨勢如下：

①空間偵察監(jiān)視覆蓋范圍更大；

②能夠識(shí)別和編目的空間目標(biāo)種類數(shù)量更多；

③空間目標(biāo)數(shù)據(jù)測量精度更高；

④空間目標(biāo)數(shù)據(jù)更新周期更短。

針對太空態(tài)勢感知系統(tǒng)設(shè)備，其未來的發(fā)展趨勢如下：

①工作頻段從低頻段向高頻段發(fā)展；

②組織架構(gòu)從固定單一向靈活多樣發(fā)展；

③質(zhì)量體積從笨重龐大向輕便小巧發(fā)展；

④工作體制由單脈沖機(jī)械掃描、模擬相控陣向分布式、全數(shù)字陣列體制發(fā)展。

5.美國太空態(tài)勢感知啟示建議[1][6]

5.1 總體戰(zhàn)略啟示建議

①制定太空態(tài)勢感知體系相關(guān)政策文件，為全面具體深入開展研究發(fā)展提供支撐和指導(dǎo)；

②加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和戰(zhàn)略布局，加強(qiáng)體系結(jié)構(gòu)規(guī)劃，提升態(tài)勢感知和太空軍事作戰(zhàn)能力；

③加快推進(jìn)天地一體化、分布式態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，發(fā)展全維空間態(tài)勢感知能力；

④制定太空大數(shù)據(jù)及人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)新一代信息技術(shù)應(yīng)用于太空態(tài)勢感知領(lǐng)域；

⑤加強(qiáng)太空領(lǐng)域的軍民融合，不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域和范圍；

⑥加強(qiáng)空間態(tài)勢感知領(lǐng)域國際與商業(yè)合作。

5.2 具體技術(shù)啟示建議

①研制新一代空間目標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)，進(jìn)一步增強(qiáng)原始監(jiān)視探測數(shù)據(jù)的獲取能力，重點(diǎn)提升對空間目標(biāo)，尤其是小尺寸空間目標(biāo)的探測容量、精度、時(shí)效性和成像識(shí)別能力，有效推動(dòng)太空態(tài)勢感知技術(shù)的前進(jìn)發(fā)展；

②采用地海空基和天基監(jiān)視探測設(shè)備，不斷推出多維數(shù)據(jù)融合提取方法，將有力推進(jìn)太空目標(biāo)特性數(shù)據(jù)獲取處理分析識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展。

③隨著智能數(shù)據(jù)處理、云數(shù)據(jù)挖掘和分布式處理計(jì)算平臺(tái)等的進(jìn)步，目標(biāo)特性數(shù)據(jù)庫將越來越完善，可以快速提升太空目標(biāo)感知的水平和質(zhì)量。

④研究弱小信號(hào)檢測和多源圖像融合處理等算法，不斷提高太空目標(biāo)監(jiān)視識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)在軌有效載荷的規(guī)避防護(hù)、太空目標(biāo)監(jiān)視識(shí)別和環(huán)境監(jiān)視等，確保有效進(jìn)出、控制、開發(fā)和應(yīng)用太空。

⑤研發(fā)星載平臺(tái)自感知系統(tǒng)，加強(qiáng)空間資產(chǎn)的自保護(hù)能力

⑥研究采用信息支援和網(wǎng)絡(luò)防護(hù)等抗干擾手段，抵消因采用電子戰(zhàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊手段造成的信息欺騙、干擾和拒止等行為，確保態(tài)勢感知系統(tǒng)的信息安全。

6.結(jié)語[2][7][8]

太空態(tài)勢感知作為掌握太空態(tài)勢，確保太空環(huán)境安全和航天器運(yùn)行安全的基礎(chǔ)，已成為各航天國家發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前主要航天國家加速推進(jìn)空間態(tài)勢感知能力體系建設(shè)，積極構(gòu)建天地一體、覆蓋全軌道的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)探測目標(biāo)更小、監(jiān)視時(shí)效更強(qiáng)、軌道精度更高、目標(biāo)識(shí)別更細(xì)、作戰(zhàn)響應(yīng)更快的空間態(tài)勢感知能力。

太空態(tài)勢感知是實(shí)施空間威懾的重要手段，也是實(shí)施空間攻防對抗的前提和基礎(chǔ)。擁有高水平、顛覆性太空態(tài)勢感知能力對于奪取制天權(quán)和制信息權(quán)具有非常重要的戰(zhàn)略意義，是航天強(qiáng)國的重要標(biāo)志之一。

太空態(tài)勢感知是確保空間資產(chǎn)安全的有力保障，既能有效維護(hù)本國軍事航天裝備安全運(yùn)行，夯實(shí)國防能力發(fā)展，又能保障關(guān)系國計(jì)民生的空間基礎(chǔ)設(shè)施和提供商業(yè)服務(wù)的商用衛(wèi)星系統(tǒng)安全運(yùn)行。國外政府和軍方均高度重視發(fā)展空間態(tài)勢感知能力，并注重軍民融合發(fā)展，從國家頂層統(tǒng)籌體系方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)能力建設(shè)。

圖3 威懾層示意圖

圖4 美國太空態(tài)勢感知空間監(jiān)視全球覆蓋

我國應(yīng)該不斷的加強(qiáng)太空態(tài)勢感知技術(shù)的研究與建設(shè)，密切關(guān)注大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、多源數(shù)據(jù)融合處理等未來空間態(tài)勢感知系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)技術(shù)，加強(qiáng)空間態(tài)勢感知國際與商業(yè)合作。此外，開展軍民融合，通過整合來自政府、軍事部門、商業(yè)團(tuán)體組織和科研單位的空間目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間監(jiān)視數(shù)據(jù)的全面、高效利用也是值得重點(diǎn)關(guān)注的方向。

注釋

[1]李慧麗、續(xù)煥超 美國太空態(tài)勢感知能力解析與展望[J]. 網(wǎng)信軍民融合，2019（7）：

[2]趙志斌 美國太空態(tài)勢感知裝備體系研究[J]. 飛航導(dǎo)彈，2020（7）：77-80

[3]宋博 國外天基太空態(tài)勢感知系統(tǒng)發(fā)展研究[R]. 2019年中國空間技術(shù)研究院情報(bào)研究報(bào)告

[4]杜小平、李智、王陽 美國太空態(tài)勢感知能力建設(shè)研究[J]. 裝備學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，28（3）：67-74

[5]唐勻龍、許厚棣、鈕俊清、任清安 空間態(tài)勢感知能力發(fā)展啟示[J].艦船電子對抗，2018，41（2）：56-60

[6]洪興勇、李文瑾 太空態(tài)勢感知體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢研究[J].電子世界，2017（11）：23-24

[7]牟進(jìn)超、孫兆陽、劉昊 面向空天應(yīng)用的太赫茲波實(shí)時(shí)態(tài)勢感知與監(jiān)視探測技術(shù)[J]. 戰(zhàn)略研究，2017（4）：54-58

[8]仲小清、王興龍、李強(qiáng)、劉杰、王典軍、蔣文婷 國外天基空間態(tài)勢感知規(guī)劃與現(xiàn)狀研究[R]. 2018年中國空間技術(shù)研究院情報(bào)研究報(bào)告