美國(guó)彈性空間體系最新發(fā)展

二戰(zhàn)以后，美國(guó)始終將軍事航天視為影響國(guó)家安全的核心基石，尤其在近10年，美國(guó)高度重視未來軍事斗爭(zhēng)形勢(shì)和樣式的研判，開始對(duì)軍事航天體系進(jìn)行重大轉(zhuǎn)型調(diào)整。2013年起，美軍連續(xù)發(fā)布兩版白皮書，明確了美國(guó)新一代軍事航天體系要向“彈性”轉(zhuǎn)型發(fā)展，構(gòu)建在未來強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下能夠持續(xù)完成軍事任務(wù)使命、有效應(yīng)對(duì)太空威脅的軍事航天體系。目前，相關(guān)論證和研發(fā)工作已經(jīng)在美國(guó)國(guó)防部所屬的各航天裝備領(lǐng)域全面展開，一旦未來系統(tǒng)研發(fā)成熟并投入運(yùn)行使用，美國(guó)航天系統(tǒng)將向真正的武器裝備化方向發(fā)展，具備體系化、批量化和冗余化的特征。

1 “彈性”轉(zhuǎn)型的主要?jiǎng)右?/h2>

“彈性”航天裝備體系的思想源于近10年美國(guó)對(duì)太空系統(tǒng)依賴性的快速增長(zhǎng)和太空安全觀認(rèn)識(shí)的逐步深入，由主導(dǎo)美國(guó)軍事航天力量發(fā)展和應(yīng)用的空軍航天司令部首先提出，受到了美國(guó)國(guó)防部的高度重視。美國(guó)實(shí)施“彈性”空間體系的主要目的是形成太空威懾力、強(qiáng)化空間體系抗毀能力，并為太空這一新的作戰(zhàn)域構(gòu)建強(qiáng)大的裝備體系。

1）航天系統(tǒng)是“太空威懾”的重要組成部分，未來在航天系統(tǒng)支持下的全球即時(shí)、精確作戰(zhàn)模式，可以快速消滅敵方戰(zhàn)略力量和斗爭(zhēng)潛力，摧毀敵方斗爭(zhēng)意志，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略作戰(zhàn)意圖，達(dá)到與“核威懾”相當(dāng)?shù)淖鲬?zhàn)效果（同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生核大戰(zhàn)造成的重大、持續(xù)性的破壞）。

2）現(xiàn)代軍事斗爭(zhēng)和軍事行動(dòng)日益全球化、全域化，對(duì)航天系統(tǒng)的依賴不可避免地日益增強(qiáng)。美軍在作戰(zhàn)時(shí)對(duì)衛(wèi)星的依賴性和航天系統(tǒng)固有脆弱性之間的矛盾越發(fā)突出。

3）太空已經(jīng)成為一個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域，各國(guó)都已將其作為軍事行動(dòng)和對(duì)抗的重要區(qū)域，太空系統(tǒng)已經(jīng)成為對(duì)抗的重要目標(biāo)，甚至可能是首選目標(biāo)，太空系統(tǒng)的脆弱性日益明顯。美軍重新審視當(dāng)前在沒有挑戰(zhàn)的情況下發(fā)展起來的面向友好環(huán)境的太空系統(tǒng)裝備，發(fā)現(xiàn)暴露出諸多根本性問題。

2 “彈性”的實(shí)現(xiàn)途徑

為構(gòu)建成“彈性”的軍事航天體系，美國(guó)目前已經(jīng)提出了6種實(shí)現(xiàn)途徑，意圖將天上功能分解、節(jié)點(diǎn)分散、多星冗余，地上統(tǒng)一運(yùn)管、綜合運(yùn)用、信息聚合，改變傳統(tǒng)單一大衛(wèi)星“將所有雞蛋放在一個(gè)籃子里”的模式，增加潛在對(duì)手選取空間攻擊目標(biāo)的難度，降低實(shí)施攻擊的效果，提升空間攻擊的代價(jià)，增強(qiáng)空間系統(tǒng)的抗毀性。6種實(shí)現(xiàn)途徑的定義如下：

1）分散（disaggregation）。分散定義為將不同的功能分離到不同的平臺(tái)和有效載荷上。典型示例是將防護(hù)衛(wèi)星通信的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略功能分散，有助于消除危機(jī)或沖突非受控升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過分散可以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，使彈性更容易實(shí)現(xiàn)。

2）分布（distribution）。分布定義為大量節(jié)點(diǎn)共同工作，作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)或功能。例如，“全球定位系統(tǒng)”（GPS）就是一個(gè)分布式系統(tǒng)。

3）多樣化（diversification）。多樣化定義為利用不同平臺(tái)、不同軌道或不同系統(tǒng)，以及商業(yè)、民用或國(guó)際合作伙伴的能力，執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)。此外，多樣化還包括具備靈活性和適應(yīng)性的、能夠支持多種任務(wù)的系統(tǒng)或體系。

4）防護(hù)（protection）。防護(hù)定義為確保美國(guó)及其伙伴的空間系統(tǒng)在各種作戰(zhàn)環(huán)境和條件下按所需數(shù)量和質(zhì)量提供任務(wù)支持而采取的主動(dòng)和被動(dòng)措施。已采取的傳統(tǒng)防護(hù)措施包括抗干擾、抗核加固等，還可以擴(kuò)展到衛(wèi)星機(jī)動(dòng)、攜帶誘餌和其他星上對(duì)抗措施。防護(hù)也包括在系統(tǒng)內(nèi)部采取的更好地探測(cè)對(duì)手攻擊和確定攻擊源的措施（也稱為“自感知”）。

5）擴(kuò)散（proliferation）。擴(kuò)散定義為部署大量相同的平臺(tái)、有效載荷或相同類型的系統(tǒng)來執(zhí)行相同的任務(wù)。例如在“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）衛(wèi)星星座中部署多顆WGS衛(wèi)星，或者增加下行鏈路和數(shù)據(jù)處理站的數(shù)量等。

6）欺騙（deception）。欺騙是指揮官對(duì)敵隱藏自己力量和弱點(diǎn)的慣用方法。用欺騙來掩飾意圖，達(dá)成戰(zhàn)略和戰(zhàn)役的突然性。同樣，國(guó)家安全空間資產(chǎn)的指揮官也必須在制定空間作戰(zhàn)計(jì)劃中考慮欺騙，以保存自己，確保其遂行空間任務(wù)的彈性。鑒于空間防御和進(jìn)攻的物理特性，欺騙可能是提升特定空間系統(tǒng)彈性的一個(gè)關(guān)鍵要素。

3 美國(guó)“彈性”航天裝備體系發(fā)展情況

導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星領(lǐng)域

美軍正采用彈性體系理念，綜合運(yùn)用“分散”、“分布”等彈性措施途徑，構(gòu)建高低軌結(jié)合的分層天基預(yù)警體系。新一代導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)需求是提升衛(wèi)星系統(tǒng)的防御能力；提升導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的可靠性，建立用戶信心；提升交戰(zhàn)能力和威脅應(yīng)對(duì)數(shù)量；應(yīng)對(duì)先進(jìn)導(dǎo)彈威脅。目前，美軍新一代天基預(yù)警彈性體系已基本成形，高軌方面發(fā)展“下一代過頂持續(xù)紅外”（Next-Gen OPIR）系統(tǒng)，低軌方面發(fā)展“天基傳感器層”（SSL）。

（1）高軌“下一代過頂持續(xù)紅外”系統(tǒng)

高軌“下一代過頂持續(xù)紅外”是“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）的后續(xù)系統(tǒng)，包含兩個(gè)系統(tǒng)，即戰(zhàn)略導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)和戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)。前者采取多種抗毀措施，通過與核威懾捆綁確保系統(tǒng)安全；后者采用專用衛(wèi)星或有效載荷搭載的方式，分散能力，按戰(zhàn)區(qū)需求部署。“下一代過頂持續(xù)紅外”系統(tǒng)采用螺旋式發(fā)展路線，目前規(guī)劃了Block-0和Block-1兩個(gè)階段。

Block-0階段由3顆靜止軌道衛(wèi)星（NGG）和2顆極區(qū)覆蓋衛(wèi)星（NGP）組成。Block-0階段的衛(wèi)星是在SBIRS衛(wèi)星基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和簡(jiǎn)化而成，具體包括增加近場(chǎng)感知載荷和軌道機(jī)動(dòng)能力，預(yù)警載荷從SBIRS的掃描加凝視可能簡(jiǎn)化為一種載荷，具體是掃描還是凝視目前還未對(duì)外公布。Block-0采取了快速采辦模式，計(jì)劃研制時(shí)間由通常的9年縮短為5年，NGG衛(wèi)星計(jì)劃2023年首發(fā)，NGP衛(wèi)星計(jì)劃2027年首發(fā)，整個(gè)Block-0衛(wèi)星計(jì)劃2029年部署完畢。

Block-1衛(wèi)星系統(tǒng)目前正在論證過程之中，系統(tǒng)體系還沒有確定。衛(wèi)星平臺(tái)是在洛馬公司A2100平臺(tái)基礎(chǔ)上開發(fā)的高防護(hù)抗核加固平臺(tái)，采用開放式模塊化設(shè)計(jì)，既可用于戰(zhàn)略預(yù)警又可用于戰(zhàn)略通信，具備多種軌道適應(yīng)性，還將具備在軌服務(wù)和燃料補(bǔ)加能力。星上還采用濾光器、限幅器、防激光涂層等被動(dòng)防護(hù)技術(shù)，以及威脅告警傳感器等附加載荷，采用激光通信鏈路進(jìn)一步提升抗干擾和保密性能。美軍還在研發(fā)結(jié)構(gòu)附著感知技術(shù)、可展開觸角技術(shù)、星上誘餌技術(shù)等所謂的彈性技術(shù)，對(duì)這種高價(jià)值目標(biāo)予以重點(diǎn)保護(hù)。Block-1系統(tǒng)計(jì)劃2025-2027年進(jìn)行原型試驗(yàn)衛(wèi)星飛行試驗(yàn)，業(yè)務(wù)星計(jì)劃2030年具備初始發(fā)射能力。

“下一代過頂持續(xù)紅外”系統(tǒng)示意圖

（2）低軌“天基傳感器層”

低軌“天基傳感器層”由導(dǎo)彈防御局（MDA）、空軍和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）聯(lián)合論證。其主要任務(wù)是對(duì)彈道導(dǎo)彈和高超武器進(jìn)行從生到死的全程觀測(cè)，提供光學(xué)手段目標(biāo)識(shí)別，為攔截武器提供目標(biāo)指示和火控鏈路，從而支持遙發(fā)射/遙交戰(zhàn)概念，為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)提供攔截效果評(píng)估，從而為進(jìn)一步攔截決策提供支持。

目前“天基傳感器層”論證工作啟動(dòng)不久，最終方案尚未確定。當(dāng)前提出的“天基傳感器層”方案包括“導(dǎo)彈防御跟蹤系統(tǒng)”（MDTS）、“精確火控跟蹤”（PFCT）系統(tǒng)和“攔截效果評(píng)估”（SKA）系統(tǒng)3種有效載荷，采取功能分離的方式，每顆衛(wèi)星只攜帶有一種載荷。采取節(jié)點(diǎn)分散的方式部署在多個(gè)軌道面和多個(gè)軌道高度上。采取手段多樣的方式，有些載荷可以搭載在商業(yè)和盟國(guó)衛(wèi)星上，進(jìn)一步分散系統(tǒng)布局。采用偽裝欺騙的方法，所有衛(wèi)星均采用DARPA在“黑杰克”（BlackJack）項(xiàng)目下發(fā)展的通用平臺(tái)，這類平臺(tái)將廣泛用于其他衛(wèi)星系統(tǒng)和民/商用星座，衛(wèi)星外觀特征相似，之間通信鏈路相連，令對(duì)手難以選擇目標(biāo)。

測(cè)試中的GPS-3衛(wèi)星

通信衛(wèi)星領(lǐng)域

在通信衛(wèi)星領(lǐng)域，綜合利用“分散”、“分布”、“多樣化”、“防護(hù)”、“擴(kuò)散”等彈性實(shí)施途徑，構(gòu)建新一代的通信衛(wèi)星體系，將是由高軌戰(zhàn)略通信系統(tǒng)、高軌戰(zhàn)區(qū)通信系統(tǒng)、低軌網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)構(gòu)成的“彈性”通信衛(wèi)星體系。高軌系統(tǒng)施行“核常分離”，達(dá)到更易判斷敵人意圖、更易實(shí)施戰(zhàn)爭(zhēng)升級(jí)控制、使戰(zhàn)略系統(tǒng)更安全等目的；低軌系統(tǒng)積極發(fā)展戰(zhàn)術(shù)專用通信小衛(wèi)星星座和星群，支持多域廣泛散布的有人和無人平臺(tái)，在反介入/反拒止（A2AD）環(huán)境和復(fù)雜地形條件下提供機(jī)對(duì)機(jī)（M2M）業(yè)務(wù)，以及短報(bào)文通信和數(shù)據(jù)滲透等業(yè)務(wù)。

總體來看，美軍將以“1+1+3”的模式來實(shí)施其體系轉(zhuǎn)型思路，即“1”是指下一代的戰(zhàn)略通信衛(wèi)星研發(fā)項(xiàng)目，“1+3”是指下一代戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星系統(tǒng)的1項(xiàng)波形技術(shù)與空間、地面、用戶3個(gè)段的研發(fā)、升級(jí)與改造項(xiàng)目，5個(gè)項(xiàng)目相互獨(dú)立但又互為支撐，以提高整個(gè)軍用通信衛(wèi)星體系的防護(hù)能力為目標(biāo)，分批、按序?qū)嵤壳斑M(jìn)展較為順利，部分項(xiàng)目已進(jìn)入研制合同招標(biāo)階段。

導(dǎo)航衛(wèi)星領(lǐng)域

新一代導(dǎo)航衛(wèi)星體系的發(fā)展思路是大力研發(fā)全數(shù)字抗干擾導(dǎo)航衛(wèi)星，軍碼防欺騙抗干擾終端，借助GPS星座固有的多軌分散特性，使GPS系統(tǒng)具備較高系統(tǒng)彈性。同時(shí)，美國(guó)積極與盟國(guó)開展合作，已就共用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)與歐盟和日本開展談判，結(jié)合多模接收終端，使美軍的衛(wèi)星導(dǎo)航能力有了非常高的保障，也使對(duì)手可能放棄對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的攻擊。

從航天裝備體系轉(zhuǎn)型的6種實(shí)現(xiàn)途徑的角度看，GPS系統(tǒng)在某些方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了美軍新一代軍事航天裝備體系轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求。

一是通過“節(jié)點(diǎn)分散、冗余備份”的方式提升彈性。分布在6個(gè)軌道面的30余顆衛(wèi)星已經(jīng)使GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多軌分散；同時(shí)，30余顆衛(wèi)星在軌并提供導(dǎo)航服務(wù)，使GPS系統(tǒng)在全球任意地點(diǎn)的可見衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到6～8顆，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了4顆可見衛(wèi)星即可滿足定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）服務(wù)的要求，即摧毀數(shù)顆GPS衛(wèi)星（可多達(dá)5顆）不會(huì)對(duì)GPS系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生重大影響。

二是通過“手段多樣”的方式提升彈性。為保證GPS系統(tǒng)服務(wù)性能的優(yōu)勢(shì)與服務(wù)可靠性、可用性和完好性，美軍積極推動(dòng)先進(jìn)技術(shù)在GPS衛(wèi)星上的應(yīng)用。目前，首星發(fā)射的GPS-3衛(wèi)星導(dǎo)航有效載荷的數(shù)字化率已經(jīng)達(dá)到70%，其后續(xù)型號(hào)GPS-3F將達(dá)到100%，加上在軌可編程技術(shù)、軟件無線電技術(shù)的支持，將實(shí)現(xiàn)GPS-3F衛(wèi)星的在軌功能升級(jí)與信號(hào)重構(gòu)，有效地提供導(dǎo)航戰(zhàn)能力。目前，GPS系統(tǒng)已經(jīng)裝備了星上信號(hào)功率可調(diào)功能（GPS-2F衛(wèi)星開始），可實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方使用GPS民用信號(hào)的拒止和軍用信號(hào)功率增強(qiáng)7dB；美國(guó)正在研發(fā)可移動(dòng)雙點(diǎn)波束增強(qiáng)技術(shù)，計(jì)劃裝備GPS-3F衛(wèi)星，點(diǎn)波束區(qū)域內(nèi)的信號(hào)功率將增加20dB；未來美軍既可拒絕敵方使用GPS系統(tǒng)民用信號(hào)，又具備軍用信號(hào)增強(qiáng)27dB的能力，有效增強(qiáng)GPS系統(tǒng)的抗干擾能力。

三是通過星上與地面防護(hù)手段提升彈性。GPS衛(wèi)星全面采用抗核加固技術(shù)，具有一定的抗輻射與抗核爆能力；就地面運(yùn)行控制系統(tǒng)而言，GPS新一代運(yùn)行控制系統(tǒng)正在發(fā)展賽博安全和信息保障技術(shù)與能力，其中賽博安全技術(shù)與功能于2018年2次通過了空軍組織的賽博對(duì)抗測(cè)試與驗(yàn)證，計(jì)劃于2021年左右裝備，使其運(yùn)行控制系統(tǒng)對(duì)抗賽博攻擊、保證GPS系統(tǒng)運(yùn)行安全與運(yùn)行控制權(quán)的能力大為提升。

“氣象衛(wèi)星后續(xù)-微波”衛(wèi)星飛行示意圖

“世界觀測(cè)”飛行示意圖

氣象監(jiān)測(cè)衛(wèi)星領(lǐng)域

美國(guó)將采用軍民融合方式構(gòu)建下一代氣象監(jiān)測(cè)衛(wèi)星體系。新體系將原有集成了8種氣象觀測(cè)有效載荷的“國(guó)防氣象衛(wèi)星”（DMSP）的功能分解到2種新型小衛(wèi)星上，包括“氣象衛(wèi)星后續(xù)-微波”（WSF-M）衛(wèi)星和“氣象衛(wèi)星后續(xù)-光電紅外”（WSF-E）衛(wèi)星，并計(jì)劃由軍方接管部分民用靜止軌道氣象衛(wèi)星，以有效降低遭受攻擊后體系能力大幅降低的風(fēng)險(xiǎn)。

偵察衛(wèi)星領(lǐng)域

美國(guó)在持續(xù)改進(jìn)低軌詳查系統(tǒng)的同時(shí)，積極發(fā)展戰(zhàn)術(shù)小衛(wèi)星星座，研發(fā)高軌監(jiān)視系統(tǒng)，構(gòu)建高低軌搭配、多國(guó)合作、軍民融合的天基情報(bào)偵察監(jiān)視體系。總體來說，采用“多樣化”和“擴(kuò)散”的途徑實(shí)現(xiàn)彈性。

美國(guó)國(guó)家偵察局持續(xù)發(fā)展“鎖眼”（KH）、“未來成像體系-雷達(dá)”（FIA-Radar）大型綜合型國(guó)家偵察衛(wèi)星系統(tǒng)，分辨率領(lǐng)先其他國(guó)家一代。國(guó)家偵察局還負(fù)責(zé)采購商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，扶植美國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展。目前，美國(guó)數(shù)字地球公司（Digital Globe）的“世界觀測(cè)”（WorldView）衛(wèi)星達(dá)到甚至超過其他國(guó)家軍用偵察衛(wèi)星水平。同時(shí)，國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）積極探索利用新興遙感衛(wèi)星公司的大規(guī)模微納衛(wèi)星星座為國(guó)家情報(bào)機(jī)構(gòu)和軍方服務(wù)。美國(guó)還與英國(guó)、加拿大、新西蘭和澳大利亞共享情報(bào)數(shù)據(jù)。這些實(shí)施情況已充分說明美國(guó)正在利用“多樣化”提升彈性。

同時(shí)，美國(guó)國(guó)防部致力于發(fā)展用于軍事作戰(zhàn)的軍用成像偵察小衛(wèi)星。美國(guó)軍兵種已經(jīng)接納吸收了該發(fā)展理念，以陸軍為代表，開始大力進(jìn)行成像偵察衛(wèi)星的研發(fā)和在軌能力驗(yàn)證，已完成鷹眼-2M（KE-2M）光學(xué)成像偵察小衛(wèi)星的發(fā)射和在軌能力驗(yàn)證。此外，美國(guó)陸軍也還在發(fā)展雷達(dá)成像偵察小衛(wèi)星。

為完善體系，美國(guó)致力于研制高軌高分辨率成像偵察衛(wèi)星，并行發(fā)展大口徑薄膜衍射成像技術(shù)、空間分塊可展開成像技術(shù)、單鏡面大口徑反射鏡技術(shù)等大口徑光學(xué)成像技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高軌持續(xù)觀測(cè)能力，最終實(shí)現(xiàn)較為完善的高低軌搭配體系。

鷹眼-2M光學(xué)成像偵察小衛(wèi)星飛行示意圖

4 結(jié)束語

美軍通過推進(jìn)構(gòu)建多國(guó)共建、共用的“彈性”航天體系，且推行太空集體防御，共同執(zhí)行太空作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)質(zhì)上形成了新的軍事太空聯(lián)盟。在行動(dòng)決策方面，將使對(duì)手面臨“一對(duì)多”的不利局面；在國(guó)際合作方面，美國(guó)作為太空同盟主導(dǎo)者必將進(jìn)一步圍堵制約對(duì)手發(fā)展。

同時(shí)，美軍“彈性”航天體系部署布局更加合理，且具備冗余。一方面將推動(dòng)未來航天系統(tǒng)的批量化建設(shè)和發(fā)展；另一方面，美軍面向未來對(duì)抗環(huán)境的新系統(tǒng)體系一旦建成，將對(duì)對(duì)手產(chǎn)生不利影響。