24顆衛(wèi)星星座用于天基反導(dǎo)可行嗎？

編譯/岳江鋒

近40年來，美國導(dǎo)彈防御倡導(dǎo)者一直設(shè)想在地球多層軌道上構(gòu)建一套裝備有反導(dǎo)攔截武器的衛(wèi)星星座，其中最常見的想法是研發(fā)“碰撞殺傷”型天基攔截導(dǎo)彈（SBI），由在軌攔截器發(fā)射助推器并改變其軌跡以擊中目標(biāo)，利用動(dòng)能碰撞原理擊毀飛行中的導(dǎo)彈和彈頭。天基攔截器的作戰(zhàn)范圍（即從其初始位置出發(fā)后的射程）受以下三個(gè)條件的約束：一是攔截器脫離軌道的機(jī)動(dòng)速度，二是彈載推進(jìn)劑的質(zhì)量，三是飛抵目標(biāo)前的時(shí)間余量。當(dāng)對(duì)SBI系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，這些約束條件共同起作用，極大地限制了攔截星座的效率。為實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面導(dǎo)彈威脅區(qū)域的全覆蓋，需要增加軌道上的攔截器數(shù)量。

如何認(rèn)識(shí)國防分析研究所的研究發(fā)現(xiàn)

倡導(dǎo)部署天基攔截彈系統(tǒng)的人士經(jīng)常援引一份由國防分析研究所（IDA）2011年撰寫的秘密報(bào)告的研究發(fā)現(xiàn)，以支持他們所持的“SBI可以以合理的成本提供有效的助推段導(dǎo)彈防御”觀點(diǎn)。但2018年初，憂思科學(xué)家聯(lián)合會(huì)指出，在闡述IDA研究發(fā)現(xiàn)方面存在著普遍性錯(cuò)誤：即24顆衛(wèi)星的星座只能夠用于中段反導(dǎo)，但助推段反導(dǎo)則需要數(shù)百甚至上千枚攔截器。

根據(jù)一份闡述2011年國防分析研究所報(bào)告細(xì)節(jié)的揭秘信件透露：24顆衛(wèi)星可能形成“有限”的SBI層，在其約20年的運(yùn)行壽命期間耗資約260億美元，包括部署10年后開展全面更新?lián)Q代的費(fèi)用。國防分析研究所的分析繼而指出，由960顆衛(wèi)星構(gòu)成的“全球”衛(wèi)星星座可能提供助推段反導(dǎo)覆蓋，同期將耗資約2820億美元。

那么，由24顆衛(wèi)星SBI層在助推段反導(dǎo)攔截上的效果究竟如何？在中段階段怎么樣？如果24顆衛(wèi)星完全用于不同的導(dǎo)彈防御目的，如作為中段跟蹤和識(shí)別的天基傳感，效果又將如何？

24顆衛(wèi)星星座無法滿足助推段SBI層的需求

根據(jù)美國物理學(xué)會(huì)、蘭德空軍項(xiàng)目、CSIS空天項(xiàng)目的分析，24衛(wèi)星星座不足以進(jìn)行助推段導(dǎo)彈防御。例如，將星座位置設(shè)定對(duì)某一地區(qū)提供最佳覆蓋范圍時(shí)，24顆衛(wèi)星將有75%的時(shí)間不能完全覆蓋該地區(qū)。此外，這些衛(wèi)星過頂?shù)能壍酪彩强梢姷牟⑶沂强深A(yù)測的。對(duì)手會(huì)確切知道這套星座何時(shí)沒有覆蓋，并據(jù)此制定攻擊計(jì)劃。因此，任何不能提供持續(xù)覆蓋的星座都不會(huì)對(duì)體系龐大的美國彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（BMDS）帶來有意義的貢獻(xiàn)。

盡管2011年IDA報(bào)告指出，每顆衛(wèi)星能夠攜帶四枚攔截器，但就24顆衛(wèi)星的星座而言，每顆衛(wèi)星攜帶四枚攔截器并不比其攜帶一枚攔截器能夠提供更好的助推段防御，因?yàn)槿绻幻稊r截器無法及時(shí)到達(dá)目標(biāo)導(dǎo)彈，那么其他三枚也不能。毫無疑問，哪怕是對(duì)一個(gè)較小的區(qū)域，24顆衛(wèi)星構(gòu)成的SBI系統(tǒng)也無法提供持續(xù)的助推段導(dǎo)彈防御覆蓋。

24顆衛(wèi)星可在一定程度上滿足中段SBI層的需求

根據(jù)其部署方向，24顆衛(wèi)星構(gòu)成的SBI層可能在開展有限的中段導(dǎo)彈防御方面奏效。由于中段占據(jù)了導(dǎo)彈飛行的大部分時(shí)間（對(duì)于洲際彈道導(dǎo)彈將超過10分鐘），攔截器到達(dá)目標(biāo)所需的時(shí)間比導(dǎo)彈助推段（可能只有2～3分鐘）要長得多。如前所述，同一軌道上的24顆衛(wèi)星星座將為北緯60°以下的導(dǎo)彈軌跡提供持續(xù)的中段反導(dǎo)覆蓋，然而射向美國的在地球北極上空飛行的導(dǎo)彈，不會(huì)被這個(gè)特定的SBI星座完全覆蓋。雖然24顆衛(wèi)星在導(dǎo)彈中段飛行期間可以到達(dá)攔截位置，但如果沒有識(shí)別彈頭、誘餌和碎片的高度保真數(shù)據(jù)，攔截器將無法成功擊中目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，一些導(dǎo)彈防御倡導(dǎo)者提議部署天基傳感器（SBS）層。

▲ 天基紅外系統(tǒng)-低軌道衛(wèi)星在軌飛行示意圖

▲ 天基紅外系統(tǒng)-高軌道衛(wèi)星

▲ 空間跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星

24顆衛(wèi)星足以構(gòu)成有效的全球性SBS層

盡管由24顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座只能提供有限的中段反導(dǎo)攔截持續(xù)覆蓋，且不能滿足助推段反導(dǎo)攔截持續(xù)覆蓋，但相同數(shù)量的衛(wèi)星卻可以提供出色的、可覆蓋全球的傳感器層。

▲ 總裝、調(diào)試天基紅外系統(tǒng)-高軌道衛(wèi)星

▲ 廠房內(nèi)的空間跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星

▲ 天基紅外系統(tǒng)的地面指揮中心

現(xiàn)已部署的“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）衛(wèi)星利用紅外傳感器對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱紅外特征進(jìn)行助推段跟蹤。它們不是設(shè)計(jì)用來跟蹤中段飛行的導(dǎo)彈，因?yàn)榇穗A段必須從極冷的空間背景中發(fā)現(xiàn)較冷的目標(biāo)。在導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，熱紅外特征變?nèi)?，使用紅外系統(tǒng)無法對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效跟蹤。然而，低地球軌道上的SBS層卻可以使用雷達(dá)或光學(xué)傳感器來監(jiān)測飛行中段的導(dǎo)彈，識(shí)別該段產(chǎn)生的彈頭、誘餌或其他碎片。

為中段跟蹤及識(shí)別構(gòu)建SBS層的提議并不新鮮。20世紀(jì)80年代后期，它首次以里根政府戰(zhàn)略防御倡議的組成部分提出，當(dāng)時(shí)構(gòu)建的SBS層被命名為“智能眼”。90年代，克林頓政府在其SBIRS計(jì)劃提案中也涵蓋了一套SBS層，被稱為“天基紅外系統(tǒng)-低軌道”。2001年，美國導(dǎo)彈防御局掌管了這一計(jì)劃，將其重新命名為“空間跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS），并將該計(jì)劃壓縮為兩顆演示衛(wèi)星（STSS 1和STSS 2），這些衛(wèi)星于2006年發(fā)射。盡管STSS最初提議建成包括20～30顆衛(wèi)星的星座，但目前還沒有成形的具體計(jì)劃，另外，現(xiàn)有的兩顆演示衛(wèi)星也沒有集成到整個(gè)BMDS架構(gòu)中。

▲ 檢查天基紅外系統(tǒng)-高軌道衛(wèi)星的通信子系統(tǒng)圖

▲ 檢查天基紅外系統(tǒng)-高軌道衛(wèi)星的有效載荷

假設(shè)由24顆衛(wèi)星構(gòu)成的SBS系統(tǒng)均被發(fā)射到與兩顆STSS演示衛(wèi)星相同的軌道高度和傾角，該星座將提供全地球覆蓋，對(duì)從地球任何位置發(fā)射的導(dǎo)彈進(jìn)行中段探測跟蹤。

攔截器無法在沒有足夠的中段目標(biāo)識(shí)別的情況下成功擊中目標(biāo)。天基傳感器在跟蹤導(dǎo)彈時(shí)會(huì)駐留在軌道上，以區(qū)分導(dǎo)彈的彈頭和飛行過程中可能產(chǎn)生的其他碎片。與攔截器不同，傳感器的作用距離受到地平線和大氣的限制，地平線導(dǎo)致其無法跟蹤到地球另一側(cè)的導(dǎo)彈，大氣則可導(dǎo)致信號(hào)衰減和失真。因此，導(dǎo)彈飛行高度越高，越有可能被星座中更多的傳感器觀測到。如導(dǎo)彈達(dá)到1000公里或更高的高度，不管其落點(diǎn)或發(fā)射點(diǎn)在什么位置，設(shè)想的星座中至少有5個(gè)傳感器可以跟蹤到其彈道的某一部分。這種冗余設(shè)計(jì)非常有用，因?yàn)閷?dǎo)彈跟蹤識(shí)別的精度會(huì)隨著更多傳感器的介入而提高。

綜上所述，SBI系統(tǒng)經(jīng)常因其具有助推段反導(dǎo)攔截能力而受到吹捧。然而，僅有24顆衛(wèi)星的天基攔截器星座不足以在助推段導(dǎo)彈防御中發(fā)揮作用，而在用于中段反導(dǎo)攔截時(shí)效果會(huì)更好些，可在地球的某些部分提供有限的反導(dǎo)攔截覆蓋。另一方面，作為SBS層，在低地球軌道上運(yùn)行的24顆衛(wèi)星星座卻具有較好的作戰(zhàn)能力，并且在其不用于跟蹤導(dǎo)彈時(shí)，還可跟蹤太空中的其他衛(wèi)星,這將補(bǔ)充美國空軍現(xiàn)有的空間態(tài)勢感知架構(gòu)，以更好地跟蹤其他空間物體，并更準(zhǔn)確地為潛在的碰撞預(yù)警。

因此，如果將24顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座作為天基傳感器而不是攔截器，將是更有效的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)。