空間對抗發(fā)展態(tài)勢分析及啟示*

王林林，王永海，陸志強(qiáng)，閆新峰，王錦程

（北京航天長征飛行器研究所 北京 100076）

引 言

2018年6月19日，美國現(xiàn)任總統(tǒng)特朗普下令，開始籌劃組建天軍。太空正成為一個各方展開爭奪的“戰(zhàn)斗領(lǐng)域”，這是繼2016年7月空軍航天司令部宣布組建太空任務(wù)部隊，2017年6月眾議院武裝力量委員會提出組建獨(dú)立的“太空部隊”提案之后，美國不斷提升太空戰(zhàn)略高度的進(jìn)一步體現(xiàn)。

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，航天技術(shù)在軍事、科研、商業(yè)等領(lǐng)域的作用日益凸顯，各國對太空資源的爭奪也愈發(fā)激烈，利用太空和控制太空更是世界強(qiáng)國未來主要的發(fā)展戰(zhàn)略。太空攻防作為利用太空和控制太空的主要手段，也越來越受到各國的重視。太空攻防作戰(zhàn)任務(wù)可以概括歸納為空間態(tài)勢感知、空間對抗、空間支援三個方面，其中空間對抗是空間作戰(zhàn)最基本的核心任務(wù)?？臻g對抗對于完成戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)的作戰(zhàn)能力具有至關(guān)重要的作用[1,2]。

1 國外空間對抗發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 打造新型探測系統(tǒng)，提升天地一體感知能力

美國著力打造新一代“空間籬笆”系統(tǒng)，是美空軍“增強(qiáng)空間態(tài)勢感知”（SSA）能力的核心，旨在探測、跟蹤并測量軌道高度超過1931km、直徑約10cm大小的空間物體。該系統(tǒng)將于2018年底前具備初始作戰(zhàn)能力，每天可進(jìn)行數(shù)千次觀測，覆蓋幾乎所有軌道傾角，可跟蹤的空間碎片數(shù)量將由2萬個增加至20萬個[3]。其地面監(jiān)測中心如圖1所示。

圖1 美國“空間籬笆”地面監(jiān)測中心Fig.1 American “Space Fence” ground monitoring system

俄羅斯的空間監(jiān)視系統(tǒng)“窗口-M”是其目前性能最先進(jìn)的地基光電空間態(tài)勢感知系統(tǒng)，將為空天軍遂行空間攻防作戰(zhàn)任務(wù)提供強(qiáng)有力支撐。其系統(tǒng)組元如圖2所示?！按翱?M”位于塔吉克斯坦海拔2200m的桑格洛克山上，主要用于獲取有關(guān)空間狀況的信息，編制人造空間目標(biāo)的目錄，確定其等級、用途和狀態(tài)。該系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)2000km~40000km之間的任何空間目標(biāo)，目前已登記了9000個已知目標(biāo)。俄羅斯計劃在未來4年內(nèi)，再建設(shè)超過10套“窗口-M”系統(tǒng)，部署在阿爾泰及濱海邊疆地區(qū)。

圖2 “窗口-M”系統(tǒng)組元Fig.2 “Window-M” system components

歐洲的英、法等國也都擁有各自分立的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，但由于缺乏整體規(guī)劃尚未聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，空間覆蓋范圍上存在較大缺口，主要還是依賴美國的空間監(jiān)視網(wǎng)獲取相關(guān)信息。

1.2 發(fā)展在軌操控技術(shù)，提升空間攻防技術(shù)能力

美國自20世紀(jì)60年代開始在軌操作技術(shù)的研究，是當(dāng)今世界航天實(shí)力最強(qiáng)的國家，各項(xiàng)技術(shù)均處于國際領(lǐng)先地位。以美國國防高級研究計劃局（DARPA）、美國航空航天局（NASA）、空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）為主，開展了大量全面的在軌操作技術(shù)試驗(yàn)，其中試驗(yàn)衛(wèi)星系列（XSS）、自主交會技術(shù)驗(yàn)證（DART）、微衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)（MiTEx）、軌道快車（OE）、局部空間的自主導(dǎo)航與制導(dǎo)試驗(yàn)（ANGELS）等已進(jìn)行了空間試驗(yàn)；天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)（SBSS）衛(wèi)星和地球同步太空態(tài)勢感知計劃（GSSAP）衛(wèi)星已正式部署，突破了有效載荷寄宿發(fā)射、在軌機(jī)動、自主逼近、交會對接、在軌修復(fù)等諸多空間操作關(guān)鍵技術(shù)，并通過“鳳凰”、“蜻蜓”等計劃重點(diǎn)發(fā)展了通用對接器、細(xì)胞衛(wèi)星抓取工具、服務(wù)衛(wèi)星機(jī)械臂等技術(shù)。“蜻蜓”項(xiàng)目將測試在軌道上能否直接建造地球同步通信衛(wèi)星，相關(guān)圖片如圖3所示。這些項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)均可用于偵察、監(jiān)視和攻擊在軌衛(wèi)星，為美軍太空攻防儲備堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

圖3 “蜻蜓”項(xiàng)目將測試在軌道上能否直接建造地球同步通信衛(wèi)星Fig.3 “Dragonfly” project will verify feasibility of building geosychronous satellite on-orbit

俄羅斯頻繁地進(jìn)行衛(wèi)星軌道機(jī)動試驗(yàn)，發(fā)展天基操控空間進(jìn)攻武器。俄羅斯于2013年底重啟了集地基偵察監(jiān)視與機(jī)載打擊為一體的“樹冠”項(xiàng)目，并于2015年3月發(fā)射了小衛(wèi)星“宇宙”2504，在4~7月間與發(fā)射其入軌的火箭上面級開展在軌交會。同年4~9月，“射線”（Luch）衛(wèi)星被觀測到不斷進(jìn)行高軌漂移，速度時快時慢，先后靠近兩顆俄羅斯衛(wèi)星、三顆國際通信衛(wèi)星并在上述衛(wèi)星附近駐留，表明其在具備地基定向能力和共軌式反太空技術(shù)的基礎(chǔ)上，正在發(fā)展天基操控的新型反太空技術(shù)。此外，2015年1月發(fā)布的《俄羅斯2016~2025年航天發(fā)展規(guī)劃》中提到俄羅斯計劃設(shè)計建造“清理者”高軌空間碎片清除系統(tǒng)，該系統(tǒng)將利用噴氣式發(fā)動機(jī)的射流將報廢衛(wèi)星“吹”離LEO軌道，未來將具備很強(qiáng)的太空作戰(zhàn)潛力。

歐洲的在軌操作技術(shù)研究主要以德國宇航中心（DLR）和歐洲航天局（ESA）為主，重點(diǎn)研究空間機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)。目前德國的在軌服務(wù)任務(wù)計劃（DEOS）擬于2018年進(jìn)行在軌試驗(yàn)，已進(jìn)行在軌試驗(yàn)的“棱鏡”任務(wù)（PRISMA）是歐洲第一個以演示驗(yàn)證編隊飛行和自主交會技術(shù)為主的任務(wù)，自主視覺導(dǎo)航與目標(biāo)識別（AVANTI）試驗(yàn)則首次驗(yàn)證了航天器執(zhí)行完全自主交會的可行性。此外，ESA在2012年提出移除低軌大型空間碎片的“離軌任務(wù)”工程項(xiàng)目，主要目標(biāo)是利用服務(wù)航天器捕獲位于800km~1000km高近極地軌道/太陽同步軌道的非合作大型空間碎片（主要是4噸以上的衛(wèi)星或上面級），并快速移至地球大氣層燃燒消除。該項(xiàng)目計劃于2023年發(fā)射，將采用1300kg抓捕網(wǎng)捕獲失效、失控的歐洲環(huán)境衛(wèi)星（Envisat），完成世界上首個測試空間垃圾捕獲系統(tǒng)的任務(wù)。德國在軌服務(wù)DEOS任務(wù)和歐空局“離軌任務(wù)”的示意圖如圖4所示。

圖4 德國在軌服務(wù)DEOS任務(wù)和歐空局“離軌任務(wù)”Fig.4 German DEOS on-orbit service and ESA “Deorbit Task”

日本的空間機(jī)器人技術(shù)實(shí)力雄厚，從20世紀(jì)80年代初即開始了研究工作。雖然研究項(xiàng)目不多，但1997年發(fā)射的工程試驗(yàn)衛(wèi)星-7（ETS-7）卻是世界上第一個空間機(jī)器人在軌操作試驗(yàn)，具有里程碑的意義。日本在2016年持續(xù)推進(jìn)了“空間碎片微型清除器”（SDMR）計劃，擬于2020年開展在軌演示驗(yàn)證試驗(yàn)。“空間碎片微型清除器”將使用微衛(wèi)星夾持機(jī)械臂抓捕空間目標(biāo)碎片，并通過電動力繩使其離軌。SDMR三維概念示意圖如圖5所示。目前，日本已經(jīng)完成電動力纜繩推進(jìn)在軌演示試驗(yàn)，測試電動力纜繩的受力、電阻、柔韌性及展開阻力，并擬采用電刷接觸器摩擦碎片表面減慢其轉(zhuǎn)速直至靜止的方法，解決機(jī)械臂無法直接抓取的問題[4]。

圖5 日本空間碎片清除系統(tǒng)三維概念示意圖Fig.5 3D concept diagram of Japanese space debris micro-remover

1.3 加快衛(wèi)星更新?lián)Q代，提升戰(zhàn)場信息支援能力

隨著太空在國家安全和軍事作戰(zhàn)中地位與作用的日益凸顯，世界主要航天強(qiáng)國都在加快航天裝備更新?lián)Q代，一批新型的偵察、預(yù)警、通信、導(dǎo)航等衛(wèi)星相繼服役，戰(zhàn)場信息支援能力持續(xù)增強(qiáng)。

①光學(xué)和雷達(dá)成像偵察互補(bǔ)，偵察衛(wèi)星體系不斷完善。美國“鎖眼”系列光學(xué)成像偵察衛(wèi)星最高分辨率達(dá)到0.1m，長曲棍球雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星最高分辨率達(dá)到0.3m。俄羅斯新一代“角色”系列衛(wèi)星采用光電傳輸式設(shè)計，空間分辨率達(dá)到0.3m。

②預(yù)警衛(wèi)星能力從戰(zhàn)略預(yù)警向戰(zhàn)術(shù)預(yù)警拓展。美國有12顆在軌運(yùn)行的預(yù)警衛(wèi)星，可為全球重點(diǎn)海區(qū)和地區(qū)發(fā)射的導(dǎo)彈提供15分鐘~30分鐘的預(yù)警時間，對中段飛行的彈頭具有一定的跟蹤和識別能力。俄羅斯集成太空系統(tǒng)導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)目前有2顆衛(wèi)星在軌，其首顆衛(wèi)星的試驗(yàn)工作已正式啟動，系統(tǒng)完成部署后將大幅提升俄羅斯對多類型導(dǎo)彈目標(biāo)的發(fā)射探測和預(yù)警時間。

③導(dǎo)航衛(wèi)星定位精度更高、抗干擾能力更強(qiáng)。美國正致力于研制新一代GPS-3衛(wèi)星系統(tǒng)，其精度更高、抗干擾性更強(qiáng)且壽命更長。俄羅斯高度重視格洛納斯系統(tǒng)建設(shè)，并在經(jīng)費(fèi)上給予大力支持。歐洲也在穩(wěn)步推進(jìn)伽利略系統(tǒng)建設(shè)，在軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到18顆。印度于2016年4月成功發(fā)射區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的第7顆衛(wèi)星，成功完成衛(wèi)星星座部署[5]。

④軍事通信衛(wèi)星全球覆蓋與傳輸能力不斷提升。美軍下一代窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)已全部發(fā)射入軌，具備運(yùn)行能力，先進(jìn)極高頻系統(tǒng)提供的通信業(yè)務(wù)具有抗干擾、抗截獲、高安全性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)區(qū)指揮官的通信和指揮，可實(shí)時傳輸圖像和戰(zhàn)場地圖。俄羅斯在補(bǔ)充現(xiàn)有“信使”和“箭”系列衛(wèi)星通信星座的同時，在新一代信使低軌衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中添加了加密防護(hù)功能，并計劃在未來幾年部署專用機(jī)要通信衛(wèi)星系統(tǒng)。

1.4 開展空間對抗演習(xí)，提升太空沖突應(yīng)對能力

隨著空間軍事化程度加深、空間武器化加速發(fā)展，美軍越來越重視研究空間作戰(zhàn)力量構(gòu)成及作戰(zhàn)使用。為了檢驗(yàn)空間對抗的指揮系統(tǒng)、航天系統(tǒng)等與地面系統(tǒng)的配合能力，推動空間力量發(fā)展，確保太空優(yōu)勢，美國實(shí)施了一系列空間對抗演習(xí)，代表性的有“施里弗”演習(xí)以及“太空旗”軍演。

“施里弗”演習(xí)自2001年創(chuàng)辦以來先后進(jìn)行了10次，重點(diǎn)檢驗(yàn)了空間作戰(zhàn)理論和航天裝備運(yùn)用。通過已經(jīng)開展的10次“施里弗”空間戰(zhàn)演習(xí)，美軍進(jìn)一步豐富和完善了空間威懾戰(zhàn)略、空間作戰(zhàn)條令、空間作戰(zhàn)力量運(yùn)用、太空發(fā)展策略等，催生出太空態(tài)勢感知、作戰(zhàn)響應(yīng)空間、分散式太空體系等一系列新型航天能力與技術(shù)，成為太空作戰(zhàn)能力建設(shè)的指示器，推動空間作戰(zhàn)力量不斷發(fā)展和突破[6]。

2017年4月，美空軍舉行了首次“太空旗”訓(xùn)練演習(xí)，并于同年8月舉行了第二次“太空旗”訓(xùn)練演習(xí)。參演部隊主要來自空軍和陸軍相關(guān)機(jī)構(gòu)，演習(xí)設(shè)施為波音公司的模擬作戰(zhàn)中心?！疤掌臁毖萘?xí)重點(diǎn)關(guān)注太空作戰(zhàn)技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，主要針對可能會在太空軌道發(fā)生的作戰(zhàn)想定開展演練，旨在使作戰(zhàn)人員通過模擬太空作戰(zhàn)，更好地了解和理解對手形成的威脅，并以此規(guī)劃任務(wù)，優(yōu)化戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)級太空作戰(zhàn)管理和指控流程，并為相關(guān)能力的開發(fā)指明方向。

2 我國空間對抗領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀與差距分析

2.1 空間應(yīng)用產(chǎn)品不斷完善，但未形成產(chǎn)品的體系化

經(jīng)過多年的發(fā)展和建設(shè)，我國太空應(yīng)用技術(shù)不斷完善，積累了以空間偵察和態(tài)勢感知衛(wèi)星為代表的空間態(tài)勢感知產(chǎn)品，形成了以北斗衛(wèi)星為代表的太空信息支援產(chǎn)品，初步構(gòu)建了以多種發(fā)射方式、多種在軌平臺為代表的快速響應(yīng)微小衛(wèi)星、應(yīng)急救災(zāi)等空間應(yīng)用產(chǎn)品。但由于起步時間晚于美俄等國，我國空間應(yīng)用產(chǎn)品體系中的衛(wèi)星和空間飛行器等部署數(shù)量相對較少，總的運(yùn)載及發(fā)射能力有限，與美俄等空間強(qiáng)國仍有較大差距，亟待發(fā)展空間產(chǎn)品的體系化。

2.2 空間產(chǎn)品研發(fā)不斷創(chuàng)新，但未形成實(shí)際應(yīng)用條件

目前空間產(chǎn)品主要研究方向仍集中在單一技術(shù)研究上，產(chǎn)品的信息化水平不足、智能化水平不高，而面對日益復(fù)雜多變的空間環(huán)境和態(tài)勢，當(dāng)前空間產(chǎn)品已經(jīng)無法完全適應(yīng)。相關(guān)院所經(jīng)過概念研究、關(guān)鍵技術(shù)先期攻關(guān)和強(qiáng)化攻關(guān)及系統(tǒng)集成等階段，具備了較強(qiáng)的技術(shù)能力，在快響應(yīng)發(fā)射、空間應(yīng)用載荷等方面開展了大量研究與驗(yàn)證工作，取得了一定的進(jìn)展，形成了技術(shù)積累，但距離實(shí)際應(yīng)用仍有差距。

2.3 空間商業(yè)產(chǎn)品不斷豐富，但未形成市場競爭優(yōu)勢

近年來，我國空間商業(yè)化進(jìn)程取得了長足發(fā)展，長征系列火箭已累計為國內(nèi)外客戶提供商業(yè)發(fā)射60余次，逐步形成提供衛(wèi)星及運(yùn)載火箭制造、發(fā)射、地面系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展模式，并將推出“三車”（太空專車、太空順風(fēng)車、太空班車）計劃，在發(fā)射服務(wù)、空間資源利用、太空旅游方面為消費(fèi)者提供個性化產(chǎn)品與服務(wù)，打造開放、共享的商業(yè)航天生態(tài)圈，推動商業(yè)航天市場向前發(fā)展。但相比全球商業(yè)航天收入水平，我國仍存在差距，未能形成領(lǐng)域競爭優(yōu)勢。

2.4 空間技術(shù)水平不斷提升，但未形成技術(shù)引領(lǐng)趨勢

在空間技術(shù)上，經(jīng)過多年發(fā)展，我國實(shí)現(xiàn)了從無到有的轉(zhuǎn)變，具備發(fā)射從低軌到高軌、不同質(zhì)量與用途的各種衛(wèi)星、載人航天器和月球探測器的能力，具備空間態(tài)勢感知和信息支援的能力，研發(fā)了多種操控技術(shù)，具備了一定的空間對抗能力，但與美、俄等先進(jìn)航天國家相比仍有差距。由于自主創(chuàng)新能力不足，我國的空間技術(shù)長期以跟蹤國外發(fā)展為主，許多關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，制約了我國空間裝備性能的提高。我國空間力量發(fā)展先期技術(shù)投入不足，對空間環(huán)境探索和研究較少，空間科學(xué)研究手段相對落后，不能有效降低航天高技術(shù)的高風(fēng)險和高成本。航天工業(yè)水平與技術(shù)基礎(chǔ)總體仍較薄弱，在航天器總體設(shè)計、工藝制造、試驗(yàn)和驗(yàn)證、高可靠和長壽命問題等方面亟待加強(qiáng)。

3 啟示與思考

我們應(yīng)立足當(dāng)前技術(shù)、裝備和產(chǎn)品積累，不斷突破空間對抗關(guān)鍵技術(shù)、完善太空產(chǎn)品體系、開展宇宙探索活動，助推我國大步邁進(jìn)航天強(qiáng)國行列。結(jié)合國外空間對抗領(lǐng)域態(tài)勢分析，筆者建議采取如下應(yīng)對措施：

①在總體國家安全觀指導(dǎo)下，密切關(guān)注加速中的太空軍事化趨勢，高度警惕某些圖謀不軌國家準(zhǔn)備太空戰(zhàn)爭的動向，以實(shí)現(xiàn)“人類命運(yùn)共同體”的全球思維、世界眼光和國家責(zé)任，審視正在發(fā)生深刻變化的太空戰(zhàn)略安全環(huán)境，做好必要的“太空軍事斗爭準(zhǔn)備”；

②緊抓“新一輪科技革命”機(jī)遇，實(shí)施獨(dú)立自主與開放合作相結(jié)合的發(fā)展方針，盡快補(bǔ)足關(guān)鍵核心技術(shù)方面的“短板”，在軍事航天技術(shù)領(lǐng)域積極利用人工智能、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)、3D打印、碳纖維等高新科技，努力提高太空武器性能、可靠性與性價比；

③持續(xù)提升投擲能力、快速機(jī)動變軌能力和信息化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)水平，使國家在空間裝備領(lǐng)域日益強(qiáng)大的“太空能力”成為保衛(wèi)太空和平的最主要力量。