“沉默咆哮者”升空美國天基作戰(zhàn)系統(tǒng)新動向

文/張晨

▲ 宇宙神5 551 型火箭攜帶“沉默咆哮者”升空

9 月10 日，美國宇宙神5 551 型火箭在卡納維拉爾角太空軍基地點(diǎn)火升空，經(jīng)過約6.5 個(gè)小時(shí)飛行后，將3 個(gè)載荷送入預(yù)定軌道。這次保密任務(wù)代號是NROL-107，部署載荷被稱作“沉默咆哮者”（Silentbarker）衛(wèi)星系統(tǒng)，標(biāo)志著美國天基作戰(zhàn)系統(tǒng)部署進(jìn)入新階段。

美國軍情部門合作

“沉默咆哮者”的前身是美國空軍的“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)-后續(xù)”項(xiàng)目。由于2010 年發(fā)射的用于觀測太空物體的“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)”Block10 衛(wèi)星在2020 年壽命到期，美國空軍需要開發(fā)新系統(tǒng)，并強(qiáng)化監(jiān)視太空物體的能力。與此同時(shí)，美國國家偵察辦公室（NRO）對地球靜止軌道的光學(xué)偵察衛(wèi)星產(chǎn)生了興趣，恰逢美國空軍需要補(bǔ)發(fā)1 顆光學(xué)空間態(tài)勢感知衛(wèi)星，因此兩者一拍即合，將項(xiàng)目合并為“沉默咆哮者”。當(dāng)時(shí)任務(wù)僅招標(biāo)了1 次發(fā)射。

這顆衛(wèi)星在2022 年7 月運(yùn)抵卡納拉維拉爾角，準(zhǔn)備發(fā)射，但遭遇了異常情況，隨后被退還給制造商。雖然美國太空軍和NRO 都未公布制造商，但外界通過合同分析，可以確定L3 哈里斯公司是承包商之一。

值得注意的是，美國國家偵察辦公室在發(fā)射前公布了整個(gè)“沉默咆哮者”項(xiàng)目規(guī)劃：整個(gè)天基衛(wèi)星系統(tǒng)分3 次發(fā)射建設(shè)，第一次是NROL-107任務(wù)，力爭在2026 年具備完善的作戰(zhàn)能力。根據(jù)美國政府總審計(jì)署發(fā)布的信息，到那時(shí)，預(yù)計(jì)“沉默咆哮者”項(xiàng)目總耗資將達(dá)到9.94 億美元。

▲ 發(fā)射任務(wù)徽章是一只狐貍

根據(jù)NROL-107 任務(wù)的招標(biāo)要求，將把載荷送入一條遠(yuǎn)地點(diǎn)高度36101 千米、近地點(diǎn)高度35471 千米、傾角0 度、周期24 小時(shí)的地球靜止軌道。宇宙神5 551 型火箭最多可將3850 千克載荷送入該軌道。最終，衛(wèi)星將定點(diǎn)于東經(jīng)105 度。由于這次發(fā)射將3 個(gè)載荷送入軌道，分別編號USA-34、USA-347 和USA-348，說明該項(xiàng)目首次部署的不僅是1 顆具有空間態(tài)勢感知和對地遙感功能的靜止軌道衛(wèi)星，而是能夠協(xié)作觀測的多星組合體。預(yù)計(jì)后續(xù)發(fā)射的兩次“沉默咆哮者”大概率也是類似的多星系統(tǒng)，其衛(wèi)星數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前在軌部署的“靜止軌道空間態(tài)勢感知”項(xiàng)目、“快速在軌空間技術(shù)評估-環(huán)”項(xiàng)目等。

▲ 美國“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)”運(yùn)作示意圖

▲越來越多的航天器恐將成為空間監(jiān)視目標(biāo)

美國國家偵察辦公室在發(fā)射前表示，NROL-107 任務(wù)載荷可以提供“人道主義服務(wù)”，暗示至少1 顆衛(wèi)星擁有較大口徑的光學(xué)成像系統(tǒng)，可以提供較大幅寬的中低分辨率廣域成像。雖然其前身“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)”Block 10 衛(wèi)星使用了轉(zhuǎn)臺，以便跟蹤太空目標(biāo)，但要想實(shí)現(xiàn)靜止軌道對地成像，更大口徑的光學(xué)成像系統(tǒng)是必不可少的，轉(zhuǎn)臺可能并不適用。再聯(lián)系到2011 年發(fā)射的USA-224“增強(qiáng)成像系統(tǒng)”衛(wèi)星上使用了超敏捷平臺，外界推測，NROL-107任務(wù)載荷也應(yīng)用了該技術(shù)，以獲得便捷的對地/對天快速指向切換能力。

“沉默咆哮者”的運(yùn)作方式

美國太空軍的蓋特林將軍公開表示，“沉默咆哮者”項(xiàng)目是“威懾”戰(zhàn)略的一部分。這也是美國首次明確公開“靜止軌道威懾系統(tǒng)”。蓋特林將軍對“沉默咆哮者”項(xiàng)目的任務(wù)進(jìn)行了生動描述：“了解靜止軌道上的情況，羈押可能有威脅的衛(wèi)星。”與此同時(shí)，美國國家偵察辦公室將該項(xiàng)目描述為“看門狗”（Watchdog）。

其實(shí)，“沉默咆哮者”的英文名字由代表監(jiān)視、防御的“Silent”和代表威懾、進(jìn)攻的“Barker”兩部分組成，顯示該項(xiàng)目將部署不同功能的衛(wèi)星。

外界認(rèn)為，與傳統(tǒng)上專注于抵近觀察、獲得高分辨率圖像的技術(shù)判讀類衛(wèi)星不同，“沉默咆哮者”中的監(jiān)視衛(wèi)星很可能是用于軌道測量的小衛(wèi)星。眾所周知，美國太空軍對一些靜止軌道上的高機(jī)動衛(wèi)星（如俄羅斯的“奧林匹斯”-K）十分忌憚，認(rèn)為這些衛(wèi)星將在特殊情況下對美國重要空間資產(chǎn)（如寬視場預(yù)警衛(wèi)星、核爆伽馬射線監(jiān)測衛(wèi)星、下一代紅外情報(bào)收集與預(yù)警衛(wèi)星、L 波段戰(zhàn)略廣播增強(qiáng)通信衛(wèi)星等）形成重大威脅。因此，美國太空軍希望發(fā)展一套空間監(jiān)視系統(tǒng)，密切監(jiān)控他國衛(wèi)星，并在他國衛(wèi)星開始實(shí)施機(jī)動時(shí)予以限制和封鎖。這應(yīng)該是對“沉默咆哮者”項(xiàng)目“羈押”功能的較合理解釋。

鑒于靜止軌道上的小型立方星亮度很低，在地面望遠(yuǎn)鏡中幾乎無法被成像，因此這些小衛(wèi)星是相對“隱形”的存在，可以很方便地被部署到對美軍空間資產(chǎn)有威脅的他國衛(wèi)星附近。換句話說，美軍這套系統(tǒng)在理論上可以實(shí)現(xiàn)對地球靜止軌道的“絕對掌控”，甚至可以發(fā)展為“靜止軌道全面摧毀系統(tǒng)”的原型。

至于“沉默咆哮者”項(xiàng)目載荷，有分析認(rèn)為，主要是配置大口徑光學(xué)成像系統(tǒng)的超高敏捷、超高穩(wěn)定、超高精度衛(wèi)星，用于實(shí)現(xiàn)對靜止軌道的廣域跟蹤和監(jiān)視，并負(fù)責(zé)高水平遙測遙感。這類衛(wèi)星作為整個(gè)系統(tǒng)的中樞，能夠在形勢較緩和時(shí)期進(jìn)行對地光學(xué)觀測。

一些載荷適配器作為機(jī)動中樞，攜帶更小的衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道巡航。必要時(shí)，這些載荷適配器也可以攜帶偵察載荷，充當(dāng)系統(tǒng)中更低一級的空間態(tài)勢感知衛(wèi)星。掛在載荷適配器上的小衛(wèi)星采用敏捷體制，具有高機(jī)動性能，主要用于抵近美國太空軍認(rèn)定的“有威脅衛(wèi)星”，實(shí)現(xiàn)“看門狗”的功能，甚至策略更激進(jìn)一些，抵近“有威脅衛(wèi)星”并在其上面布置超小型刀片狀設(shè)備，實(shí)施寄生式監(jiān)控和破壞。

▲ 載荷適配器部署多顆小衛(wèi)星示意圖

總而言之，“看門狗”的含義意味著，該系統(tǒng)能夠提供對“有威脅衛(wèi)星”的預(yù)警能力，彌補(bǔ)常規(guī)地基和低軌天基態(tài)勢感知系統(tǒng)對高軌道監(jiān)測能力較弱的缺點(diǎn)，同時(shí)有望實(shí)現(xiàn)對高軌高機(jī)動目標(biāo)的威懾和“羈押”，限制他國衛(wèi)星機(jī)動，減少其對美國天基資產(chǎn)的威脅。

打造靜止軌道“奇兵”

提到美國太空軍的高機(jī)動性高軌道作戰(zhàn)系統(tǒng)，就不能回避ESPA，全稱為“漸進(jìn)增強(qiáng)型一次性運(yùn)載火箭次級載荷適配器”，是由諾·格公司研制的環(huán)形結(jié)構(gòu)，主要材質(zhì)是鈦合金。ESPA 又被改造為衛(wèi)星，稱為ESPA環(huán)衛(wèi)星，比較著名的有月球撞擊坑遙感與觀測衛(wèi)星等。

相比ESPA 這種無動力結(jié)構(gòu)，ESPA 環(huán)衛(wèi)星改裝時(shí)僅添加了推進(jìn)系統(tǒng)和電子元器件，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，適合大批量生產(chǎn)。該衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)緊湊，高僅61.5 厘米，直徑157.5 厘米，每個(gè)端口可攜帶181 千克載荷，總攜帶載荷質(zhì)量達(dá)1086 千克，根據(jù)配置不同，擁有每秒400～800 米的速度增量，工作壽命16 年。同時(shí)，它可以在側(cè)面掛載6～12 個(gè)小型載荷，包括可分離式和不可分離式。

▲ ESPA 環(huán)衛(wèi)星部署小衛(wèi)星示意圖

美國太空軍對ESPA 環(huán)衛(wèi)星的“彈性”構(gòu)架十分器重，以此為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，啟動了多個(gè)航天器項(xiàng)目。這些任務(wù)一般搭配美國新一代空間資產(chǎn)發(fā)射，因此NROL-107 任務(wù)大概率也攜帶了ESPA 環(huán)衛(wèi)星，輔助搭載所謂“抵近敏捷衛(wèi)星”。

這些ESPA 環(huán)衛(wèi)星一方面可以作為新型空間試驗(yàn)載荷的運(yùn)行平臺，另一方面，可以通過攜帶小型抵近敏捷衛(wèi)星，作為美國空間資產(chǎn)的“護(hù)衛(wèi)力量”。第一顆美國軍用ESPA 環(huán)衛(wèi)星“老鷹”（EAGLE，學(xué)名全稱是“漸進(jìn)增強(qiáng)型一次性運(yùn)載火箭次級載荷適配器改裝靜止軌道試驗(yàn)”）的任務(wù)就證明了這兩條。

“老鷹”攜帶了新體制逆合成孔徑激光雷達(dá)，進(jìn)行原理驗(yàn)證。該雷達(dá)可以獲得分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光學(xué)系統(tǒng)衍射極限的圖像，被宣傳為“空間態(tài)勢感知對抗規(guī)則的改變者”。

▲ 第一顆美國軍用ESPA 環(huán)衛(wèi)星“老鷹”執(zhí)行任務(wù)示意圖

▲ 美軍利用載荷適配器和小衛(wèi)星開展空間自動導(dǎo)航與定位試驗(yàn)

“老鷹”又釋放了一顆美國空軍實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的小衛(wèi)星，被認(rèn)為是小型抵近空間態(tài)勢感知衛(wèi)星的原型星。因?yàn)檫@顆小衛(wèi)星應(yīng)用了專門適配ESPA環(huán)衛(wèi)星的130 千克平臺，而該平臺首次應(yīng)用是2014 年發(fā)射的本地空間自動導(dǎo)航與定位試驗(yàn)衛(wèi)星，幫助試驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了對火箭4 米尺寸末級的跟蹤與成像。這款平臺具備400 米/秒的速度增量，可以在分離后8 年內(nèi)依靠自主推進(jìn)系統(tǒng)嚴(yán)格維持靜止軌道。

ESPA 環(huán)衛(wèi)星可以和掛載的次級載荷之間實(shí)現(xiàn)電力、數(shù)據(jù)交聯(lián)，配置的太陽翼在任務(wù)開始時(shí)具備1200 瓦功率，并通過總線分配給載荷950 瓦。ESPA 環(huán)衛(wèi)星還配置有96 安時(shí)的鋰離子電池，對于干重不到500 千克的衛(wèi)星來說，算得上電力充沛。ESPA環(huán)衛(wèi)星還配置有36吉比特容量硬盤，又具備直接對地256 千比特/秒以及對美軍通信衛(wèi)星1.6 兆比特/秒的通信傳輸速率。

借助1553B 總線、通用數(shù)據(jù)鏈接口等，ESPA 環(huán)衛(wèi)星還實(shí)現(xiàn)了各個(gè)載荷之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，也就是說，如果某一顆ESPA 環(huán)衛(wèi)星掛載了一些空間態(tài)勢感知載荷，那么每個(gè)載荷都能獲取其他載荷的觀測結(jié)果。

如果爆發(fā)太空戰(zhàn)，ESPA 環(huán)衛(wèi)星可以掛載較大口徑的光學(xué)成像系統(tǒng)，前出到安全位置，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)引導(dǎo)到小巧的“殺手衛(wèi)星”上。由于距離太遠(yuǎn)，地基系統(tǒng)恐怕很難發(fā)現(xiàn)這些比柯伊伯帶小天體還要暗弱的小衛(wèi)星。不過，這種對抗手段要求靜止軌道空間態(tài)勢感知能力達(dá)到全新的水平，而美國太空軍為了對抗這種由自己提出的戰(zhàn)法，研發(fā)了“沉默咆哮者”系統(tǒng)，防備他國的高機(jī)動小衛(wèi)星抵近自己的天基資產(chǎn)。

值得注意的是，ESPA 環(huán)衛(wèi)星具有軌道組裝能力，被比喻為“超大型空間無人機(jī)蜂群”，可以通過一套機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)軌道組裝和分離，打造更加靈活、有“彈性”的靜止軌道空間架構(gòu)。因此，ESPA 環(huán)衛(wèi)星被美國太空軍視為未來空間作戰(zhàn)系統(tǒng)的中堅(jiān)力量和根本手段，又擁有極強(qiáng)的空間數(shù)據(jù)整合能力，對于競爭者來說，是極其棘手的存在。

未來，更強(qiáng)大的ESPA-HP 環(huán)衛(wèi)星將進(jìn)入太空，攜帶電推進(jìn)系統(tǒng)，從而極大地提升載荷攜帶量和壽命。甚至有的航天單位提出構(gòu)想，基于ESPA-HP 環(huán)衛(wèi)星，研制配備超大型柔性太陽翼的電推進(jìn)航天器。

▲ 配置大型太陽翼的ESPA-HP 環(huán)衛(wèi)星示意圖

進(jìn)一步追求不對稱優(yōu)勢

美國太空軍不僅希望大量部署ESPA 環(huán)衛(wèi)星，隨著“沉默咆哮者”系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，主要用于平常時(shí)段空間目標(biāo)探測的地球同步空間態(tài)勢感知計(jì)劃（GSSAP）衛(wèi)星也正在實(shí)現(xiàn)性能提升。第一組GSSAP 衛(wèi)星于2014 年發(fā)射，今年退役。第二組GSSAP 衛(wèi)星在2016 年發(fā)射，目前仍然在靜止軌道上持續(xù)巡航。今年上半年，第七顆和第八顆GSSAP 衛(wèi)星的訂單已授出。

前兩組GSSAP 衛(wèi)星均由配備4米整流罩的德爾它4M+火箭發(fā)射，而更新的GSSAP 衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)則選擇了配備5 米整流罩的宇宙神5 511型火箭，表明新衛(wèi)星很可能使用了新體制載荷。外界認(rèn)為，這種載荷就是“老鷹”曾測試的新體制逆合成孔徑激光雷達(dá)，有望顯著增大新型GSSAP 衛(wèi)星對空間目標(biāo)成像距離，也會提升對手對抗難度。

▲ 美軍正在積極推動地球同步空間態(tài)勢感知計(jì)劃衛(wèi)星部署

▲ “殺手衛(wèi)星”作戰(zhàn)想象圖

在此之前，美國曾提出過更多的太空戰(zhàn)概念設(shè)想。比如，X-GEO 概念企圖在比靜止軌道更高的空間部署打擊力量，從“墓地軌道”到地月空間都屬于其影響范圍，甚至2022 年發(fā)射的為繞月空間站探路的“頂石”衛(wèi)星也要驗(yàn)證在月球軌道作戰(zhàn)的相關(guān)技術(shù)。配合X-GEO 概念，美國太空軍希望在高軌道部署低可探測性衛(wèi)星，輔以各種消光消紅外技術(shù)，盡可能降低衛(wèi)星被探測到的概率。在X-GEO 概念中，“墓地軌道”是重要的作戰(zhàn)環(huán)境，“殺手衛(wèi)星”將隱藏在眾多廢棄航天器中，或者偽裝為廢棄衛(wèi)星，伺機(jī)發(fā)動攻擊。

無論如何，美國在靜止軌道上的投入力度越來越大，無論是正在試驗(yàn)的新體制逆合成孔徑激光雷達(dá)系統(tǒng)、剛發(fā)射的NROL-107 任務(wù)載荷，還是未來的可組裝式ESPA 環(huán)衛(wèi)星，都代表著美國為爭奪空間霸權(quán)而不遺余力。與此同時(shí)，美國遍布全球的地面站可以及時(shí)操作衛(wèi)星進(jìn)行攻防行動?！鞍肴笋R座”系列上面級又提供了強(qiáng)大的軌道“直送”能力，極大簡化了部署靜止軌道衛(wèi)星的復(fù)雜度，使得ESPA 環(huán)衛(wèi)星之類的小衛(wèi)星進(jìn)入靜止軌道變得更加方便，令靜止軌道變得更加“危機(jī)四伏”。在這種背景下，一些更加強(qiáng)力的太空威懾系統(tǒng)逐漸浮現(xiàn)，“沉默咆哮者”項(xiàng)目的“威懾”概念正是美國進(jìn)一步擴(kuò)展太空霸權(quán)的明顯體現(xiàn)。