美国空间态势感知发展分析.pdf

书书书2010 年4月第21卷第2期装 备 指 挥 技 术 学 院 学 报Journal of the Academy of Equipment Command TechnologyApril2010Vol.21No.2收稿日期:2009-05-12作者简介:苏宪程，男，博士研究生.主要研究方向:航天工程.于小红，女，教授，博士生导师.美国空间态势感知发展分析苏宪程1，于小红2，刘震鑫1(1.装备指挥技术学院 研究生管理大队，北京 101416;2.装备指挥技术学院 试验指挥系，北京 101416)摘要:随着空间技术的迅速发展，外层空间得到了广泛的开发和应用。空间力量的作用日益凸显，空间安全备受关注，获取空间优势和控制空间能力成为世界军事强国角逐的重点。空间态势感知作为获取空间优势和控制空间的基础，被推到了空间时代竞争的前沿。美国作为当今世界的头号航天大国，其空间态势感知理论发展、装备建设及其发展经验都有一定的借鉴意义。关键词:空间态势感知;空间优势;装备中图分类号:V 448.21文 章 编 号:1673-0127(2010)02-42-05文献标识码:ADOI:10.3783/j.issn.1673-0127.2010.02.010Analysis of the Development of US Space Situation AwarenessSU Xiancheng1，YU Xiaohong2，LIU Zhenxin1(1.Company of Postgraduate Management，the Academy of Equipment Command Technology，Beijing 101416，China;2.Department of Testing and Command，the Academy of Equipment Command Technology，Beijing 101416，China)Abstract:With the rapid development of the space technology，space has been widely utilized and ap-plied.Space power is increasing important，outer space security is playing greater role，great military coun-tries are paying more attention to get space superiority and space domination.The capability of space situationawareness(SSA)，as the basis of space superiority and space domination，is furious competitive.The develop-ment of theory and equipment on US SSA can be used for reference to some extent.Key words:space situation awareness(SSA);space superiority;equipment2004 年 美国空军空间对抗条令 明确了空间态势感知首要发展地位，并明确表达:“空间态势感知形成了所有空间活动的基础，但其最迫切的需求是来源于空间对抗作战。”表面上看，美国空间态势感知的提出似乎略带唐突，没有像以往军事理论经过较长的时间准备和其他理论的支持。事实上态势感知理念引入外层空间并非偶然，有其发展的必然性，伴随着技术的发展和军事的需求而同步产生。然而，正是由于技术上快速的跃进式发展和空间军事需求的急剧增加，导致空间态势感知理念的出现不具有以往军事理论形成发展的长期过程，同样由于其创新性、超前性决定了空间态势感知还没有完全通过实践检验。1空间态势感知理论发展美军空间态势感知理念是在美军军事变革的大背景下，随着空间作战理论、联合作战理论的深入研究，以及对信息优势思想和决策优势思想的深入理解而提出的。海湾战争后，美国不断总结成功经验和战场教训，军事领域先后出现了 3 次大的浪潮，并最终形成了空间态势感知理论。第 1 次是 20 世纪 90年代初兴起的联合作战大讨论，其直接结果是美军参联会颁发了 0 6 系列共 112 本联合出版物，形成了较为完善的联合作战理论体系。第 2 次是20 世纪 90 年代中期兴起的新军事革命热潮，其标志性成果是 2010 年联合构想、2020 年联合构想，以及各军种与之相适应的军种构想。第 3次是 2l 世纪初兴起的军事转型，其标志性成果是美国防部 转型计划指南、各军种转型路线图及相关文件1。第 1 次联合作战讨论中已经深刻意识到了“整体”合力的重要性、“体系”对“个体”的优势。然而，经过深入的研究发现，外在“力量”的联动，还需要内在“信息”的联通，要达到内外结合无缝连接、整体联合一体作战必须以有效的信息优势作为支撑。联合作战的讨论也促进了空间作战理论发展，空间力量更多作为空间(战略)威慑，或战略决策的依据，成为联合作战中一支重要力量，直接结果是 1993 年空间作战中心成立。然而关于空间力量在战术层次力量加强、空间信息运用乃至空间直接对抗则少有关注。第 2 次新军事变革热潮中，为更好实施联合作战，美军在 1996 年 2010 年联合构想 强调“我们必须拥有信息优势”2，2000 年2020 年联合构想 提出“凭借信息优势取得决策优势”的观点，进一步将“谋求信息优势”明确要求做到“五个恰当(correct)”，即在恰当的时间、恰当的地点，将恰当的信息，以恰当的形式送交给恰当的接收者，同时要压制敌方谋求同样能力的企图。“五个恰当”本质上是一种深层次的信息加工和处理，不再强调信息的数量，而是更加重视信息的质量3。然而没有空间优势的存在，信息优势根本无从谈起。现实的需求以及军事理论的发展，促使美军关注空间领域，1997 年 9 月美国发布国家空间政策 中宣称要“确保敌人无法阻止我们利用太空”，“必要时可制止敌人利用空间系统”。1998 年美国航天司令部在其长期规划 2020构想 中明确提出不让别人应用空间的阻止概念和手段。可见美军此时侧重于利用空间优势获取信息，关注到空间对抗对保持制信息权的重要，但对支援空间攻防对抗、争取空间信息优势，特别是对如何获取空间信息以保障空间对抗没有阐述，思想上还没有得到重视。21 世纪初新军事转型计划延续了联合作战的理念，并在前期基础上结合基于效果作战、网络中心战及快速决定性作战等新理念，明确了军事转型的具体目标。2002 年 6 月美军陆、海、空(以及空间)相继提出转型计划(路线图)。同年 9 月美国国家安全战略 指出:保护卫星和其空间能力是确保美国向全球快速部署军事力量的关键所在;并提出美国必须拥有 3 大能力，即:空间态势感知能力、防御性空间对抗能力及进攻性空间对抗能力4，同时强调空间态势感知能力是当前国防部最优先发展的能力。同年，空间感知综合办公室于 3 月 1 日正式开始工作，2004 年美国空军空间对抗条令 的颁布，进一步标志着空间态势感知理论的确立。2空间态势感知装备发展事实上，美国是当前世界上空间态势感知能力最强的国家。20 世纪 50 年代以来，美国已逐步建成一个由 31 部雷达和光学探测器组成，遍布全球 16 个地点的地基空间监视网，可对直径大于10 cm 的 9 000 个空间目标进行识别和分类，还可定期对直径大于 30 cm 的空间目标进行探测和跟踪，检测并报告外国侦察卫星的过顶飞行，分析空间碎片环境等，各雷达及监视设备的主要性能如表 15-8和表 28-9所示。尽管美军地基空间监视已经十分完备，但是美军认为其对空间目标的探测能力还有待提高。为了能够实时、准确地跟踪空间更小、更高轨道物体，美军战略司令部和空军航天司令部不断新建地基空间监视系统，主要包括“空间监视望远镜”(space surveillance telescope，SST)计划、“深空观察雷达”(deep view radar)计划，以及“大型毫米波望远镜”(large millimeter telescope，LMT)等，如表 37-10所示。不断完善地基监视能力的同时，美国加强了天基空间目标监视系统的研制，其中包括天基空间监视(space based space surveillance，SBSS)系统和轨道深空成像(orbit deep space imager，ODSI)系统，并利用现有的中段空间实验(midcoursespace experiment，MSX)卫星来确定 SBSS 系统的设计方案。此外，天基红外预警系统(space basedinfrared reconnaissance system，SBIRS)也是美国正在研制的探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视网，系统的基本信息如表 47-8，10-12所示。34第 2 期苏宪程，等:美国空间态势感知发展分析表 1地基雷达的主要技术性能表设备名称站址体制主要性能“磨石山”雷达马 萨 诸 塞 州 威 斯特堡单脉冲抛物面天线直径25.6 m;工作频率150/400/1 295 MHz;可跟踪地球同步轨道上 RCS 为 1 m2以上的目标“干草堆”雷达马萨诸塞州工作频段 7 750 8 050 MHz;27 000 km(RCS=1 m2);距离向分辨力 25 cmAN/FPS-85佛罗里达州艾格林相控阵收发分开;442 MHz;探测距离5 600 7 000 km;发1.4，收0.8;可同时跟踪200 个近地目标，深空监视能力有限海军空间监视雷达北纬 33美国本土3 个发射站6 个跟踪站多基地相控阵发射天线频段 200 300 MHz;作用距离 28 000 km，观察35 000 km 高度直径大于 30 m 的目标，每月观察目标数 100 多万个;不能探测低倾角卫星和体积很小的物体，不能跟踪空间目标，但倾角大于 33的卫星 2 次/d 被探测AN/FPS-123 等升级预警雷达系统克利尔、图勒、菲林戴尔斯全相干相控阵422 448 MHz;瞬时带宽 30 MHz;双面阵或三面阵;作用距离 4 800 km;可分辨径向尺寸 5 m 的真假弹头AN/FPS-115比尔、奥地斯420 450 MHz;瞬时带宽 50 MHz;阵面口径 22 m;对 10 m2目标作用距离5 500 kmAN/FPQ-16卡凡利边界捕获雷达;2 200 3 300 MHz，5 400 5 900 MHz;具有跟踪2 000 个弹头的能力AN/FPS-129挪威X 波段(10 GHz);辐射功率峰值 200 kW;中馈型抛物面天线直径 27 m;可跟踪地球同步轨道目标卫星GBR-P、Tradex、Altair 等夸贾林岛单脉冲P、L、S、C、X、Ku、Ka 红外、可见光全波段对弹道导弹靶场测量;20 多种发射波形;15 100 cm 各种分辨力;能获取弹头、诱饵等目标特征数据和轨道数据AN/FPQ-14凯纳角岛，安提瓜岛5 400 5 900 MHz;支持导弹发射系统、卫星入轨;作用距离1 489 km;跟踪距离 11 000 kmAN/FPQ-15/18阿森松岛5 500 5 900 MHz;作用距离1 100 7 577 km;跟踪距离60 000 km，提供近地轨道卫星的探测AN/FPS-79/17皮林奇利克基地1 300 MHz;有限搜索和跟踪雷达，主要对前苏联西部靶场发射的导弹与卫星实现早期预警AN/FPS-108丹麦眼镜蛇谢米亚基地相控阵1 200 1 250 MHz(窄);1 175 1 375 MHz(宽);对 1 m2目标战略预警距离为3 600 km;可同时跟踪 200 个弹头与诱饵目标，对前苏联东部发射的导弹与卫星实现早期预警表 2地基光学监视设备主要性能设备名称站址主要性能地基光电深空探测系统新墨西哥州 Socorro 站印度洋迪戈加西亚岛夏威夷州 Maui 岛西班牙 Moron 站2 台主望远镜口径 101.6 cm，焦距218 cm，视场2.1;1 台辅助望远镜口径 38 cm，焦距 76 cm，视场 6;可探测 5 500 37 000 km 之间篮球般大小的空间目标Maui 空间监视站夏威夷州 Maui 岛拥有 3.7 m、1.58 m、1.2 m、0.8 m 和0.6 m 共5 套光电跟踪望远镜;可对近地轨道目标进行自适应高分辨成像，精确其轨道信息;辐射计与光度计可提供目标的可见光/中波红外特征信息表 3SST、deep view radar 和 LMT 基本情况表名称启动年份计划内容目标/解决的问题现状部署年份SST2002集成具有弯曲平面的广域探测器系统;开发、测试并验证用于自主望远镜操作和数据报告的软件;在白沙导弹靶场设计并制造望远镜和支持结构;验证端对端的望远镜性能和空间操作能力增强跟踪高轨上目标的能力;补充当前地基光电深空探测系统能力上的不足，增强地基空间系统探测跟踪空间微小目标的能力样机研制2012deep viewradar2002能提供所需功率、满足整个频带上的深空成像需求的发射机;基于超大孔径、保持波形因数的天线设计解决高轨目标探测精度不足问题;提供各种轨道上更小成像能力样机研制2012LMT制造附加的陀螺-行波速调管发射机的脉冲发射管;进行发射机功率合成器试验;完成发射机和雷达系统的设计;进行天线替换;进行信号处理软件的开发和测试;低功率样机装配，仅提供低轨道空间监视能力;用装有陀螺-行波速调管的完整装置演示低轨和高轨成像能力强大的高轨空间监视能力完成安装200844装 备 指 挥 技 术 学 院 学 报2010 年表 4美国 SBSS、MSX、ODSI 和 SBIRS 基本信息表名称负责单位轨道卫星数量实时性时间发展进度目的SBSS洛杉矶空军基 地、航 天和导弹中心低地球轨道(约1 100 km)卫星星座4 8 颗实时跟踪2007 年发射首颗星;2010 年使用初步确定天基空间监视系统系统的设计方案 发现、确定和跟踪空间目标;提高对空间目标监视、跟踪和识别能力，增强对空间战场态势的实时感知能力MSX美国弹道导弹防御局太阳同步圆形轨道(908 km)非星座构型1 颗卫星可见光相机可实时跟踪1996-04-26仅天基可见光相机仍在工作 监测途中飞行过程的导弹;空间目标监测;天空背景光和陆地背景光探测;空间粒子和气体污染测量ODSI美空军空间与导弹系统中心地球同步轨道星座构型实时跟踪2012 年发射首颗星2004 年底完成采办战略研究提高国防部空间监视能力;跟踪和监测高轨道上的物体，提供空间目标的详细特征信息;空间目标识别SBIRSSBIRS-Low美空军空间与导弹系统中心地球同步轨道大椭圆轨道2 颗地球同步 轨 道 卫星;2 颗大椭圆轨道卫星不 间 断 监测、预 报 并及时记录2009 年发射首颗星;2012 年完成部署洛克希德马丁公司于 2004 年 8月交付首颗大椭圆 轨 道 卫 星 载荷;2005 年 9 月交付第 2 个大椭圆轨道卫星载荷 侦察弹道导弹的发射，收集有关数据;不间断监测、预报并及时记录空间中、电离层以及大气层的物理状况、太阳黑子活动情况、磁场改变情况等SBIRS-High美国弹道导弹防御局低轨道卫星(177 483 km)卫星星座24 30 颗实时跟踪20082009年发射首颗星;20102011 年全部到位目前处于计划确定与风险降低阶段，宽 视 野 扫 描短波红外探测器已研制成功并装配完毕 收集、处理和发送所有级别的弹道导弹发射的情报;对导弹袭击进行早期预警、跟踪和实时传送弹道导弹在弹道全程上的飞行数据;提供弹道中段的精确跟踪和识别3美国空间态势感知发展启示3.1必须拥有空间态势感知能力2009 年2 月11 日0 时55 分59 秒，美国铱星公司的“铱 33”卫星和俄罗斯业已报废的“宇宙2251”军用通信卫星在西伯利亚上空约790 km 高的近地轨道上相撞震惊了全世界，空间态势感知成为热议的话题，同时也让美国更加坚定地认为必须拥有更加强大的空间态势感知能力。美国空间专家认为，从军事角度讲，控制空间要比搞导弹防御意义大得多。美国需要有一个强大的空间控制计划，以保护和利用空间资源，并阻止敌人使用空间系统。现阶段，美国在侦察、通信情报和导航定位等方面具有压倒优势，各级指挥官可以获得前所未有的全方位战场信息，使美国在军事争端中确立了决定性的优势。保护美国的空间设施以及美国在空间的统治地位，是捍卫美国国家利益的关键。因此，必须发展和使用空间态势感知装备为空间设施提供持续保护。3.2重点加强空间感知技术研究美军认为，技术研究不必承担政治舆论的压力，而且在技术层面上，空间技术与民用商用技术没有根本性的差异，可以将如卫星载荷技术、光电侦察技术等隐匿于民用技术之中，不但寓军于民，而且可以促进民用商用技术的发展，带动经济、技术前进。因此，应当首先确定发展空间态势感知关键技术以及这些技术水平需要提高多少才能使空间武器有效。主要通过召集具有相关技术能力和经验的国防部及其他政府实验室，对空间态势感知技术研发项目进行评估，确定其是否适应于空间态势感知发展的需求，并确保这些适用的项目能得到更高的效用等级评分和资金的支持，重点集中于关注空间态势感知装备中的有效载荷，保证能够把空间和武器装备技术工作集中在这些概念上，从而减少了资金方面的需求。3.3优先部署空间态势感知装备据美国 防务新闻 报道，“国会众、参两院分别增加了 2008 财年空间态势感知 预算，增加预算的详细情况虽然没有公布，但它将国防部对空间态势感知项目的申请总额增加了一倍多，在2.15亿美元的基础上增加了 3 亿美元”。美军认为，在空间武器技术贮备以及空间作战、武器运用54第 2 期苏宪程，等:美国空间态势感知发展分析等实践验证方面已经占据了优势。如果其他的国家决心发展反卫星或者率先部署轨道武器，美国在随后的空间军备竞赛中仍会获得领先地位。因此，应优先部署空间态势感知装备，不仅必承担舆论压力和政治风险，而且可以在必须时实施空间威慑、保障空间对抗。另外，如果美国率先部署空间武器，违背了现行国际空间法会遭受强大的政治压力，即使美国的盟国也会提出反对意见，美国将陷入空前的孤立局面。此外，部署空间武器可能会对当前美国军事优势构成威胁，因为美军在现代战场上的强大优势几乎全部来自空间信息的支持，空间信息系统已经承担了 70%以上的通信任务、80%以上的侦察监视任务和几乎 100%的气象保障任务。部署空间武器将打破现有局面，美军所遭受的损失可能会更大。因此美国不应率先部署空间武器，应当优先部署空间态势感知装备。参考文献(References)1樊高月.美国军事转型及其特点 J.外国军事学术，2004，5(5):11.2刘鹏，王立华.走向军事网络时代 M.北京:解放军出版社，2004:36.3 蒋晓原.信息网格学习札记J.军队指挥自动，2002(4):36.4高俊.数字化战场的基础建设M.北京:解放军出版社，2004:178-180.5陆涛.美俄空间目标监视系统 J.国外卫星动态，2005(6):1-12.6祁先锋.空间碎片观测综述 J.中国航天，2005(7):24-26.7HOOTS F R，SCHUMACHER P W.Fifty years of satellite track-ing and cataloging in the USC/Taft DeVere.2007AAS/AIAA Astodynamics Specialist Conference.San Diego:AAS Pub-lication Office，2007:1-26.8王杰娟，于小红.美国空间目标跟踪编目发展综述 J.装备指挥技术学院学报，2009，20(4):54-58.9罗伯特安克特尔.地基光电深空监视系统 J.飞行器测控技术，1986(1):1-75.10 STOKES G H，BRAUN C，SRIDHARAN R.The space-basedvisible program J.Lincoln Laboratory 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