反衛(wèi)星武器(ASAT or anti-satellite weapon)是指從地面、空中或外層空間攻擊敵方衛(wèi)星的武器技術。美蘇的美蘇冷戰(zhàn)競爭導致太空軍事化,并投入了大量的資金來研發(fā)各種反衛(wèi)星武器。美國是開展反衛(wèi)星試驗時間最早、次數最多、種類最全的國家。1958 年,美國空軍用一種名為Bold Orion (WS-199B)的核彈頭空射彈道導彈 (ALBM) 來執(zhí)行歷史上第一次“反衛(wèi)星武器”測試任務。1964年美國部署了第一個反衛(wèi)星武器系統(tǒng):奈基-宙斯反衛(wèi)星核導彈。該導彈在1967年被空軍437計劃的“雷神”反衛(wèi)星核導彈取代。1985年9月13日,美國一架F-15A向600 公里軌道上對太陽觀測衛(wèi)星“P78-1”發(fā)射AMS-135反衛(wèi)星導彈,將目標成功摧毀。
蘇聯從1963年到1982年,其“IS”共軌反衛(wèi)星系統(tǒng)總共發(fā)射了2個反衛(wèi)星武器原型、21個IS反衛(wèi)星航天器和16個靶標。1973年2月13日,“IS”反衛(wèi)星系統(tǒng)正式投入部署。1964年,中國“640”工程啟動。1970年8月國防科委提出到1974 年在主要戰(zhàn)略導彈武器,包括反衛(wèi)星導彈,要趕上當時美、蘇的水平。印度在21世紀初期也開始對反衛(wèi)星武器感興趣。
反衛(wèi)星武器主要包括核能反衛(wèi)星、直升式動能反衛(wèi)星、定向能反衛(wèi)星、共軌反衛(wèi)星等四種。測試“動能反衛(wèi)星武器”將會在太空軌道上制造大量的衛(wèi)星碎片。美國和蘇聯在 20 世紀 70 年代和 80 年代都開發(fā)并測試了反衛(wèi)星武器,至少產生了數千塊碎片。
目前美國、俄羅斯和中國都是擁有反衛(wèi)星武器的國家。2019年2月印度進行了一次失敗的反衛(wèi)星試驗,后續(xù)又在3月宣稱新的反衛(wèi)星實驗取得成功。盡管印度官方宣稱該國是第四個擁有反衛(wèi)星武器的國家,但實際該國反衛(wèi)星武器技術和中國有很大差距。2022 年4月18日,美國副總統(tǒng)哈里·B·哈里斯正式宣布:美國將終止“毀壞性的直升式反衛(wèi)星試驗”。但中方認為這是美國企圖主導外空的政策、理念和戰(zhàn)略,削弱俄羅斯和中國的影響力。
歷史沿革
人造衛(wèi)星出現后,必然引發(fā)反衛(wèi)星的研究。美蘇冷戰(zhàn)美蘇對抗加劇反衛(wèi)星項目與技術的發(fā)展,冷戰(zhàn)后反衛(wèi)星受制于國際環(huán)境和全球對衛(wèi)星的依賴,對抗沒有冷戰(zhàn)時期那么激進,但考慮到軍事必要性有些國家還是會研究相關技術。
歷史背景
人造衛(wèi)星的運行特點決定了其具有重大的軍事價值,蘇聯首先發(fā)射人造衛(wèi)星導致美國研發(fā)反衛(wèi)星武器,而美國對蘇聯的衛(wèi)星偵察也引發(fā)蘇聯開發(fā)類似的技術。美蘇的冷戰(zhàn)競爭導致太空軍事化,并投入了大量的資金來研發(fā)各種反衛(wèi)星武器。但反衛(wèi)星武器對空間資產帶來的巨大破壞,也讓美蘇兩國不得不通過各種措施來進行約束,來減緩反衛(wèi)星武器的部署速度。例如《外層空間條約》的出現,美國國會對反衛(wèi)星武器的研發(fā)資金和測試的限制,以及蘇聯在1983年單方面宣布暫停反衛(wèi)星試驗。現在衛(wèi)星不但在戰(zhàn)時能起到“力量倍增”作用,而且已經成為重大的民用公共設施。在軍事上,衛(wèi)星在保密通信、目標定位和導航服務、天氣預報和戰(zhàn)斗評估等方面執(zhí)行重要的軍事支援任務。一些商用衛(wèi)星也在提供類似的功能。在民用上,衛(wèi)星在導航、通訊、氣象服務、遙感探測上的應用也早就形成了巨大的市場。因此反衛(wèi)星武器的發(fā)展非常敏感,而后發(fā)的一些航天大國擔心自己的衛(wèi)星資產受損,同時受到美俄反衛(wèi)星武器的影響,也在開發(fā)反衛(wèi)星武器。
基本概念
衛(wèi)星不僅是在空間軌道的衛(wèi)星本身,此外還包括衛(wèi)星、地面站和連接用戶的通信系統(tǒng)三部分,因此反衛(wèi)星武器有廣義和狹義的概念。從廣義上來說,能夠破壞或干擾衛(wèi)星系統(tǒng)中任何一部分工作的武器或手段,都可以稱為反衛(wèi)星武器;從狹義上來說干擾或破壞衛(wèi)星本身的武器都是反衛(wèi)星武器,包括軟殺傷和硬殺傷武器。反衛(wèi)星武器系統(tǒng)一般包括偵察、指揮和打擊三個子系統(tǒng)。
反衛(wèi)星武器技術首先依靠的是監(jiān)測衛(wèi)星的能力。低地軌道衛(wèi)星在數百公里高的軌道上運行,速度高達7.5公里/秒,要想擊中它,必須要完成三項任務:發(fā)現并跟蹤衛(wèi)星,接近衛(wèi)星,然后將其破壞或摧毀。開發(fā)反衛(wèi)星武器的國家,必須能夠通過雷達、光學等設備同時監(jiān)測軌道上的數千個物體,同時識別新發(fā)射的衛(wèi)星,然后還要有先進的計算機設備能夠存儲所有這些物體的軌道數據,并計算它們未來的軌道,從而為任何反衛(wèi)星攔截器提供目標坐標。同時監(jiān)測系統(tǒng)還要能夠判斷目標衛(wèi)星的性質,以區(qū)分其功能和性質。其次攔截技術需要快速的武器系統(tǒng),能夠接近在太空中軌道高速運行的目標,以便產生破壞作用。
相關理論
在冷戰(zhàn)時期,太空資產主要服務于軍用,為本國核力量提供指揮與控制,確保維持第二次核打擊能力,美蘇爭相研發(fā)反衛(wèi)星武器,是為了增強自身在外空攻防對抗準備中的籌碼,減少對方外空軍事利用,但等于加劇了核大戰(zhàn)爆發(fā)的危險,因此美蘇雙方對反衛(wèi)星武器都很警惕。但是從博弈論的角度看,反衛(wèi)星武器的最好選擇是雙方都不發(fā)展,因為只要有一方技術發(fā)展實現了突破,就會引發(fā)反衛(wèi)星領域的軍備競賽。實際美國從冷戰(zhàn)末期就一直試圖通過技術領先來統(tǒng)獲得戰(zhàn)略領域的絕對優(yōu)勢,而冷戰(zhàn)后美國技術優(yōu)勢不斷擴大,其結果就是外空領域國際權力結構嚴重失衡,而其他大國必然會努力遏止美國控制外空的企圖。
從地緣政治理論來分析,美國不斷開發(fā)各種先進的反衛(wèi)星武器,是基于空間控制能力的地緣政治競爭一種新的表現形式,是基于美國在北美和全球地緣擴張史的現實,服務于美國絕對軍事優(yōu)勢和絕對霸權的需要。
研制歷程
美國
美國盡管不是第一個發(fā)射衛(wèi)星的國家,卻是第一個研究反衛(wèi)星武器的國家。早在1946年,美國海軍和陸軍航空隊就開始了美國對軍用太空衛(wèi)星的首次研究。這些軍種都試圖通過研究宣示自身有權在太空中開發(fā)武器。1948年美國對外公布了一些外太空軍事化的項目。1954年美國就設想在高軌道上發(fā)射1顆攜帶核武器的偵察衛(wèi)星,能夠實施太空攻擊,這一概念甚至早于第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射。
1957年蘇聯發(fā)射衛(wèi)星一號,直接刺激美國開始開發(fā)反衛(wèi)星武器。1958年美國空軍的空中研究與發(fā)展司令部 (ARDC) 率先啟動反衛(wèi)星武器的研究,隨后美國國防高級研究計劃局 (DARPA) 也贊助了兩項發(fā)展太空防御的可行性研究。
“圣徒”(SAINT)計劃
在1957年蘇聯發(fā)射衛(wèi)星后,美國開始實施“圣徒”(SAINT)計劃,旨在研制一種攔截、檢查和摧毀敵方航天器的航空武器系統(tǒng)。該武器實際是一種天基反衛(wèi)星武器,能夠多次變軌具備和1850-7400公里高度衛(wèi)星進行交會并通過傳感器實施檢查的能力,如果確定對方航天器為惡意,就可以通過撞擊、星載激光等手段實施摧毀。“圣徒”計劃首次發(fā)射于 1962 年 12 月進行,但是這種“太空核查”的理念很快就被證明效果并不好,因為蘇聯衛(wèi)星有自毀自爆等各種“反檢查”的能力,而且不如直接使用導彈等武器直接摧毀衛(wèi)星。因此該項目在1962年就被放棄了。
首次反衛(wèi)星試驗
20世紀50年代末加利福尼亞大學利弗莫爾輻射實驗室的物理學家尼古拉斯·克里斯托菲洛斯認為,在太空或高空爆炸的核裝置可能會提供足夠的能量來產生電粒子,進而會破壞或破壞衛(wèi)星的電子元件、殺死航天器機組人員、干擾軍事通信鏈路并破壞反彈道導彈系統(tǒng)。1958年4月美國國防部批準了3項太空核爆炸實驗,代號“百眼巨人計劃”。1958年7月,衛(wèi)星“探索者4號”被送入太空,將測量核爆對衛(wèi)星的影響。1958年8月,美軍向8萬米高空發(fā)射了3枚帶有1700噸TNT當量核彈頭的火箭,測試結果印證了克里斯托菲洛斯的理論,
1959年10月13日,美國空軍在卡納維拉爾角進行了一次機密發(fā)射。當天1架美軍B-47轟炸機在弗吉尼亞州沃洛普斯島附近的地區(qū)上空,通過引導向空中發(fā)射了1枚“大膽獵戶座”空射彈道導彈,瞄準的目標是正前方太空中的美國“探索者6號衛(wèi)星”前方16公里的位置。當時這顆衛(wèi)星正處在近地點250公里的高度上。最終通過空射彈道導彈彈頭的無線電信標,證明彈頭在衛(wèi)星半徑6.4公里通過。而“百眼巨人計劃”已經證明,這個距離導彈如果攜帶核彈頭,其威力完全可以摧毀這枚衛(wèi)星。因此這是歷史上第一次“反衛(wèi)星武器”測試。實際“大膽獵戶座”空射彈道導彈并不是為了反衛(wèi)星武器為目的而開發(fā)的,它原來的研發(fā)目的是為了提升空軍彈道導彈的威懾性,避免地基核導彈被蘇聯突襲而無法實施核反擊。
505計劃到437計劃
1962年4月,美國國防部長羅伯特·麥克納馬拉要求陸軍研制“奈基-宙斯”反導導彈的反衛(wèi)星型號,并部署在夸賈林島。這種導彈攜帶有40萬噸三硝基甲苯當量的核彈頭,相比反彈道導彈型號是改進了上面級的機動性,型號定位DM-15S。在經過3次測試后,奈基-宙斯反衛(wèi)星導彈在1964年正式部署。這是美國的第一個反衛(wèi)星武器系統(tǒng),被稱為505計劃。該導彈在1967年被空軍437計劃的“雷神”反衛(wèi)星導彈取代。
在20世紀60年代初,美國存在多個并行的反衛(wèi)星計劃,除了陸軍的505計劃外,空軍提出了多個反衛(wèi)星計劃,包括衛(wèi)星攜帶激光武器反衛(wèi)星、有人駕駛的航天器反衛(wèi)星等概念,但是國防部以沒有"經過驗證的軍事需求"為由拒絕這些提議。
1962年7月9日,美國太平洋的約翰斯頓島進行了“海星一號”太空核試驗,使用“雷神”導彈攜帶1枚140萬噸TNT當量的W49核彈頭,在距離地面400公里的外層空間引爆。這場外太空核試驗產生的電磁脈沖導致1600公里外夏威夷的電力服務中斷、電話服務中斷以及路燈熄滅。3000公里外的人都能看到核爆引發(fā)的極光現象。這次外太空核爆還損害了至少6顆衛(wèi)星,其中包括美國美國電話電報公司的Telstar通信衛(wèi)星上的晶體管。
時任美國國防部長的羅伯特·麥克納馬拉認為,美國太空軍事化應該由空軍來主導,陸軍參與實際是分散了資源,所以支持空軍的437計劃。該計劃相對于陸軍反衛(wèi)星武器,第一個優(yōu)勢是直接利用現成的雷神導彈,而且可以利用空軍的全球探測體系;第二個優(yōu)勢是能攜帶威力更大的W49核彈頭,當量達到140萬噸TNT;第三個優(yōu)勢是部署地點約翰斯頓島位于夏威夷的西南偏西方向,能夠在敵對衛(wèi)星抵達美國本土之前進行攔截。437計劃成立了第10航空航天防御中隊,使用北美空防司令部的全球雷達和光學傳感器的預警系統(tǒng)來監(jiān)測敵方衛(wèi)星。437計劃使用了一種特殊的軟件,根據跟蹤雷達獲取的衛(wèi)星軌跡信息來計算攔截位置,然后引導引導彈頭實施攔截。從1964年6月,美國軍隊在約翰斯頓島的發(fā)射臺上始終保存2枚“雷神”核導彈,處于待命發(fā)射狀態(tài)。在1965年4月437計劃進行的攔截試驗中,彈頭和靶標衛(wèi)星距離僅2公里,精度符合攔截要求。最終國防部在1965年9月授權購買16枚額外的反衛(wèi)星導彈,用于1966年到1971年執(zhí)行攔截任務。
但是437計劃同樣存在問題。第一是美國在60年代卷入越南戰(zhàn)爭,大量的資金和人力從437計劃中抽走,導致戰(zhàn)斗訓練次數大幅度縮水。第二是約翰斯頓島并不安全,存在被風暴和蘇軍襲擊的可能性,而后來在1972年颶風就摧毀了約翰斯頓島的大部分設施。第三是反衛(wèi)星效能低。因為隨著蘇聯可以通過發(fā)射特定傾角軌道的衛(wèi)星來縮短美國軍隊的探測預警時間,同時蘇聯可以通過各種軌道轟炸系統(tǒng)和太空誘餌讓美軍的攔截計算系統(tǒng)過飽和。而美軍在外太空發(fā)射核導彈反衛(wèi)星,除了可能引發(fā)核戰(zhàn)爭之外,同樣也殺傷自己的衛(wèi)星。最終437計劃于1975年3月6日正式終止。
在437計劃進行階段,美國空軍就開始開發(fā)更先進的922計劃。美國國防部在1968年就透露922計劃將使用常規(guī)彈頭配備紅外末制導系統(tǒng)來碰撞殺傷實施反衛(wèi)星任務。此外美國還有更加隱秘的使用激光來實施反衛(wèi)星的研究項目,但仍處于前期探索階段。
ASM-135反衛(wèi)星武器
在20世紀70年代后期,美國預計蘇聯將研制出能夠摧毀美國關鍵偵察和通信衛(wèi)星的“IS殺手衛(wèi)星”武器系統(tǒng)。因此開始研制新一代反衛(wèi)星武器來實施戰(zhàn)略遏制。1977年新的反衛(wèi)星武器正式開始,1979年沃特公司獲得一份合同,開發(fā)一種用于近地軌道衛(wèi)星的空射導彈。這是一種由F-15戰(zhàn)斗機攜帶的空射彈道導彈,采用多級火箭配置,最終采用紅外導引頭制導,彈頭使用 63 個小型短脈沖火箭發(fā)動機進行機動,最終直接碰撞摧毀目標衛(wèi)星。1985年9月13日,美國一架F-15A向600公里高度軌道上對太陽觀測衛(wèi)星“P78-1”發(fā)射反衛(wèi)星導彈,將目標成功摧毀。這是沃特公司反衛(wèi)星導彈唯一一次全面的實彈試驗,后來被正式命名為ASM-135A。實際美國研制直接碰撞殺傷反衛(wèi)星武器,從60年代就開始了,這次只不過是利用蘇聯來正式部署而已。但這種武器在1988年被廢止,因為美國認為這種反衛(wèi)星武器帶來大量的碎片,對美國自身的太空資產不利。在1985年的測試后,國會禁止了美國軍隊繼續(xù)進行反衛(wèi)星實彈試驗。后續(xù)美國開始研究激光和定向能反衛(wèi)星的技術,因為這些反衛(wèi)星武器不會產生威脅己方衛(wèi)星的碎片。
星球大戰(zhàn)計劃和反衛(wèi)星武器
1983年3月23日,時任美國總統(tǒng)里根發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”演說,提出以各種手段攻擊敵方在太空運行的洲際戰(zhàn)略導彈和外層空間飛行器,以抵御蘇聯對美國及其盟國發(fā)起的核攻擊。同年10月,美國制定了戰(zhàn)略防御計劃(SDI),被稱之為“星球大戰(zhàn)”計劃。當時美國國防部官員承認,“星球大戰(zhàn)”宣稱用于反彈道導彈,但和反衛(wèi)星武器技術存在巨大的技術重疊,因為這兩種武器都可以使用小型“動能”彈頭,與太空中的物體發(fā)生碰撞。美方認為,當時美國國內對反衛(wèi)星武器的限制會干擾戰(zhàn)略防御計劃,實際上任何反彈道導彈系統(tǒng)都將具備反衛(wèi)星的能力,如果美國國會試圖禁止研發(fā)攻擊衛(wèi)星的手段,那么就等于終止“星球大戰(zhàn)”計劃。
蘇聯
“衛(wèi)星驅逐艦”(IS)反衛(wèi)星武器
蘇聯研制反衛(wèi)星武器的歷史,最早可以追溯到1956年,當時謝爾蓋·科羅廖夫的 OKB-1設計局就開始設計“太空檢查”衛(wèi)星。而在1959年,另一位航天專家弗拉基米爾·切洛梅開始提出“衛(wèi)星驅逐艦”(IS-Istrebitel Sputnikov)的設想,這是一種具有有限獨立制導能力的航天器,能夠搭載炸藥并進行軌道機動來摧毀對方的衛(wèi)星。在1960年蘇聯擊落U-2偵察機后,美國對蘇聯的偵察全面依靠太空衛(wèi)星,因此當時的赫魯曉夫政府試圖屏蔽美國的衛(wèi)星偵察,而切洛梅就在會議上向赫魯曉夫提出了他的設想并得到了政府的大力支持,并在1961年3月正式立項。蘇聯冷戰(zhàn)時期的反衛(wèi)星武器,基本都是圍繞“IS”系統(tǒng)開發(fā)的。
從1963年到1982年,蘇聯的“IS”系統(tǒng)總共發(fā)射了2個反衛(wèi)星武器原型、21個IS反衛(wèi)星航天器和16個靶標,總體分為三個階段。第一個階段為1963-1964年,為原型機測試階段;第二個階段為1967-1972年,為反衛(wèi)星武器測試階段;第三個為1976-1982年,為改進部署階段。
弗拉基米爾·切洛梅給反衛(wèi)星武器設計了可重復使用的太空推進系統(tǒng),無論是在各個方向的過載作用下,還是在零重力條件下,都能保證航天器的機動能力。1963年11月1日,搭載原型航天器的運載火箭發(fā)射升空。原型機代號為“Polet-1”,在軌道上制定了復雜的機動,反復啟停發(fā)動機,直至燃料耗盡。蘇聯稱這艘航天器在世界上首次實現了在太空改變軌道平面高度和軌道傾角的任務。1964年4月12日,第二個原型機“Polet-2”發(fā)射。1967年10月27日,蘇聯進行了IS反衛(wèi)星航天器的首次發(fā)射。
“IS”反衛(wèi)星航天器重量大約為2.1噸,類似于一個框架結構的衛(wèi)星。其頭部是直徑2.1米的雷達天線,用于制導航天器接近目標衛(wèi)星,后面是制導的電子設備,再后面是四個互相垂直的變軌發(fā)動機用于軌道機動和校準目標,在變軌發(fā)動機中間是摧毀目標衛(wèi)星的彈頭。蘇聯設計了兩種100公斤重的彈頭,一種是預判目標的追擊-撞擊模式,另外一種是類似防空導彈的破片散布式彈頭。航天器的最尾部是加速發(fā)動機。1968年11月1日,蘇聯發(fā)射了第3枚“IS”反衛(wèi)星航天器,搭載一個破片散布式彈頭,成功摧毀了“宇宙-248”號衛(wèi)星。這是歷史上第一次太空共軌反衛(wèi)星攔截試驗。1971年,蘇聯發(fā)射了3枚IS反衛(wèi)星航天器,其中前兩枚攔截失敗而第三枚攔截成功。1972年5月26日,美蘇簽訂《限制戰(zhàn)略武器條約》和《反導條約》。1973年2月13日,“IS”反衛(wèi)星系統(tǒng)正式投入部署,可攔截100至1350 公里高度的目標。
1976年,蘇聯再度恢復了“IS”反衛(wèi)星系統(tǒng)的測試發(fā)射。蘇方認為美國發(fā)展航天飛機就是一種更先進的反衛(wèi)星武器和太空轟炸機,而且美國軍隊正在開發(fā)的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)在地球同步軌道,這遠遠超出了蘇聯第一代“IS”反衛(wèi)星武器的攔截高度,因此蘇聯需要開發(fā)測試第二代“IS”反衛(wèi)星武器。但是美國否認這一點,反而以蘇聯恢復“IS”反衛(wèi)星系統(tǒng)試驗為理由,開發(fā)空射反衛(wèi)星導彈等新武器。
但是美國評估認為,相比第一代反衛(wèi)星武器,第二代發(fā)展并不順利。當1968年至1971年進行的蘇聯反衛(wèi)星試驗中,大約70%的測試是成功的。而在1976年至1981年的試驗中,多軌道攻擊的成功率為72%,單次軌道的成功率僅為40%。雷達制導攔截器的失敗率為30%,而使用熱感應傳感器試驗則全部失敗。這些試驗僅針對一種非常有限的軌道傾角范圍,并沒有對應低軌道美國衛(wèi)星的傾角。1983 年,蘇聯領導人尤里·安德羅波夫宣布單方面暫停反衛(wèi)星試驗。
“大地-3”(Terra-3)反衛(wèi)星激光武器
除了共軌反衛(wèi)星武器,蘇聯還在冷戰(zhàn)時期開發(fā)了激光定向能反衛(wèi)星武器,但是技術難度很大。蘇聯在哈薩克斯坦東部的薩雷·沙甘基地研發(fā)了“大地-3”(Terra-3)反衛(wèi)星激光武器,但直到蘇聯解體也沒有實現激光反衛(wèi)星技術的實用化,只能實現有限的激光致盲效應,可能有能力損壞衛(wèi)星的機載光學設備。由于擔心航天飛機的偵察,蘇聯國防部長德米特里·烏斯季諾夫在 1983 年秋天首先要求使用“大地-3”使用激光來跟蹤航天飛機。1984 年10月10日,“大地-3”激光器對“挑戰(zhàn)者”號航天飛機進行了低功率跟蹤設置。美國政府向蘇聯提出正式的外交申訴。美方稱激光干擾了船上的通訊,并導致船員不適,包括暫時失明。但是事后美方宇航員稱沒有受到任何影響。1989年,米哈伊爾·戈爾巴喬夫允許美國代表團參觀薩雷·沙甘基地的“大地-3”系統(tǒng)。美方在參觀后認為該系統(tǒng)并不具有反衛(wèi)星的能力,最多只能在在太空中定位和跟蹤物體。
“極地”(Polyus)天基反衛(wèi)星系統(tǒng)
1976年,蘇聯官方秘密通過了“關于研究制造用于太空作戰(zhàn)行動的武器的可能性”的決議,下令第一試驗設計局(OKB-1)開始設計天基武器平臺。當時給定的設計任務就是開發(fā)能夠打擊敵方軍事航天器和導彈的天基武器平臺。蘇聯研究機構以“禮炮一號”空間站為基礎,設計了兩種天基武器平臺,一種是搭載導彈的17F111“Kaskad”,另外一種就是搭載激光系統(tǒng)的17F19 “Skif” 。1981年,蘇聯決定首先研制反衛(wèi)星武器。1983年美國宣布“星球大戰(zhàn)”計劃,而蘇聯的天基武器平臺項目也獲得了更多的財政支持。1983年蘇聯開發(fā)出了能夠用伊爾-76搭載的1兆瓦的二氧化碳激光器。同年蘇聯宣布開發(fā)“能源”火箭,能把100噸的載荷送入近地軌道。因此在1984年蘇聯下令開始建造17F19 “Skif”天基激光武器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括功能服務模塊(FSB)和一個目標模塊(CM)。功能服務模塊主要是發(fā)動機和太陽能電池板,而目標模塊則是激光武器部分,包含工作流體艙(ORT)、能量艙(OE)和特殊設備艙(OSA)。工作流體艙是二氧化碳氣體,能量艙安裝兩臺大型電動渦輪發(fā)電機,每臺容量為 1.2 兆瓦。特殊設備艙則裝有激光器本身以及制導系統(tǒng)。該平臺長度為25.2米,直徑為4.1米。1987年2月蘇方決定使用能源火箭發(fā)射17F19 “Skif-DM”天基激光武器系統(tǒng),公開名稱為“Polyus”飛船。1987年5月米哈伊爾·戈爾巴喬夫視察拜科努爾發(fā)射基地,公開反對該平臺在太空進行天基激光武器測試,但私下卻允許火箭發(fā)射。實際這次發(fā)射的“Skif-DM”系統(tǒng),并沒有攜帶激光器和發(fā)電機。1987年5月15日,“能源”火箭發(fā)射“Polyus”飛船后失敗,系統(tǒng)落入大氣層墜毀。1987年9月,“Skif-DM”天基激光武器系統(tǒng)開發(fā)項目終止,1993年5月“能源”火箭項目終止。
中國
1964年2月6日,毛澤東會見錢學森等3位科學家。錢學森匯報說準備研究防彈道式導彈的技術,但是條件不夠。毛澤東表示:“有矛必有盾,搞少數人有飯吃,專門研究這個問題;五年不行,十年;十年不行,十五年。總要搞出來的。”這一指示成為中國研究反彈道導彈反衛(wèi)星的依據。1965年七機部確定反導體系代號為“640”工程就此誕生。1970年7月,國防科委提出在北京建設第一個“反導反衛(wèi)星”防區(qū)。1970年8月國防科委設想在1974 年。中國主要戰(zhàn)略導彈武器(包括洲際彈道導彈、潛射導彈和反導彈、反衛(wèi)星導彈)方面,趕上當時美、蘇的水平,在1974年建成我國第一個反導彈、反衛(wèi)星防區(qū)。1974年中國完成了反衛(wèi)星衛(wèi)星“反衛(wèi)一號”的設計和部分設備研制工作。1976年中國研制成功7010相控陣預警雷達,1977年110型超遠程跟蹤雷達裝備部隊,對于反衛(wèi)星預警探測有重要意義。1980年3月,反衛(wèi)星技術的總體方案設計任務被調整為單項預研。1982年“640”工程下馬。
分類與技術特點
核能反衛(wèi)星
核能反衛(wèi)星就是將核武器射入目標衛(wèi)星的軌道,對其進行追蹤,然后利用核爆炸將其摧毀。它的作用距離遠,殺傷半徑大,技術門檻低,在武器本身的制導精度較差情況下仍能破壞目標。但其缺點是準確度低,反應速度慢,從升空到摧毀要幾天的時間;另外核彈的附加破壞效應大,己方衛(wèi)星也會被殺傷,而且外層空間引爆核武器有引發(fā)核大戰(zhàn)的危險。1962年美國在太平洋的約翰斯頓島進行的“海星一號”太空核試驗,實際就是一次核能反衛(wèi)星試驗。
但是對于某些沒有多少太空衛(wèi)星資產,同時卻擁有導彈和核武器的國家來說,核能反衛(wèi)星是一種有效的對美國的“非對稱威懾”。首先用導彈把核武器發(fā)射到太空,比向美國本土發(fā)射核彈頭更加容易。其次太空核爆能重創(chuàng)美國的太空資產,因為美國是擁有衛(wèi)星數量最多的國家,而且大量的商業(yè)衛(wèi)星中的電子器件無法達到軍事衛(wèi)星抗輻射的標準。第三是即便向太空發(fā)射核武器,美國也很難使用核武器進行報復。
直升式動能反衛(wèi)星
直接上升式反衛(wèi)星是指反衛(wèi)星導彈不進入目標衛(wèi)星的軌道,而只是當目標衛(wèi)星經過上空時,對其進行瞄準攻擊直接摧毀。攔截器是被送入與目標衛(wèi)星軌道平面相同而高度角度的軌道,然后通過機動飛行快速上升接近目標將其摧毀。直升式反衛(wèi)星武器最發(fā)射載具的要求較低,射程900公里的彈道導彈能達到的高度為300-450公里,要達到800公里的高度,需要射程1600公里的導彈。直升式反衛(wèi)星武器的難點是制導和控制,需要將動能殺傷彈頭直接送至目標衛(wèi)星附近,然后通過彈頭的機動發(fā)動機和制導裝置實現碰撞殺傷。直升式動能反衛(wèi)星的另一個缺點是會在軌道上產生大量的碎片,危及其他衛(wèi)星和航天器。1985年9月13日,美軍F-15發(fā)射的ASM-135A空射反衛(wèi)星導彈,就是直升式動能反衛(wèi)星導彈。
2022 年4月18日,美國副總統(tǒng)哈里·B·哈里斯正式宣布:美國將終止“毀壞性的直升式反衛(wèi)星試驗”,并呼吁其他國家加入相同承諾。其目的是為了干擾其他國家發(fā)展展不對稱反衛(wèi)星能力,維護自己的太空實力優(yōu)勢。美國最早發(fā)展直升式反衛(wèi)星,其結果就是引發(fā)他國紛紛仿效,在技術擴散后美國又開始利用制度來制約他國。
定向能反衛(wèi)星
定向能反衛(wèi)星武器包括高能激光、粒子束與微波等途徑。通過發(fā)射高能激光束、粒子束、微波束直接照射目標衛(wèi)星進行破壞。衛(wèi)星的精細構件例如太陽能電池板和光學傳感器都是十分脆弱的環(huán)節(jié),很容易被激光損害。定向能反衛(wèi)星武器的特點是速度快、攻擊空域廣,但缺點是技術實現難度大。1997年10月,美國軍隊宣稱其中紅外先進化學激光器 (MIRACL)首次成功測試并瞄準照射了416公里高度的1顆美國衛(wèi)星。這是首次公開的定向能反衛(wèi)星試驗,盡管靶標衛(wèi)星只是被照射,具體損毀狀況并不清楚。
激光反衛(wèi)星可分為地基和天基反衛(wèi)星激光武器,其中地基反衛(wèi)星激光武器涉及的氧碘化學(COIL)強激光器功率放大技術、大口徑自適應光學技術、高功率光學元件加工技術和主動衛(wèi)星跟蹤技術已經突破,但由于武器敏感性,實際部署未有公開報道。天基反衛(wèi)星激光武器正處于關鍵技術的可行性驗證和開發(fā)階段,未來估算一次部署24顆天基激光武器星座全部成本將達到970億美元。粒子束武器是一種尚處于原理或實驗室研究階段的武器設計方案,和實戰(zhàn)還有一段距離。微波武器反衛(wèi)星由于傳輸特性在地面使用的難度很大,更有可能主要應用于天基,其主要特點是并不需要類似激光和粒子束武器的高精度瞄準裝置。
共軌反衛(wèi)星
共軌式反衛(wèi)星是借助火箭把殺傷衛(wèi)星送入預定軌道。殺傷衛(wèi)星裝有主發(fā)動機、姿態(tài)控制發(fā)送機和軌道機動發(fā)動機、雷達或紅外制導裝置以及戰(zhàn)斗部。殺傷衛(wèi)星發(fā)射入軌繞地球飛行1-2圈后轉到與目標衛(wèi)星幾乎相同的軌道上,然后追蹤目標衛(wèi)星,在靠近目標衛(wèi)星時根據地面指令引爆戰(zhàn)斗部將目標衛(wèi)星摧毀。蘇聯早期開發(fā)的“IS”反衛(wèi)星武器就是共軌反衛(wèi)星武器。共軌式反衛(wèi)星攔截器雖具有一定的作戰(zhàn)能力, 但缺點也很明顯。例如攔截器只能攻擊飛經發(fā)射場上 空軌道面的衛(wèi)星,一天只有兩次攻擊機會,攔截目標的時機受限,從發(fā)射到攔截所需時間也較長,對方也就有了規(guī)避和對抗的措施。但是隨著技術的發(fā)展,共軌式反衛(wèi)星又呈現出新的特點。1998年美國開始研究軟殺傷反衛(wèi)星技術2007年美國發(fā)射“軌道快車”衛(wèi)星,就具備共軌軟殺傷能力,能夠對目標星進行跟飛或繞飛,能欺騙干擾目標星空間信息鏈路數據與測控信號,或者向目標星噴灑化學物質,污染目標星上儀器。
相關技術
預警技術
預警系統(tǒng)是反衛(wèi)星武器系統(tǒng)的重要組成部分,因為只有對目標的準確定位與跟蹤,才能奠定對在軌目標進行打擊的基礎。傳統(tǒng)的衛(wèi)星測控是以地基雷達和海洋測量船為基礎對目標進行定位跟蹤,從反衛(wèi)星的需要看,上述探測手段比較單一,而且不能全球布站,其作用范圍也將受到限制,無法掌握軌道的全面情況,覆蓋率和時效性也很難保證。反衛(wèi)星要求大力發(fā)展地、海、空、天一體多手段、多頻段、全天候、具有對多目標定位跟蹤能力的反衛(wèi)星預警系統(tǒng)。其中天基空間目標監(jiān)測系統(tǒng)是彌補地基系統(tǒng)的不足?的有效手段,能形成對整個空間態(tài)勢的近實時評估能力,顯著增強空間對抗能力。除此之外,反衛(wèi)星預警系統(tǒng)技術還包括寬帶高分辨相控陣雷達、組網聯合探測制導技術等。
指控技術
指揮控制技術就是根據預警系統(tǒng)提供的目標信息,形成指揮和控制命令,制訂具體的作戰(zhàn)計劃,保障各種相關戰(zhàn)場信息及時準確傳輸,也就是C3I系統(tǒng)。反衛(wèi)星的C3I系統(tǒng)還要有相關的決策支持系統(tǒng),能解決戰(zhàn)場態(tài)勢評估、作戰(zhàn)參數計算、作戰(zhàn)方案選擇以及作戰(zhàn)效果評估等問題。實際對于軍事大國來說,本身就具備全球性作戰(zhàn)的指控系統(tǒng)和預警,而反衛(wèi)星作戰(zhàn)只是大系統(tǒng)的一部分。這也意味著一般地區(qū)性國家研制反衛(wèi)星武器基本不可能,因為無力承擔預警、指控等方面的巨量的投資和建設。
推進技術
推進技術對于直升式反衛(wèi)星有重要的意義。直升式反衛(wèi)星的推進技術包括兩個方面,一方面是助推火箭性能,另一方面是動能攔截彈頭的姿態(tài)控制性能。助推火箭的性能需要推進劑具有高能、高燃速和高壓燃燒穩(wěn)定性,同時采用高比強度火箭發(fā)動機殼體材料和耐燒蝕噴嘴材料。動能攔截彈頭的姿態(tài)控制則需要高推重比的固體或者液體推進劑。固體推進劑推質比高,利于攔截彈頭的小型化,但在實現推力向量控制、發(fā)動機組合點火控制及燃氣閥門調節(jié)非常高;液體推進劑容易實現推力矢量控制,但不利于彈頭的小型化。因此還出現了兼具固體液體推進劑兩者特點的凝膠推進劑。
制導技術
反衛(wèi)星的制導技術首先是長時間的航天的導航制導技術,空間飛行導航主要通過兩種途徑:天文導航和衛(wèi)星導航。對于天文導航,重點解決的是精度、時效性和設備小型化問題。而衛(wèi)星導航系統(tǒng)是空間飛行導航的一個重要發(fā)展方向。例如美國的GPS,在3000公里以下軌道高度具有較高的精度,但是在2萬-3.6萬公里的中高軌道高度導航存在問題,要解決微弱信號接收、抗干擾濾波和信號捕獲與跟蹤算法等技術。
另外一個是攔截彈頭的末制導技術,包括先進的窗口設計、多色紅外焦平面陣、多普勒成像激光測距和探測能力,幫助彈頭更好地實現對目標紅外和可見光的不同波段的探測和識別。此外,美國還在開發(fā)了紅外凝視成像技術,有利于在遠距離識別跟蹤目標,區(qū)分彈頭誘餌,另外還有高幀頻實時成像導引頭和射頻被動導引頭技術。除了傳感器硬件,還需要開發(fā)先進智能處理和傳感器數據融合算法,把來不同傳感器的數據有效地融合在一起,實現智能處理。
定向能技術
定向能反衛(wèi)星武器包括高能激光束反衛(wèi)星武器、高能粒子束反衛(wèi)星武器、高頻微波射頻反衛(wèi)星武器。地基激光反衛(wèi)星武器技術主要包括研發(fā)百萬瓦級激光器以及光束控制與發(fā)射系統(tǒng)。大功率激光器必須能在至少100秒工作時間內產生所需的功率,并具有良好的光束質量,同時光束控制與發(fā)射系統(tǒng)應能實現光束凈化,把激光束傳輸到大口徑發(fā)射望遠鏡。望遠鏡能用自適應光學技術校正光束畸變,而且應能捕獲、跟蹤和 識別衛(wèi)星目標,確定并保持瞄準點,判定目標的損傷。但是地基激光反衛(wèi)星武器受大氣和氣候影響較大。天基激光反衛(wèi)星武器不受大氣的影響,開發(fā)這種反衛(wèi)星武器的主要技術包括:能夠放到運載火箭貨艙內的可折疊式和自動展開的自適應光學系統(tǒng)技術、高功率短波長激光器技術、大型輕質光學系統(tǒng)的設計和研制技術、高平均功率相位共軛技術、高精度相控陣二極管激光器技術。
高能粒子束武器的關鍵技術包括:粒子束武器總體技術、離子加速器技術、粒子束傳輸技術和目標跟蹤瞄準技術。其中,粒子加速器,穩(wěn)定傳輸粒子束,以及粒子束的殺傷機理是粒子束武器研究的重點。粒子束武器是一種尚處于原理或實驗室研究階段的武器設計方案,和實戰(zhàn)還有一段距離。
微波武器反衛(wèi)星在地面使用的難度很大,更有可能主要應用于天基,其關鍵技術主要有脈沖電源技術、大功率微波源技術、大功率脈沖開關技術、天線技術、超高帶寬和超短脈沖技術。美國設想的“天基大功率微波炸彈”就是發(fā)射大量小型衛(wèi)星,主動靠近敵方衛(wèi)星,發(fā)射微波干擾敵方衛(wèi)星的正常運行。
各國反衛(wèi)星武器發(fā)展現狀
美國
2008年2月20日,美國軍隊“伊利湖”號巡洋艦發(fā)射了1枚SM-3攔截導彈,擊落了350公里高度的1枚美國失效的間諜衛(wèi)星“USA-193”號。美方給出的公開理由是避免衛(wèi)星攜帶的有毒燃料在返回大氣層時對民眾造成傷害。但是外界評論稱美方此舉是對2007年中國反衛(wèi)星的回應。美方對這樣的說法予以否認,美方稱美國在1985年已經證明自己具有反衛(wèi)星能力,無須重復證明,而且SM-3攔截導彈并不是理想和專業(yè)的反衛(wèi)星導彈,這次擊落衛(wèi)星是進行了專門的改裝。但這次擊落衛(wèi)星證明,美國軍隊艦艇搭載SM-3導彈,實際是一種兼具反彈道導彈和反衛(wèi)星能力的全球機動部署的戰(zhàn)略武器系統(tǒng)。
俄羅斯
2021年11月15日,俄羅斯使用“Nudol”導彈摧毀了450公里高度的本國一顆報廢衛(wèi)星,這是美蘇冷戰(zhàn)結束后俄羅斯首次使用反衛(wèi)星導彈擊落衛(wèi)星。“Nudol”導彈實際是蘇聯A-135反導導彈的升級版本,編號A-235,兼具反導和發(fā)衛(wèi)星的能力。該型導彈從2014年開始進行首次測試,2015年首次成功擊中模擬目標,后續(xù)測試活動一直沒有中斷。在“Nudol”導彈摧毀本國報廢衛(wèi)星后,美國宣稱發(fā)現了至少1500塊衛(wèi)星碎片,但體積都很小,這從側面證明成功擊中了目標。當地時間2021年11月16日,俄羅斯國防部表示,被擊中的處女地-D衛(wèi)星碎片不會對國際空間站和空間活動構成威脅。
中國
中國從2005年開始進行反衛(wèi)星試驗。2007年1月11日,中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了一枚SC-19,也叫作DN-1的反衛(wèi)星導彈,該導彈攜帶動能彈頭,以每秒8公里的速度,擊毀了軌道高度863公里,重750公斤已報廢的風云一號氣象衛(wèi)星,這是中國第一次成功地攔截人造衛(wèi)星。之后,中國又相繼研制出了第二代DN-2和第三代DN-3兩款反衛(wèi)星導彈,并在2013年5月和2017年7月23日分別進行了2次成功試驗。DN-1、DN-2和DN-3反衛(wèi)星導彈的成功研發(fā),將低、中、高軌道全面覆蓋,所有人造衛(wèi)星基本都處于我國反衛(wèi)星導彈的打擊范圍之內,這標志著我國在該領域技術已進入世界一流水平。
印度
2019年3月27日,印度宣稱進行了代號“Shakti”的反衛(wèi)星武器測試。試驗中,從印度奧里薩邦昌迪普爾的綜合測試場發(fā)射的XSV?1反衛(wèi)星導彈成功擊落了一顆高度約300公里的近地軌道衛(wèi)星,達到了預定的目標。XSV?1反衛(wèi)星導彈高13米、重13噸,采用直升式動能殺傷方式,助推器應該是 K?4潛射彈道導 彈,殺傷器則來自于印度導彈防御系統(tǒng)中PDV?2導彈的動能殺傷器。印度在2007年宣布開始設計反衛(wèi)星武器,這次成功實驗意味著印度的預警探測裝備已經具備了對過頂衛(wèi)星的持續(xù)跟蹤、預警、定位能力,反衛(wèi)星導彈也具備了摧毀低軌道衛(wèi)星能力,但印度反衛(wèi)星靶標是特別為試驗而發(fā)射的,印方全面掌握靶標衛(wèi)星的參數,這和實戰(zhàn)距離很遠。此外印度仍不具備全面的太空監(jiān)視能力。
未來趨勢
反衛(wèi)星武器未來有兩個發(fā)展趨勢,第一是模糊防御和進攻的界限。美國戰(zhàn)略與國際研究中心在2021年的一份報告中稱,美國應該以“衛(wèi)星主動防御”的名義開發(fā)天基反衛(wèi)星武器,也就是在衛(wèi)星上安裝激光武器來致盲來襲的反衛(wèi)星導彈,但事實上這種衛(wèi)星也可以成為主動攻擊其他衛(wèi)星的平臺。美方承認,開發(fā)所謂的“衛(wèi)星主動防御”技術的最大挑戰(zhàn),就是如何讓其他大國相信這只是防御武器,而不是進攻性武器。
第二個趨勢是模糊軍用和民用界限。現在主要的航天大國都在開發(fā)新的空間應用能力,包括在軌維修、在軌加注或太空垃圾回收,實際這些“民用”空間技術完全可以轉化為“軍用”的反衛(wèi)星技術,從而破壞或者干擾其他國家的衛(wèi)星。但是這種“雙重用途”有很難以界定。未來這些“軍民兩用”的反衛(wèi)星技術將顯著影響空間安全和戰(zhàn)略穩(wěn)定性,而且對軍備控制、武器擴散等國際法提出了挑戰(zhàn)。
涉及反衛(wèi)星武器的國際條約
《外層空間條約》:該條約于1966年12月19日經聯合國大會通過,1967年1月27日開放供簽署,同年10月10日生效,無限期有效,成為國際空間法的基礎。該公約序言和第4條第2款有關“為和平目的而探索和利用外層空間”和“專為和平目的使用月球和其他天體”的規(guī)定,構成了外層空間法的一項重要原則。但是“為和平目的”的原則是抽象性的,內涵邊界相當模糊。此外《外空條約》第4條第1款明確禁止外層空間武器化中的在外空部署武器系統(tǒng)的情形,禁止“武器”的范圍卻僅限于核武器和其他大規(guī)模毀滅性武器,其他類型的武器不受限制,這就留下了操作空間。當前外層空間軍事化利用已成為普遍現實,部署反衛(wèi)星武器也已成為部分軍事強國的重要戰(zhàn)略能力。
參考資料 >
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American Team Gets Close Look At Soviet Laser.紐約時報網站.2023-05-14
GETTING SERIOUS ABOUT THE THREAT OF HIGH ALTITUDE NUCLEAR DETONATIONS.warontherocks.com.2023-05-20
Burning Frost, the view from the ground: shooting down a spy satellite in 2008.thespacereview.com.2023-05-14
Anti-satellite laser test is successful.飛行國際網站.2023-05-14
Russia tests anti-satellite missile, debris disrupts International Space Station.nasaspaceflight.com.2023-05-14
俄羅斯:被擊中的衛(wèi)星碎片不會對國際空間站構成威脅.搜狐網.2023-12-16
Report broadens conversation on space militarization and Space Force satellite defense.www.c4isrnet.com.2023-05-20
Strategic and Legal Implications of Emerging Dual-Use ASAT Systems.蘭德公司網站.2023-05-20
《外層空間條約》能否“再活50年”.人民網.2023-05-15