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晨枫小苑

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日志

 
 
关于我
晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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兰德眼中的美中空间战争   

2016-09-17 09:25:16|  分类: 纸上谈兵 |  标签: |举报 |字号 订阅

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空间不仅是新边疆,也是制高点。军事现代化水平越高,对军用卫星的依赖越大。各种军用卫星已经成为军事力量的倍增器。反之,军用卫星体系被摧毁,军事力量也倍减。军用卫星不仅用于图像侦察、电子侦察、海洋监视(可以归入信息-监视-侦察类,简称ISR),也用于通信、定位/导航/授时(简称PNT)、气象,其中后两者是军民两用的,通信卫星有军事专用,也有民用或者军民两用。各种军用卫星对于美中台海与南海战争的意义不言而喻。在使用上,卫星对台海与南海没有本质差别,尤其是对美国。对中国来说,台海很近,卫星损失了,基本上可以用陆基体系补起来;但南海距离遥远,中国与美国一样,将依赖卫星作为战争体系的节点。

   
  
  
1997-2002年
  
  
2003-2008年
  
  
2009-2014年
  
  美国
  
  
349
  
  
142
  
  
253
  
  中国
  
  
33
  
  
54
  
  
111
  
  比率
  
  
10.6:1
  
  
2.6:1
  
  
2.3:1
  
美中卫星发射入轨数量

美国空间技术起步早,水平高,发射卫星数量一直高于中国。但2003年后,中国发射卫星数量明显增加,与美国的数量差距大幅度缩小,此后数量差距继续稳步缩小。美国卫星发射数量在2003-2008年期间大幅度下浮,2009-2014年期间大幅度回升,中国卫星发射数量大体同比增长,绝对数量的增长更加显著。与2003-2008年期间相比,2009-2014年期间的中国卫星发射数量增加了一倍。

   
  
  
政府
  
  
军方
  
  
商用
  
  
民用
  
  
总计
  
  ISR和遥感
  
  
9
  
  
28
  
  
  
  
  
  
37
  
  PNT
  
  
  
  
15
  
  
  
  
  
  
15
  
  通信
  
  
8
  
  
4
  
  
11
  
  
1
  
  
24
  
  大地观测
  
  
28
  
  
  
  
  
  
1
  
  
29
  
  空间科学
  
  
8
  
  
  
  
  
  
2
  
  
10
  
  技术开发
  
  
14
  
  
1
  
  
1
  
  
1
  
  
17
  
  总计
  
  
67
  
  
48
  
  
12
  
  
5
  
  
132
  
2015年中国各类在轨卫星

在中国卫星中,ISR和遥感、通信、大地观测占中国卫星的大头。另一方面,政府部门和军方拥有大部分卫星。不过兰德也承认,中国在发射卫星时对外说明用途,但并不一定对外说明卫星所属部门或者机构,外界对中国卫星的归属存在很大的猜测成分。

遥感系列卫星本身有过好几代设计。遥感1(已退役)、3、10、13为雷达成像卫星,而遥感5、12、13、21号在低轨道运行,揭示其为图像侦察卫星(也称光学侦察卫星,但可包括红外和其他非可见光谱),遥感9、16、17、20、25号为电子侦察(简称ELINT)卫星。除了ELINT卫星外,所有遥感系列卫星都以太阳同步极地轨道运行,有能力提供多频谱、互相覆盖的全球侦察能力。中国还多次成对发射,雷达和图像卫星之间的发射间距只有几个星期。中国还用一箭多星的方式一次性发射几个卫星,遥感9、16、17、20、25号都不是单一卫星,而是三星星座,每次都是一箭三星发射上去的。一般认为,这些是海洋监视用的电子侦察和电子侦听卫星,用于跟踪航母活动。严格来说,电子侦察以搜集各种电磁信号为主,用于分析信号特征,还可根据信号到达的时间差进行被动定位(简称TDOA);电子侦听(简称COMINT)则是截听无线电通信用的。有时电子侦察和电子侦听不加区分,统称为电子侦察(ELINT)。中国尚没有导弹预警卫星,据说中国有计划发射这类卫星。

除了这些专用的ISR和遥感卫星,中国还有其他空间遥感平台,比如中国航天科技集团与巴西空间研究院联合研制的地球资源卫星,用民用级的光学、红外、雷达实现环境监测、地图测绘、灾难管理等功能。这些可转为军用。很多其他政府卫星也可转为军用。同时,中国军方据称租用11颗商用通信卫星上的频道,这些在美国也是惯常做法。

   
  
  
政府
  
  
军方
  
  
商用
  
  
民用
  
  
总计
  
  ISR
  
  
  
  
45
  
  
  
  
  
  
45
  
  PNT
  
  
  
  
36
  
  
  
  
  
  
36
  
  通信
  
  
80
  
  
42
  
  
196
  
  
2
  
  
320
  
  大地观测
  
  
25
  
  
7
  
  
22
  
  
1
  
  
55
  
  空间科学
  
  
15
  
  
  
  
  
  
3
  
  
18
  
  技术开发
  
  
7
  
  
30
  
  
10
  
  
5
  
  
52
  
  总计
  
  
127
  
  
160
  
  
228
  
  
11
  
  
526
  
2015年美国各类在轨卫星

美国卫星的构成不一样,绝大多数为通信卫星,凸显美国对卫星通信的依赖。美国通信卫星绝大部分为商用,但除了军方租用频道,军方也有专用通信卫星。就其他军用卫星而言,ISR、PNT和通信相对均匀分布。美国政府的大地观测卫星大多用于气象和环境监测,军用气象卫星(DMSP)的数据也从1998年起对民用和科研公开。

卫星轨道的不同通常揭示卫星的用途。低轨道(简称LEO)高度为300-2000公里,距离地球表面近,常用于ISR和气象卫星。低轨道一般也是极地轨道,通过南北极,这样在地球自转下自然覆盖全球范围。如果还是太阳同步轨道,那卫星通过地球表面的任一点的时间相对于当地时间是固定的,因此日照角相同,尤其适合图像侦察。高轨道离地球约36000公里,绕地球一圈周期为24小时。高轨道的轨道平面与地球赤道平面一致的话,卫星相对于地球表面的位置是固定的,所以更经常称为地球同步轨道(简称GEO)。通信卫星、导弹预警卫星、北斗1卫星、部分气象卫星等需要对地球凝视的卫星都在地球同步轨道,不过有些通信卫星用低轨道,可以大大降低对地面设备的天线要求。GEO和LEO之间是中轨道(简称MEO),典型高度为20000公里,绕地球一圈大约12小时,GPS和北斗2使用MEO。还有一种椭圆轨道(简称HEO,这里HE是高度椭圆的缩写)。GEO虽然提供对地球表面的凝视,但赤道轨道使得GEO卫星对高纬度地区的地面来说只有很低的视角(或者对于卫星来说具有较大的斜角或者侧摆角),不利于发送和接受。HEO不是同步轨道,在向近地点运动时是加速运动,在向远地点运动时是减速运动;在近地点近似于低轨道,在远地点近似于GEO。HEO轨道平面倾角通常很大,甚至垂直(即极地轨道),而且呈很扁的椭圆状,这使得卫星在向远地点减速运动时,相对高纬度地区地面的角位移很小,几乎有GEO的效果,特别适合用于高纬度地区的通信卫星或者空间监视。用于北极地区的话,近地点在面向南极一侧,远地点在面向北极一侧;用于南极地区则相反。HEO是俄罗斯发明的,美国的空间红外监视卫星(SBIRS)也用HEO。

卫星一出现,反卫星作战就提上议事日程。美国有反卫星的技术基础,但长期以来,避免触发空间军备竞赛的政治考虑使得美国的反卫星研发停步不前。几番折腾之后,2002年,美国空军开始研制卫星侦察反制系统(简称CSRS)和卫星通信反制系统(简称CCS)。2004年,CSRS下马;同年,CCS达到初始作战状态(简称IOC)。这是对通信卫星的机动干扰系统。2007年美国空军部署了3套第一代CCS;另外订购了4套,同时展开第二代CCS的研制。现在有至少7套CCS服役,可以随新墨西哥的霍洛曼空军基地的第4空间控制中队和科罗拉多的彼得森空军基地的第76空间控制中队行动。

尽管现在没有多少定型的反卫星武器,大功率陆基或者海基无线电干扰系统有能力阻塞卫星接受系统,大功率激光也可以对图像卫星致盲,甚至直接击毁。美国海军的中红外先进化学激光(MIRACL)、美国陆军的战术高能激光(THEL)和美国空军的高能激光研究都有干扰甚至击毁低轨道卫星的潜力。美国海军还计划在2016-17年测试100-150kW的新一代高能激光。

反导导弹(如美国海军SM3Block 1A和IIA)也可改装为反卫星导弹,美国和中国都演示了这样的能力,SM3 IIA将在2018年形成IOC。美国陆军的战区高空反导导弹(简称THAAD)和美国空军的陆基中段反导导弹(简称GMD或者GBI)也有改装成反卫星导弹的潜力,其中THAAD将在2015年底之前有5个营得到部署,每个营装备6个发射架和48枚导弹,洛克希德在2016年将交付第6个营的装备。洛克希德已经在着手研制二级发动机的改进型THAAD,把现有的20-150公里射高加倍,使之适合于反制低轨道卫星。GMD由发射井发射,已经达到IOC,射程5000公里,射高至少1875公里,计划在2018年以前部署44枚。

   
  
  
1996年
  
  
2003年
  
  
2010年
  
  
2017年
  
  通信卫星
  
  
中低
  
  
  
  
  
  
  
  图像卫星
  
  
中低
  
  
  
  
  
  
  
  ELINT卫星
  
  
  
  
  
  
中低
  
  
中低
  
  海洋监视卫星
  
  
  
  
  
  
中低
  
  
  
  气象卫星
  
  
  
  
  
  
中低
  
  
中低
  
  PNT卫星
  
  
中低
  
  
中低
  
  
  
  
  
  总体威胁
  
  
中低
  
  
中低
  
  
  
  
  
美国反卫星能力对中国卫星的威胁程度

美国方面对于反卫星系统的计划和拨款谈论很多,但具体能力是高度保密的。由于缺乏确定和完整的信息,兰德没有对美国和中国的反卫星能力(包括硬杀伤和软杀伤)做定量的数字沙盘演习,只有定性分析。

相对来说,中国通信卫星受到的威胁最大,这是因为美国的强力干扰能力,而不是硬杀伤。第一代北斗系统使用地面上传的授时信号,也容易受到干扰。2010-15年间,中国发射了14颗第二代北斗卫星,预计总数达到35颗,将和GPS卫星一样使用星载原子钟,干扰相对不容易。但北斗2系统的下传通道依然容易受到干扰,这和GPS卫星一样。中国的ELINT卫星本来就是高灵敏的“电子吸尘器”,在理论上容易受到干扰,在实际上要首先弄清楚ELINT的监视频段才好对症下药,如果错过了工作频段就成了对牛弹琴了。广谱阻塞式干扰在理论上可以对所有频段无差别干扰,但功率要求太大,实际上不可行。ELINT和海洋监视卫星的问题不一样,这是低轨道的,覆盖范围小,干扰系统要放在目标区附近才能有作用,但那其实是不打自招了,所以实际使用还是有问题。

现有的高能激光测试系统在理论上可以对中国卫星致盲,但中国卫星的主要关注区域在西太平洋,而这些美国激光系统都还是在美国本土固定的测试系统,不能机动到作战区域,缺乏战术价值。不过机动的战术激光系统正在成形,美国“庞斯”号坞式登陆舰已经装备了一台30kW的激光装置,美国海军宣称已经达到IOC。

2008年2月20日,美国海军“伊利湖”号宙斯盾巡洋舰发射了一枚SM3Block 1A导弹,击中了247公里高的报废卫星。SM3 Block 1A的理论射高可达500公里。反卫星专用的SM3 Block 1B在2014年达到IOC,新一代的SM3 Block IIA预计在2016年服役,2018年达到IOC,射高成倍增加。

对于台海战争来说,大陆距离近,在卫星遭到攻击的情况下,中国方面容易转用岸基通信和气象预测体系,对损失卫星的敏感度相对较低。但远海反航母作战对卫星的依赖度就要高得多,损失图像和雷达卫星将严重影响中国的反舰弹道导弹的打击链。兰德的结论是,在1996年,中国只有一颗值得攻击的长寿命军用卫星,其他卫星都是短寿命的,不值得攻击。美国反卫星能力不足加上中国对军用卫星很低的依赖度,使得美国的反卫星能力实际上无关紧要,对中国不构成多少威胁。2003年时,中国军用卫星数量有所增加,而美国反卫星能力踏步不前,情况依然对中国有利。2010年时,美国已经部属了CCS,并且在激光和反卫星导弹方面加强努力,情况开始变化,美中达成均势。到2017年,情况在继续向对美国有利的方向发展,但兰德依然判断美中为均势。

另一方面,中国的反卫星能力也在加强。中国理解军用卫星在美军作战体系中的节点作用,从多方面入手发展反卫星能力。中国的大功率激光研究从60年代就开始了。早在2006年9月,就有报导中国用强力激光致盲美国卫星。美国卫星没有遭受实质性破坏,所以后来也有评论指出,这只是中国在试验激光测距,并非破坏性的激光武器试验。

另一个值得关注的方面是中国的卫星激光测距站,这是国际卫星激光测距服务体系的一部分,向全世界提供公开的卫星测距服务。中国现有5个卫星激光测距站:上海、北京、长春、武汉、昆明,另有两个机动站。美国也是成员国,也有5个地面站。中国对卫星激光测距的研究从1972年开始,第一代系统精度为1-2米,到1986年提高到50毫米,2000年提高到12-30毫米。

在理论上,中国的卫星激光测距站没有武器化的潜力,位置是固定的,只可能对过顶的卫星有任何作用。这些激光装置的功率输出只有1瓦,用于照射“合作卫星”(卫星上有反光镜,便于测距);上海站有把功率加大到40瓦的能力,用于对“非合作卫星”(无反光镜)测距。每秒20次的发射频率使得作用在卫星上的凝视时间很短,即使卫星光学系统正好对准激光,1米精度光学成像器件受到损害的概率也只有1/1000。但兰德在报告中认为,提高激光功率不是难事,中国的机动激光测距站加大功率后,可以武器化,用于机动设伏,照射过顶的美国图像卫星。最低限度,也可以提供精确的轨道参数,供硬杀伤的反卫星导弹使用。

中国用导弹对在轨卫星硬杀伤的能力在2007年1月11日的反卫星试验中得到展示。在试验中,一枚两级中程导弹改装的反卫星导弹击毁了850公里高的报废的风云1C号气象卫星,美国后来将导弹定名为SC-19。此前在2005年10月、2006年4、6月还有过三次类似试验,但或者由于试验失败,或者由于试验并未要求,没有击中在轨卫星。这些试验也是后来才意识到与反卫星有关,在当时并未引起注意。

2010年1月、2013年1月和2014年7月,中国再次宣布成功发射了地基反导动能拦截弹。这几次试验没有像风云1C那样产生大量轨道碎片,没有引起太大注意,但拦截实际上在反卫星的高度,所以这可能也是反卫星试验。最低限度,动能反卫星与反导在跟踪、瞄准、制导等方面是相同的,包括4套大型相控阵雷达,覆盖范围深入俄罗斯、中亚、南亚和东南亚,对美国卫星具有同样的威胁。

2013年5月13日,中国成功地发射了新一代反卫星导弹,高度达到10000公里,可能最终能达到36000公里。这意味着中国具有对MEO、HEO甚至GEO卫星的打击能力。这是世界首创。

根据美国国防部报告,中国还在针对通信卫星和GPS研制无线电干扰等非破坏性反卫星能力,以及破坏性的高能激光、粒子束、电磁脉冲、微波等各种反卫星武器。2003年,古巴演示过干扰美国之声对伊朗广播的上传通道,利比亚也几次演示过用大功率粗暴干扰无防护卫星通信频道。

   
  
  
1996年
  
  
2003年
  
  
2010年
  
  
2017年
  
  通信卫星
  
  
  
  
  
  
中高
  
  
中高
  
  图像卫星
  
  
  
  
中低
  
  
  
  
中高
  
  ELINT卫星
  
  
  
  
中低
  
  
中低
  
  
  
  海洋监视卫星
  
  
  
  
  
  
中低
  
  
  
  气象卫星
  
  
  
  
  
  
中低
  
  
中低
  
  PNT卫星
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  导弹预警卫星
  
  
  
  
中低
  
  
中低
  
  
中低
  
  总体威胁
  
  
  
  
中低
  
  
  
  
  
中国反卫星能力对美国卫星的威胁程度

由于缺乏确定和完整的信息,兰德对中国反卫星能力(包括硬杀伤和软杀伤)对美国卫星的威胁也只做定性分析。1996年,中国反卫星能力对美国卫星的威胁微不足道,但中国在无线电干扰、低能和高能激光等方面的发展使得90年代下半期开始威胁程度提高。2003年时,受威胁程度最高的是通信卫星,尤其是不多的GEO轨道上的军用通信卫星,使用频道易受干扰。另一方面,在1991年的沙漠风暴行动中,美军80%的卫星通信通过军用通信卫星;但在2003年的伊拉克作战高峰期间,80%以上的军方卫星通信只有通过商用通信卫星进行。这不是因为军用通信卫星能力下降或者数量减少,而是军方对卫星频带的需求增长大大快于军用通信卫星能够提供的带宽,额外的卫星通信要求只能通过租用抗干扰标准较低的商用通信卫星频道解决,更容易受到干扰。

2003-2010年间,军方对卫星通信的带宽要求依然在迅速增长,中国的干扰技术水平提高进一步推高对美国卫星通信的威胁水平,但美国军方也将战术通信需求大量转向低轨道(LEO)的铱星和Globalstar系统。这些高度分散的卫星不仅卫星数量众多(铱星系统包括66个卫星,Globalstar有40个卫星),而且卫星的轨道低 ,单个卫星的覆盖范围较小,使得反卫星干扰系统必须与卫星通信用户处在同一个卫星覆盖范围内才能有效。铱星还有交叉中继能力,可以在一个卫星与地面通信受到干扰的情况下,转接到另一个铱星继续通信,抗干扰能力大大高于GEO的常规通信卫星。铱星的低轨道还降低了对天线的要求,使得卫星通信装置可以做到手持尺寸,电影《孤独的幸存者》里海豹突击队员在阿富汗使用的就是铱星手持通信装置。

军用通信卫星也在2007-2015年间获得了较大发展。在2007-2015年期间,美国军方发射了6颗宽带全球通信卫星(简称WGS),其中3颗Block I,3颗Block II,还计划发射另外4颗。WGS是早期国防通信卫星(简称DCSS)的下一代,通信频带大大加宽,一颗WGS就具有差不多整个DCSS系统的容量。美国军方还发射了3颗先进特高频系统卫星(简称AEFH),在核爆炸后的电磁脉冲辐射中都能维持工作,所有5颗都发射入轨之后,将有过去MILSTAR系统10倍的容量。美国军方也要求商用通信卫星提高抗干扰标准,要达到军标。这些措施都将对中国正在增长的反卫星干扰能力有所反制。

ELINT卫星本身不发射无线电信号,所以行动比较隐蔽,而且散布在GEO、MEO和HEO各种轨道上,其工作频率是保密的,无法进行针对性干扰,所以所受的干扰威胁相对较小。海洋监视卫星受到干扰的威胁其实不大,贴近被保护目标施放干扰本身就暴露了目标位置和意图,但由于海洋卫星用LEO,容易遭到硬杀伤,所以受到的硬杀伤威胁较大,尤其在2010-2017时间段。

图像卫星数量少,轨道低,作用大,是反卫星作战的大目标。不过美国可从GeoEye、Quickbird、Worldview等商用/民用大地观测卫星获得图像情报,图像质量肯定不如军用级,但在一定程度上分散了风险。

大部分气象卫星使用LEO,容易攻击,但美国气象卫星属于国际气象卫星体系,中国攻击容易造成公愤。另外,专用的国防气象卫星(DMSP)的损失可以得到国家海洋与大气局的极轨道环境系统(PEOS)和同步轨道环境系统(GEOS)的补偿,还有联合国世界气象组织的信息。少量气象卫星使用高轨道,不容易攻击。

在2010-2015年间,美国对GPS卫星和地面站体系进行反干扰加固,并发射新一代GPS卫星,增大了卫星功率和星载数据处理能力,但由于对中国干扰能力缺乏信息,兰德在报告中并没有降低中国对GPS卫星的威胁程度。

导弹预警卫星方面,70年代的DSS使用单色红外传感器,新一代SBIRS使用多色红外传感器,大大提高了抗干扰能力。SBIRS也使用HEO和GEO轨道,增加中国使用激光致盲的难度。美国空军在2011和2013年发射了两颗SBIRS卫星,计划在2015、2016年再发射两颗,分散风险,这将降低美国导弹预警卫星受到干扰的威胁。

考虑到这些因素,兰德认为,在1996年,中国对美国卫星的威胁微不足道;2003年中国威胁程度提高,但美国依然占优;2010、2017年在总体上持平。
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