美國重啟太空反導系統：星球大戰卷土重來

吳　勤　徐春慶

美國國防部導彈防御局(MDA)負責人2008年10月20日向外界宣布，對于國防部在2009財年預算中列入1000萬美元用于研究在太空部署反導系統可行性的要求，國會已于9月同意撥款約500萬美元就發展太空導彈防御系統開展獨立研究，10月14日美國總統布什簽署的2009財政年度國防授權法案中已經包含了這500萬美元的研究經費，該項費用將用于相關機構或企業研究“太空攔截導彈”的可行性，由此引發了各界的注意。這是民主黨控制的國會1993年取消類似項目以來美國首次批準相關研究經費。該計劃一旦啟動，意味著上個世紀80年代的“星球大戰計劃”卷土重來，也是美國向太空武器化邁出了實質性的一步。

助推段導彈防御與天基反導

助推段導彈防御

助推段導彈防御系統將設計用于摧毀在助推段飛行的導彈。助推段攔截最吸引人的地方在于它可以解決多彈頭，子彈藥和誘餌帶來的問題，而且能保衛整個美國。對于遠程導彈來說，助推飛行時間僅持續3～4分鐘，這要求防御系統有非常短的反應時間。

目前，美國正在發展幾種部署在地球上的助推段防御系統，包括攜帶攔截器的地基或艦載攔截彈，目的是利用它們的探測器追蹤助推飛行中的導彈的明亮尾焰，并試圖通過直接碰撞摧毀導彈。但此類武器的最大問題在于需要將其部署到靠近導彈發射陣地的地方，以便在導彈的助推飛行階段追上導彈。另一種正在發展的方案是機載激光，它也必須位于距離目標幾百千米的位置上，才能摧毀導彈。

天基動能攔截器

為了對從世界任何地方發射的彈道導彈進行攔截，美國開始考慮天基助推段導彈防御系統。天基助推段防御系統將由部署在低地球軌道上的天基攔截器(SBI)組成。這些攔截器將保持在固定軌道上，探測到導彈的發射后，靠近導彈發射陣地的SBI將利用其彈上的推進系統加速，飛出軌道并向導彈方向機動。攔截必須在80～100千米的高度進行，因為如果攔截高度太低的話，大氣密度過大，巨大的氣動加熱作用會使天基攔截器無法正常運行，因此助推段防御系統不適用于近程導彈。主張發展天基防御系統的人認為，天基系統可以防御從世界上任何地方發射的導彈，而地基或空基助推段防御系統的部署和使用會受到地理和政治因素的限制，這意味著只有天基攔截彈可以追趕從某些地方發射的、處于助推段飛行的導彈。

天基動能反導系統的弱點

一般的衛星系統在單個衛星受到攻擊后不會引起整個系統的失效，但是，天基導彈防御系統是個例外，非常容易遭受攻擊，其生存能力有限。因為只有最靠近導彈發射地區的天基攔截器才能在可用的時間內攔截進攻的導彈，因此只要在天基攔截系統中打開一個突破口，就會導致整個天基防御系統失效。由于天基攔截系統的位置很容易被攻擊方掌握，因此敵方在地面可以跟蹤天基攔截系統。同時，由于天基攔截器將部署在低軌道(300-500千米)上，因此以射程600-1000千米的近程導彈為基礎研發的反衛星武器就可以攻擊它們。這種近程導彈的火箭發動機的關機高度太低，天基攔截器無法攔截助推飛行中的這些反衛星武器。由于近程導彈比遠程導彈便宜得多，一個國家可以發射足夠多的反衛星武器，以在天基攔截器的星座上打開突破口。雖然現在還沒有一個國家部署反衛星武器，但可以預期，已經具備發射遠程導彈的技術先進國家，都將有能力制造可以攻擊天基攔截器的反衛星武器。另外。即使天基攔截系統沒有受到攻擊，這個防御系統也很容易受到壓制。由于天基攔截器有很大的缺勤率——即要想確保總有一枚天基攔截器處在能夠攔截從特定地點發射導彈的位置上，將需要大量的天基攔截器構成星座。目前所研究的大部分天基導彈防御系統，都僅僅能夠攔截從相同的地點、接近同時發射的少量導彈(通常是1枚或2枚)。因此，如果進攻者發射的導彈數量比較多，防御系統就不能攔截所有的導彈。雖然地基防御系統可能也會遭遇此類問題，但與地基系統相比，天基系統要解決此問題所需的費用要昂貴的多。

天基動能反導系統的星座規模和發射要求

天基攔截器的星座規模要求

利用天基攔截器防御將需要大量的攔截彈，即使部署一個攔截效果不是很好的防御系統也將是昂貴的。構建一個反應時間只有幾分鐘的天基動能導彈防御系統將需要上千個天基攔截器。

20世紀90年代初，老布什政府曾提出作為“防御有限攻擊的全球保護(GPALS)”系統一部分的“智能卵石”(BP)系統，該系統包括大約1000枚天基攔截器，能夠對同一地點發射的1～2枚導彈進行有效攔截。2003年7月，美國物理學會(APS)公布的”助推段導彈防御技術分析報告”也得出了類似的結論。APS報告編寫組考慮的天基攔截器星座是：軌道高度300千米，最少有1枚，偶爾有2枚天基攔截器能夠攔截從緯度30°～45°之間的任何地點(包括朝鮮和中東地區)發射的導彈，但不覆蓋緯度高于45°的地區。要攔截固體燃料導彈(助推段飛行時間70秒)，這個系統將需要大約1600枚天基攔截器；而要攔截液體燃料導彈(助推段飛行時間240秒)，將需要大約700枚天基攔截器。增加這個系統覆蓋地球的區域，所需天基攔截器的數量將大量增加，要實現全球覆蓋將使所需要的天基攔截器數量增加1倍左右。而且，如果要求攔截系統能夠同時攔截2枚導彈，或是同時由2個天基攔截器對一枚導彈進行攔截的話，攔截系統的規模也同樣要擴大一倍。

天基攔截器的發射要求

APS的研究還表明，為了給天基攔截器提供足夠的機動能力，將需要足夠的速度。所需要的這個速度有兩個主要的貢獻一是加速攔截器，使之脫離軌道，飛向助推段導彈；二是進行機動，實現攔截。天基攔截器將需要有一個可以提供每秒4千米加速度的推進器，使其脫離軌道并以足夠的速度及時地追趕上助推飛行中的導彈。減小這個速度將需要在軌道上更密集地部署天基攔截器，增加星座的規模。這項研究還確定，由于助推飛行中的導彈是一個正在加速的目標，能夠進行迷惑性的機動，為了允許天基攔截器機動飛行并自動瞄準這個助推飛行中的導彈，需要另外增加2.5千米／秒的速度。如此大的速度需要大量的推進劑才能實現，由此將會導致天基攔截器星座的質量大量增加。經過研究確定，實戰中發動機和推進劑將使每個天基攔截器的質量達到800千克。

由于天基攔截器要在低軌道上停留相當長的時間，它還必須攜帶用于位置保持的推進劑。此外，研究表明，在軌的天基攔截器將裝在一個彈倉里，以便保護它免受輻射和空間碎片的破壞，彈艙上還要有通信設備和提供電力的太陽電池板——當天基攔截器加速飛向導彈的時候，所有這些都要留在后面。依照APS的研究，加上彈庫的質量，每個天基攔截器在軌道上的質量將達到1噸以上。

根據以上的分析可知，防御固體燃

料導彈所需要的1600枚天基攔截器組成的星座，將需要總共接近2000噸的軌道質量，常規地基火箭的發射費用是2萬～3萬美元／千克，因此其總的發射費用約是400—600億美元。防御液體燃料導彈所需要的由700枚天基攔截器組成的星座，將需要總共850噸的軌道質量，估計的發射費用是170～255億美元。這些系統僅僅能夠攔截從一個地方同時發射的1-2枚導彈。把1000噸的質量送到軌道上去，將需要相當于“德爾它”的火箭進行100多次發射，或用“宇宙神-5”火箭進行50多次發射。因此，部署這樣的防御系統需要大大提高發射能力。而且，假定這些衛星有10年的壽命，維持1000個天基攔截器組成的星座，每年將需要發射大約100個天基攔截器。假定發射費用是2萬美元，千克，這將導致每年要承擔20億美元的發射費用。如何減少天基攔截器的質量和數量是其能否實戰化的主要因素，也是該計劃能否繼續發展的關鍵，以目前而言這是有可能的。美國國會預算辦公室(CBO)2004年7月的一項分析考慮了一種速度快、質量輕的天基攔截器，其追趕導彈的速度變量是6千米／秒，而不是APS所假定的4千米／秒，加注了燃料的攔截器的質量30千克，而不是APS所假定的136千克；彈庫的質量是90千克，而不是APS所假定的440千克。CBO的研究表明，如果可以制造這樣的天基攔截器，與APS所給出的數據相比，這將把在軌的攔截器總數減少2／3(防御固體然料的導彈)和7／10(防御液體燃料導彈)。此外，這也將減少在軌的攔截彈的總質量，與APS給出的數據相比，減少量大約為6／7(防御固體燃料導彈)和9／10(防御液體燃料導彈)。同時，美國目前正在大力發展的多彈頭攔截器(MKV)將極有可能作為天基攔截系統的攔截器，如果MKV被成功應用于天基攔截器計劃，將能夠大大減少部署在太空的天基攔截器數量。

天基動能反導系統的反衛星能力

雖然導彈防御所需要的大的天基攔截器星座，在很多年內還不可能部署，但少量的天基攔截器可以較早部署，用于攻擊衛星，包括地球靜止軌道上的衛星。假定天基攔截器的探測器被設計成可以探測在軌衛星，那么設計用于攔截助推導彈的天基攔截器就將具有足夠的能力，攔截在軌道上的衛星。而且，天基攔截器具有足夠大的用于加速脫離軌道的速度，這將允許天基攔截器改變其軌道，去攻擊與其自己的軌道有很大不同的軌道上的衛星，包括地球靜止軌道上的衛星。

一般天基攔截器的軌道速度大約為8千米／秒，加上其趕上助推飛行階段導彈所需要的4千米，秒的速度變量，它的總速度需達到12千米，秒。通過計算表明，有了這樣的速度，天基攔截器可以在1.5小時的時間內從原來的低地球軌道到達地球同步軌道，而且在這個高度上仍具有接近7千米，秒的速度。地面觀測可以準確地確定所要攻擊目標衛星的位置，以便發射攔截器，當攔截器足夠接近衛星的時候，就可以使用彈上的探測器探測目標衛星。

單純為導彈防御設計的攔截器是否可以用來攻擊衛星，取決于它的設計細節，如所用探測器的類型和設計的工作時間長度(到助推飛行段的導彈需要幾分鐘時間，而要到達地球靜止軌道需要1小時的時間)。但是，這些細節都可由設計決定，這些能力是可以加到天基攔截器上的，賦予它們高空反衛星的能力。與地基“動能-反衛星”(KE-ASAT)武器相比，使用天基攔截器攔截衛星的最大優勢在于其可以攻擊高軌道衛星，而地基KE-ASAT目前只能攻擊低軌道上的衛星。同時，由于地球同步衛星在運行周期內的大部分甚至所有時間都暴露在陽光照射之下，它們能反射陽光或者具有較高的表面溫度，可以利用這兩個特點來對其進行定位。

美國天基動能反導系統的發展情況

美國政府非常重視太空武器的研制，從當年的“星球大戰”計劃到目前的天基攔截器試驗床(sBITB)和“近軌道紅外試驗”(NFIRE)衛星計劃，美國歷任政府從未停止對太空武器的研究。MDA認為天基攔截系統具有近地覆蓋和快速反應能力，可有效防御敵人戰略導彈的攻擊。

“智能卵石”計劃

1989年，美國將需要耗資近萬億美元的“星球大戰”計劃在歷時6年后正式縮小為“智能卵石”(BP)計劃。按照設想，美國將在450千米的軌道上部署上千枚BP。作戰時，BP依靠自身的火箭動力自動追殺對方的衛星或來襲導彈。該攔截器由美國勞倫斯利弗莫國家實驗室于1988年8月開始研制，1990年首次進行了亞軌道攔截空間飛行目標的試驗。該計劃隨著1993年被克林頓政府正式撤銷而終止。

BP這種兼具反衛星和反導彈作戰能力的天基動能攔截器，實質就是一種具備攻擊性的小衛星。彈上裝有能探測數千千米外彈道導彈的高分辨率光學設備，有能自動控制彈上火箭發動機啟動并引導攔截彈自動迎擊目標的高功能計算機等。智能卵石攔截器長1米，直徑0.3米，彈上計算機質量為0.1千克，光學設備質量為4.5千克，總質量為45千克。由于這種武器可自主式獨立作戰，并可投放多枚誘餌，又能部署于不同的軌道以及進行彈體抗核加固或激光防護等，所以生存能力較強。采用可見光／紅外導引頭，制導探測用的高分辨率寬視場攝像機具有實對圖像處理的能力，光學探測器能看到數千千米外建筑物大小的目標。它的硬件處理信息的能力相當高，相當于1臺Cray-1超級計算機，有一定的智能水平，中后部裝有徑向發動機和多臺推力器，以實現快速控制。推力器從發出點火指令到達到最大機動的響應時間已達毫秒級，加速度達10g，機動速度達600米，秒以上，可以滿足碰撞來襲導彈和衛星的要求。

為保證制導精度達到足以使殺傷器本體直接碰撞衛星的殺傷效果，BP設有傘型殺傷增強裝置。這種裝置是折疊并可以徑向展開的傘狀結構，金屬傘展開后迎著近于法線方向與衛星目標相撞，可增大碰撞面積。它采用穿透與沖擊兩級殺傷機理相互補充，以提高殺傷概率。沖擊機構是一個增強聚脂薄膜板，穿透機構則是分布在薄膜上的小球。這個可膨脹的聚脂薄膜與高密度小球組合使用，可達到穿透和壓碎衛星結構。碰撞并毀掉關鍵附屬部件的目的。

天基攔截器試驗床計劃

美國退出反彈道導彈條約，也擺脫了發展天基反導系統的限制。MDA開始重新考察以前被放棄的導彈防御概念，這也包括“天基攔截器試驗床”(SBITB)。該計劃的主導思路是部署裝備有多種殺傷攔截器的衛星，通過高速撞擊方式摧毀來襲的彈道導彈。該計劃的最初階段是在太空部署2～3枚攔截器，用于擊落彈道導彈。

2003年的國防預算中，天基攔截器計劃申請了3000萬的撥款，但是資金沒有到位。2004年，MDA為SBITB申請了1400萬的預算，但由于國會的強烈反對，而被迫停

止該項計劃。但是MDA對該項計劃仍然沒有死心，為支持天基攔截器計劃，MDA在2004財年曾將幾個專用傳感器送入太空。這些傳感器用于在較大的目標射線頻率范圍內，搜集發射的彈道導彈熱場和其它場數據以及彈道導彈飛行數據，在彈道導彈發射后以及在其飛行的各個階段對彈道導彈進行跟蹤。2005財年MDA重新把該項計劃提交國會，包括方案分析，演習和輕型攔截彈部件的前期研制和測試，同時MDA也對該計劃作了初步的時間安排，并計劃在2008～2009年進行第一次天基試驗。2006和2007財年，雖然美國國會沒有對SBITB進行撥款，但是MDA并沒有放棄停止天基攔截器技術的研究，并把該技術隱含在微衛星計劃中秘密發展。MDA的微衛星計劃包括3項內容，其中第2項微衛星推進試驗(MPX)的實質就是研制天基攔截器計劃的關鍵技術。2007年2月，MDA已經為2008財年的SBITB申請了1000萬的預算，MDA認為2008～2009年對SBITB的研究至關重要，甚至將決定今后是否會部署天基攔截器。MDA計劃在2012年研制3～6枚天基攔截器完成SBITB計劃，但這一計劃仍舊沒有得到國會的撥款。

2009財年，SBITB成為MDA“彈道導彈防御系統空間項目”(0603895C)的一個子項目。MDA09財年的預算文件中把該項目描述為“檢驗天基能力作為美國導彈防御系統的潛在補充”。預算要求研究天基導彈防御的作戰概念，其部分組件的演示計劃于2011財年開始。此次國會批準撥款表明，國會內部已在建立太空防御系統上達成一致，也是朝著這一方向邁出了重要的一步。

其他相關計劃

NFIRE衛星是美國導彈防御局動能助推段防御計劃的一個重要組成部分，由導彈防御局導彈防御空間試驗中心(MDSEC)負責，NFIRE衛星與SBITB計劃一起同屬于導彈防御局“彈道導彈防御系統空間項目”。2007年4月，NFIRE衛星發射入軌。由于各方壓力，此次初始試驗沒有包含殺傷攔截器，它將繪制火箭尾焰圖像并確定其特征，幫助五角大樓為目前尚在考慮之中的反導武器設計未來的制導系統，同時NFIRE也被視為邁向外層空間武器化的一個步驟。

NFIRE衛星是一種小型的天基傳感器平臺，它的主要任務是收集助推段火箭的高分辨率與低分辨率圖像，提高對噴射羽流現象的了解，同時區分彈道導彈火焰羽流和導彈本身。而此項能力長久以來一直是助推段導彈防御的難點。不能區分這兩者的難題將導致攔截器向噴氣羽焰開火而不是導彈本身。它可以在火箭和導彈發射時收集數據，監視發射活動，為五角大樓的助推段導彈防御系統收集數據。因此，導彈防御局將依據NFIRE試驗獲得的數據對其助推段防御系統進行決策，包括選擇殺傷飛行器、跟蹤傳感器，攔截彈制導和尋的算法等。

NFIRE衛星重達494千克，發射后運行在近地點約250千米、遠地點450千米的低地球軌道上，軌道傾角48.2度。NFIRE系統由一個攜帶跟蹤傳感器載荷(TsP)的低軌衛星、德國TESAT公司的激光通信終端(LCT)和兩個地基作戰任務中心組成，指令與數據處理使用了高性能的RAD750處理器。NFIRE衛星的2個有效載荷中，TSP是由MSTI-3傳感器加上長波紅外傳感器組成，能夠改進跟蹤能力。TSP具體包括CCD可見光相機，碲鎘汞長波紅外探測器，銻化銦中波和短波紅外探測器。LcT提供NFIRE衛星與地面或其它衛星之間高速流暢的光學數據連接，具有0.635米孔徑的全球定向天線，光學數據率可達5吉比特／秒，進行二進制相移健控調制，采用相干或零拍檢測方式。

結論

雖然美國啟動了太空導彈防御計劃，但是就目前的技術，需求、資金等多方面分析，筆者認為該系統很難在短期(10～15年)內具備實戰能力，反而會對美國自身的太空安全產生威脅：

費用巨大，效果有效。根據美國的評估報告，美國構建太空動能反導系統的費用將會十分巨大，這無疑會給美國帶來沉重的負擔。而從效果來看，由于其自身的缺陷，太空動能反導系統的效果也是非常有限的。總而言之，以巨額費用部署的大量天基動能反導武器將很容易被敵方的導彈突破。

試驗為主，難以實戰。就目前天基攔截器的發展而看，美國只是在秘密進行研究試驗，離實際部署還有一定的距離。即便部署也將重在威懾，也許和核武器一樣永遠不會輕易使用，而成為一種新的威懾力量。但是令人擔憂的是該項目的出現將正式標志著繼太空軍事化愈演愈烈后，太空武器化已經揭開了序幕。

既能反導，亦能反衛。雖然天基攔截器不能提供有效的彈道導彈防御能力，但是能夠提供一種強大摧毀衛星的能力。令人擔憂的是，美國的做法將會鼓勵別的國家發展他們自己的摧毀性反衛星武器，這將反過來威脅美國和其它國家的衛星，并可能產生大量的空間碎片，從而阻礙未來幾十年整個人類對太空的使用。