美國“作戰響應空間”方興未艾

諸葛炎

最近，美國作戰響應空間（ORS）辦公室透露，將要求麻省理工學院的林肯實驗室研制作“戰響應空間-5”衛星，用于對地球靜止軌道帶進行持續監視，消除在軌空間監視能力的潛在缺口。該衛星是對目前天基空間監視衛星后續任務的技術探路者，被稱為“傳感器衛星”，將從低地球軌道掃描地球靜止軌道帶，計劃2017年發射。

快速天兵

過去40多年以來，美國曾耗資近千億美元研制和發射各種軍用衛星，它們無論在和平時期還是在危機或戰爭時期都發揮了重要作用，但是存在研制周期長、費用高昂等不足，而且一旦發射失敗或在軌發生故障則損失驚人。尤其是某些價值連城的大型偵察衛星在近些年來的幾場局部戰爭中無法為戰場指揮官實時提供他們所急需的戰場信息。例如，1991年海灣戰爭打響不久，美國高級軍官抱怨最多的就是衛星提供信息的能力不足。從那時起，美國高級軍官總在談論用衛星協助美軍在戰區軍事行動中直接收發衛星數據的問題。

所以，航天系統如何用于戰術一直是美國軍方探討和急切解決的問題。為使航天系統更好地用于戰役戰術，美國軍方早在20世紀90年代初就曾經制定了國家能力戰術開發計劃，目的就是解決如何把航天技術應用于戰術等問題。后來又用“技術試驗衛星”、“作戰星”、“21世紀技術衛星”和“試驗衛星系列”等進行衛星戰術應用的驗證，為戰術衛星發展打下了一定基礎。近年還提出了“聯合作戰航天”的概念，進一步研究太空的戰場應用問題。

當今，由于局部戰爭不斷增多和空間技術的發展，美軍的軍事行動越來越依賴于各種衛星，所以對戰術衛星的需求不斷加大，它要求衛星的使用范圍由軍師級擴展到戰區各級指揮員乃至單兵，并能應急發射、成本低廉。然而，由于美國現役的軍用航天系統缺乏必要的靈活性和軌道機動能力，容易受到攻擊，而且快速響應能力有限，所以無法對軍用航天系統進行及時的補充，昂貴的發射成本也在很大程度上制約了向太空發射載荷的質量和數量。

為此，2007年，美國戰略司令部成立了作戰響應空間辦公室，以快速響應正在出現的軍事需求，開發可以迅速部署的低成本太空能力，它包括快速響應運載器、快速響應小衛星和快速響應發射場等，最終目的是能在短期內生產和發射一顆戰場指揮官所需要的戰術衛星，滿足空間支持和補充的聯合軍事作戰需求。該辦公室有兩個基本的任務：一是提高技術能力，在極短的時間內對國家的航天能力做出響應；二是對全球聯軍指揮官的特定需求做出響應。

“作戰響應空間”遵循2項原則：快速響應性（迅速性和全球到達性）和經濟可承受性。目前，它包括2種不同系列的衛星，“戰術衛星”系列試驗衛星和“作戰響應空間”系列作戰衛星。“戰術衛星”是美國國防部“作戰響應空間”計劃下發展的試驗衛星，旨在利用小衛星開展一系列技術演示驗證，更好地認識和理解響應空間技術實現的可行性，為推動作戰響應空間從體系設計向工程研制和能力部署轉化提供重要支持。其基本理念是構建低成本且具備快速反應能力的空間平臺，衛星的使用范圍由軍師級擴展到戰區各級指揮員，以滿足日益增多的戰術需求。要想在短期內完成衛星的制造并投入使用，關鍵在于衛星載荷平臺的標準化設計，需要能快速組裝和發射的基礎設施。該計劃的提出得到美國政府高層的重視，開拓了戰術衛星發展的新方向。

該計劃的目標是：

① 使航天器的設計、制造和測試時間由現在的2～10年縮短到6～9個月；

② 航天器的集成、發射，部署的時間由現在的3～12個月縮短為幾天；

③ 達到作戰需求的效果由現在的幾個小時甚至幾天縮短到能夠實時支持作戰。

為此，需要研制出一系列低成本、能快速升空的運載器和航天器。

衛星要想能快速發射，就必須比美軍今天所使用的標準衛星小得多，一般是在500千克以內的小衛星；發射必須更快速、更低廉；衛星應能夠在入軌之后幾乎立刻投入使用，而不像目前的衛星系統那樣需要經歷漫長的在軌檢測和校正階段。如果指揮官必須等待2個月以對衛星進行檢測的話，那么在接到通知后2天之內將庫存衛星發射上去的好處實際上也就化為烏有了。

美國總統奧巴馬對“作戰響應空間”予以了高度肯定，他表示，“‘作戰響應空間計劃是使用較小衛星，靈活的太空資產，將使美國的系統更加穩健，減輕易受攻擊性。這是投資保護美國太空資產的一種方式”。

開路先鋒

“戰術衛星”系列衛星是“作戰響應空間”系列衛星的孵化器，用于驗證“快速響應空間”技術和能力實現的可行性，為未來作戰系統開發提供技術支持，在軍事航天戰術應用、低成本航天器研制、商業現貨技術發展等方面具有極為重要的影響，現已發射了“戰術衛星-2、3、4、6”，而“戰術衛星-1”可能已取消。

驗證戰場反應

2006年12月16日上天的“戰術衛星-2”是“戰術衛星”系列中第1個顆衛星，重369千克，用于戰術偵察試驗，主要驗證把衛星拍攝到的敵方目標圖像在幾分鐘內快速傳輸到己方的戰場指揮官那里，而目前這樣的傳輸過程通常都需要幾小時甚至幾天。

“戰術衛星-2”的全色分辨率為0.9米，主要用途是：

① 摸索快速研制新衛星和有效載荷的要求和限制；

② 摸索快速部署衛星的工程技術限制；

③ 摸索對于具體地理位置作戰的戰場觀測，有關小衛星之間如何相互引導實現目標成像。

它裝有1套成像系統和名為“目標指示器”的信號情報裝置，它們所獲得的數據通過數分鐘的收集整理就能傳輸給地面。為了降低成本和縮短研制周期，其成像系統沒有采用造價1000萬美元的傳統方案，而是花了2萬美元買了1個20英寸的業余天文望遠鏡。然后在這個望遠鏡的基礎上花200萬美元設計并安裝了1個彩色探測器。

在軌運行期間，“戰術衛星-2”完成了快速成像驗證任務，并直接下傳至戰場用戶；進行了天基和空基平臺協作對無線電發射機實時定位和識別；開展了天基自動船舶識別系統能力演示驗證，為擁擠航線上復雜電磁環境下天基自動船舶識別載荷軟硬件設計積累經驗和數據；還完成了多次數天至2周時間的衛星在軌自主運行試驗。endprint

探測隱蔽目標

2009年5月19日，美國成功發射“戰術衛星-3”。該衛星質量396千克，在約400千米高的近地軌道運行，主要驗證向戰場指揮員提供實時數據的星上處理技術，演示戰術衛星收集重要戰區有用軍事信息的能力，以及近實時向戰場作戰人員提供數據的能力。它是面向快速響應、靈活性和經濟上可承擔的空間作戰系統，具有提供關鍵的情報、監視與偵察的能力；能向聯合部隊戰區和戰術指揮官提供了戰場空間感知；給出提示，并警告可能出現的威脅；可提示利用其他的情報、監視與偵察傳感器做進一步搜集和監視；能利用分析光譜信號識別路邊炸彈的跡象。

該衛星上裝有名叫“阿蒂米斯”的高分辨率超光譜成像儀、海洋數據遙測微衛星鏈路和太空電子實驗設備。這3個載荷能提供實時成像和海基情報從海洋浮標到即插即用電子裝置的傳輸，以協助作戰人員比敵方行動領先一步。該衛星還運用了用戶友好軟件，向高層官員們展示快速反應航天器對戰場上、下級指揮官的價值。它也是第一個投入使用的作戰快速響應型太空儀器，成為一種天基支持軍事的全新范例。

在軌運行期間，“戰術衛星-3”在10分鐘內完成了成像、圖像處理并傳輸到戰術用戶終端的演示驗證；獲取了超過1600幅高光譜圖像，開展了90種試驗。它在2009年年底參加陸軍的試驗中，展示了其接收戰區指揮信息，收集圖像，并將成果下行傳送到戰地士兵手中的能力。在2010年，“戰術衛星-3”獲得最佳遙感器獎。它不同于傳統的軍事衛星，因為該衛星在經過某地上空時，可直接接受來自當地地面用戶的任務，并將處理過的圖像直接傳給用戶。“戰術衛星-3”支持了美國軍方在加勒比、中美、南美的軍事行動，展示了其接收戰區指揮信息，收集圖像，并將成果下行到戰地士兵手中的能力。

不拉天線通信

2011年9月27日，“戰術衛星-4”升空，用于驗證與許多已部署的衛星無線電接收設備兼容的特高頻移動通信能力，滿足美國海軍動中通和海上態勢感知等領域的需求。該衛星質量為450千克，可讓戰斗兵不需要拉天線就可以用無線電通話，每天可以對熱點地區提供3次、每次2小時覆蓋，能在24小時周期內為全球多個戰場提供支持，旨在為美國軍方驗證新的衛星通信技術。

此前美國海軍的通信衛星每天只能為一些單位提供15分鐘的信號。為了延長某些地區的通信時間，進行超視距通信，“戰術衛星-4”不繞傳統的圓形軌道，而是橢圓形軌道運轉，每天繞地球3次，可以讓在中東等地的作戰單位使用7～8個小時。美國國防部說，這顆衛星將試運作1年，1年后評估是不是需要長期部署。依照美國國防部的說法，在一些特殊的地區，受到地形、地物的限制沒辦法拉天線或者拉天線會暴露位置，而有了這顆衛星就不用擔心了。

研制“戰術衛星-4”的另一個目的是開發和驗證快速響應標準化衛星平臺，推動“作戰響應空間”的發展；增強類似美國“移動用戶目標系統”（MUOS）衛星的特高頻衛星移動通信的作戰效能，具備靈活調整能力，及時響應戰場變化；緩解動中通通信的需求，使用戶無需對準天線即可進行通信；提供靈活的上行、下行信道分配，增強衛星在射頻干擾地區工作的能力；收集海軍浮標/傳感器收集的數據，并傳送回處理站；為美軍服務水平較差的區域（無網絡地區和用戶）提供特高頻頻段藍軍跟蹤和數據收集等功能。

在軌運行期間，“戰術衛星-4”建立了部隊與其視線之外另外部隊的通信聯系；也用于中繼來自部隊所使用的與GPS相聯系的藍軍跟蹤設備的數據，這有助于監控友軍的位置，以避免發生友軍間誤傷事件；還用于中繼由漂浮在海洋上的浮標所搜集的數據。

2013年12月6日，美國“戰術衛星-6”衛星成功發射入軌，該衛星是立方體納衛星，質量5千克，用于測試戰術通信技術。

未來，美國還將通過“戰術衛星-5”計劃驗證空間即插即用技術，目前發射時間未定。

實戰殺手

2011年6月29日，美國國防部作戰響應空間辦公室的“作戰響應空間-1”衛星入軌。該衛星是“作戰響應空間”項目的第1顆作戰型小型戰術偵察衛星，質量430千克，從研制到發射歷時30個月。而大多航天器從設計、開發、集成到在太空運行需要用7～10年的時間，所以該衛星的最大特點是能快速發射。

“作戰響應空間-1”是面向戰場用戶的業務衛星，主要為負責阿富汗、伊拉克等中東中亞地區作戰的美國中央司令部提供急需的戰場態勢感知能力。它具有多頻譜拍照能力，能提供地面部隊指揮官指定區域的彩色圖像和全氣候的夜視能力；還可運用已有的地面系統處理和分發圖像等其他信息到戰場，滿足美國關鍵指揮情報-偵察-監視的需求。其下行鏈路傳輸速率為274兆位/秒，與美軍無人偵察機使用的機載通用數據鏈兼容，有利于多源情報的快速獲取、處理和分發。

其有效載荷采用古德里奇公司改進的“電光偵察系統-2”多光譜遙感器，可為美國中央司令部提供快速的、關鍵性的數據。它有7個譜段，空間分辨率為1.2～2.5米，可提供全天候高精度成像、光學活動目標指示、光學測量和標記信息、偽彩色合成，并能同時收發信息，使地面實時看到，可較好地滿足作戰用戶對衛星空間、時間和光譜分辨率的戰術應用需求。

“作戰響應空間”衛星在戰術上有重大價值，可針對難于預測的突發事件提供情報-偵察-監視和通信能力，從而彌補大衛星的不足。不過，它不能完全代替導彈預警衛星等現有的大衛星，因為后者有很強的功能和很長的壽命。美國空軍仍將需要大衛星來滿足與部署在世界各地的美軍進行大量通信和在全球范圍內監視敵人導彈發射的需要。但“作戰響應衛星”能夠在所關注地區的上空更頻繁地過頂，所以在提供所需的能力以應付意外偶然事件方面肯定會占有一席之地。

2013年11月19日，“作戰響應空間-3”任務用“人牛怪-1”火箭完成1箭29星的發射，其中包括1顆180千克的“空間試驗項目衛星-3”和28顆立方體衛星，用于驗證“自主飛行安全系統”技術，提高快速響應發射火箭自主管理能力。未來，美國還將通過“作戰響應空間-4”（2014年發射）等任務驗證快速響應發射能力；通過“作戰響應空間-2”（2015年前發射）驗證雷達成像能力。endprint

同時，美國“作戰響應空間”計劃也激發一批面向戰術應用的創新項目，帶動軍兵種空間快速響應能力大幅提升。美國各軍兵種在作戰響應空間計劃驅動下，相繼提出面向戰術應用的小衛星項目，例如，“隼眼”、“太空與導彈防御司令部-作戰納衛星效果-1”、“群落”和“提高軍事作戰效能的空間系統”計劃等，發展快速響應能力。

美國空軍航天司令部司令謝爾頓認為，“作戰響應空間”的思想正在成為設計軍用系統的主流思想。美國各軍兵種在該計劃驅動下，相繼提出面向戰術應用的小衛星項目，發展作戰響應空間能力，從而與主戰場大衛星系統形成能力互補。

四大能力

對于衛星戰術應用來講，目前各種軍用衛星存在的最大問題就是成本高。例如，美國“國防支援計劃”導彈預警衛星的造價為3.3億美元，成像偵察衛星更是價值連城。要想縮短衛星情報-偵察-監視的重訪周期，實現快速反應，就需要發展大規模星座或高軌道乃至地球靜止軌道成像偵察衛星，但如果衛星耗資巨大，則仍無法實施。要實現更快、更省地發射衛星，衛星的研制周期、發射準備時間和在軌測試周期等都必須比以往大大縮短才能滿足需要。在這方面，“作戰響應空間”項目可為美軍提供4大能力：

一是采用標準化的衛星通用平臺和模塊化有效載荷及部件，并能通過快速組裝和測試技術等，形成太空系統的快速研制和部署能力等。因此，“作戰快速響應空間”系統可對美軍戰力提升及部隊轉型產生重大影響。該項目不僅為美國軍用航天提供了許多新技術的試驗平臺，也推動了衛星領域特別是微小衛星的發展。借助“作戰響應空間”項目支持，美軍提出了諸多微小衛星和相關技術的新概念，包括如即插即用衛星和未來的快速、靈活、自由飛行和組合型航天器的F6項目等。從而進一步保持其在軍用航天技術上的領先優勢。

二是能提高美軍的太空應急能力，快速滿足意料之外的緊迫需求，有力補充大型衛星系統的戰略能力。特別是在大型衛星系統受到攻擊而失效時，“作戰響應空間”系統能快速提供軍用航天系統的重建能力。長期以來，美國只有高級指揮機構和部隊的高層指揮人員對衛星有優先使用權，戰術分隊和較低級別的指揮官卻沒有機會使用。所以，美國擬通過“作戰響應空間”計劃全面提升對太空資產和運用和保護能力，拓展戰場指揮官對太空資產的運用權限。

三是可進一步拓展航天系統的應用范圍，使航天系統有更廣泛的戰術應用能力，快速響應不斷變化的戰場需求，及時提供針對戰役和戰術任務的戰場情報、監視與偵察，部隊移動中通信，氣象監測，定位、導航等各種信息。

四是能使航天系統更易于維持、更有效，并具有更強的生存能力，成為太空防御的新途徑，并將有效提高關鍵太空系統在未來戰爭中的快速補充和恢復、重建能力。

“作戰響應空間”還可探索發展軍用航天系統的新模式。現在，美軍一個大型軍用航天系統的研發周期需要15～25年甚至更長，維持這些大型系統的全壽命費用很高，達上百億美元。而發展“作戰響應空間”項目能大大縮短研制周期，節約成本。

隨著“作戰響應空間-1”衛星的部署，美軍的“作戰響應空間”能力已進入研制和部署模塊化衛星階段，此后的重點是研發可滿足“作戰響應空間”需求的新型航天系統，爭取可在數日乃至數小時內迅速提供航天信息支援能力。

不過，“作戰響應空間”計劃在戰術領域的仍存在成本相對昂貴、缺乏專門執行軌道操控的戰場指揮官等困難，復雜戰術環境下衛星的信號干擾等技術問題也有待克服。此外，如何協調眾多戰場指揮官對衛星的戰術控制和使用也存在爭議，“作戰響應空間”是否能夠滿足作戰人員的需求也不明確。這些都是今后要解決的問題。endprint