空間態(tài)勢感知能力發(fā)展啟示

唐勻龍，許厚棣，鈕俊清，任清安

(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088；2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230088；3.駐中國電子科技集團公司第三十八研究所軍事代表室,安徽合肥 230088)

0 引 言

空間資源的開發(fā)利用能力能體現一個國家的綜合科學技術水平,關系著國家安全和利益,成為目前世界主要航天大國的核心發(fā)展方向。世界許多航天國家將發(fā)展空間技術作為國家重要安全發(fā)展戰(zhàn)略，不斷制定和調整航天政策和戰(zhàn)略方向布局，引領本國未來航天技術快速發(fā)展。天地一體化空間態(tài)勢感知裝備與技術的快速發(fā)展應用使得透明化成為空間技術發(fā)展的新趨勢。軍事航天技術裝備、核心傳感器技術的快速發(fā)展明顯加快了空間軍事化進程，各國持續(xù)加強推進各自空間作戰(zhàn)技術演練，以應對潛在的空間沖突，多項航天、雷達傳感器等前沿科學技術的突破，推動著空間軍事能力的變革。

美國空軍近年來在空間作戰(zhàn)能力建設方面動作頻發(fā)，如調整、優(yōu)化現有機構組成和任務管理流程、開發(fā)實施空間作戰(zhàn)體系架構、跨部門聯合太空作戰(zhàn)中心[1]更名為國家太空防御中心并正式投入運行、創(chuàng)辦“太空旗”新型軍事演習等，這些重要事件值得關注。

俄羅斯高度重視空間環(huán)境安全和航天技術發(fā)展，為了加強其在空間領域的戰(zhàn)略利益，俄羅斯始終將軍事航天技術作為國家安全戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展，以空天防御、攻防兼?zhèn)湟龑аb備體系發(fā)展，以應對太空軍事化變革，逐步打造集航空航天、防空防天于一體的空天力量體系。2016年3月，俄羅斯發(fā)布的《2016—2025年聯邦航天規(guī)劃》草案中突出強調,在接下來的十年，政府將在航天技術重大項目中投入14 060億盧布，用于加速核動力發(fā)動機、軍用衛(wèi)星、超重型運載火箭等在內的各項航天計劃的發(fā)展，最大化發(fā)揮其航天領域的傳統(tǒng)優(yōu)勢，重塑俄羅斯航天技術大國形象。

歐洲為維護自身空間戰(zhàn)略利益，近年來采取了一系列措施，加快發(fā)展產業(yè)結構，通過建設強大的航天工業(yè)和空間基礎技術來逐步增強其在空間技術領域的競爭力。歐盟發(fā)布的《歐洲航天戰(zhàn)略》中提出，要增強在安全空間環(huán)境下進入和利用空間資源的自主性，確保歐盟航天基礎設施的安全性及能力恢復，提升空間監(jiān)視能力和目標持續(xù)跟蹤能力，加強歐洲對關鍵空間基礎設施面臨賽博安全風險的感知預警能力。

日本近年來積極布局未來空間軍事技術能力的發(fā)展戰(zhàn)略方向。2015年1月9日，日本發(fā)布最新的《宇宙基本計劃》，明確以空間安全為核心的戰(zhàn)略目標發(fā)展體系，將空間軍事能力應用作為首要發(fā)展政策目標。新版《宇宙基本計劃》重點關注偵察、預警、通信、導航以及軍事衛(wèi)星技術的發(fā)展，力求完善其軍事航天技術體系，為提升自衛(wèi)隊作戰(zhàn)能力提供重要技術支持；重視加強日美空間技術合作，實現與美軍空間能力的有效銜接，在提升航天裝備技術水平的同時深化軍事同盟關系。

1 空間態(tài)勢感知體系建設概況

1.1 美國調整空間發(fā)展戰(zhàn)略，強化空間領域優(yōu)勢

美國空軍的發(fā)展戰(zhàn)略是“全球預警、全球抵達、全球威懾”，并在此戰(zhàn)略目標的牽引下制定了“全球到達、全球存在、全球感知”的發(fā)展構想，且不隱藏其空間作戰(zhàn)意圖，在發(fā)展攻防兼?zhèn)涮瘴淦鞯耐瑫r，大力建設具有彈性體系結構的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)。

(1) 美國新一代“空間籬笆”首次跟蹤空間目標。2016年1月底，洛克希德·馬丁公司在新澤西“空間籬笆”雷達測試場，首次成功持續(xù)跟蹤衛(wèi)星目標，并完成了端對端雷達閉環(huán)試驗。此次試驗為“空間籬笆”項目后續(xù)雷達技術能力完善提供經驗，并能有效降低該項目在馬紹爾群島部署全尺寸S波段雷達的風險。2017年美國空軍為該項目申請了1.68億美元的經費預算，新一代“空間籬笆”系統(tǒng)有望在2018年具備初始作戰(zhàn)能力，預計最終耗資16億美元，系統(tǒng)可跟蹤的空間目標數量將由目前2萬個增至20萬個左右[2]。

(2) DARPA正式向美空軍交付“空間監(jiān)視望遠鏡”。2016年10月，DARPA經過長達7年的系統(tǒng)聯調測試，正式向美空軍交付“空間監(jiān)視望遠鏡”，標志著該項目正式進入作戰(zhàn)應用階段。“空間監(jiān)視望遠鏡”口徑約為3.5 m，具備快速探測和大視場監(jiān)視能力，其部署將有效縮小美國空間監(jiān)視系統(tǒng)在東半球、南半球的覆蓋盲區(qū)，能明顯提升美軍對中高軌空間目標的監(jiān)視認知能力和反應速度，預計2020年前具備穩(wěn)定作戰(zhàn)能力，可執(zhí)行大量深空監(jiān)視探測任務。

(3) 加快“天基空間監(jiān)視”后繼系統(tǒng)規(guī)劃部署?！疤旎臻g監(jiān)視系統(tǒng)”(SBSS)擁有強大的軌道監(jiān)測能力，重復觀測周期短，具備全天候觀測能力。預計2017年前后，SBSS系統(tǒng)第1顆“探路者”衛(wèi)星將達到其原定的設計壽命期限，美軍后續(xù)會采用星座技術(由3顆小衛(wèi)星構成)替換當前在軌的“探路者”天基空間監(jiān)視衛(wèi)星，其部署時間將早于2021年。2017年美空軍已選定軌道科學公司發(fā)射的ORS-5衛(wèi)星來彌補“探路者”衛(wèi)星服役期滿后美軍空間監(jiān)視系統(tǒng)能力[3]的缺口。

(4) 持續(xù)加強高軌空間態(tài)勢感知能力。美國“同步軌道空間態(tài)勢感知計劃”(GSSAP)在2014年發(fā)射的2顆衛(wèi)星目前已具備空間作戰(zhàn)能力。美國為了繼續(xù)提升其高軌空間態(tài)勢感知能力[4]，在2016年8月發(fā)射了第3顆和第4顆GSSAP衛(wèi)星。4顆在軌的GSSAP衛(wèi)星通過組網形成系統(tǒng)性作戰(zhàn)能力，將進一步支撐美軍空間態(tài)勢感知能力向空間目標偵察監(jiān)視、行動意圖判定等空間軍事作戰(zhàn)領域拓展。

(5) DARPA構建空間太空態(tài)勢感知網絡服務體系。 美國正在開展一系列用于提升其空間態(tài)勢感知(SSA)能力的研究工作，作為美國預研體系中的骨干力量，DARPA研究的“軌道瞭望”項目[5]擬研究快速獲取和處理多源異構、異質海量空間態(tài)勢感知數據的有效技術。截止2016年7月，“軌道瞭望”項目已集成融合處理了7家空間態(tài)勢感知數據提供商的實時數據，首次組建了全球最大的SSA“網絡之網絡”服務體系。該網絡體系的建成，將顛覆美軍現有空間目標監(jiān)視領域收集、處理SSA數據的方式，大幅縮短其空間事件預報與預警時間，并使空間信息使用的精確性與經濟可承受性呈指數級提高。

1.2 俄羅斯全面布局空間能力發(fā)展，鞏固空間技術領先地位

2015年7月，俄羅斯發(fā)布實施《俄羅斯航天國家公司聯邦法》，該法案廢止了俄航天部門正在進行的政企分離的改革措施，通過組建政企一體的“俄羅斯航天國家公司”實現航天力量體系的集中化管理。2015年8月俄羅斯有效整合了多個軍事部門的力量和資源，建成集航空航天和防空防天于一體的空天作戰(zhàn)力量體系，正式組建空天軍部隊，承擔作戰(zhàn)執(zhí)勤任務，負責集中統(tǒng)一管理指揮俄空中、空防和反導作戰(zhàn)力量。

俄羅斯“窗口-M”系統(tǒng)陸續(xù)部署運行。俄羅斯新型光電系統(tǒng)“窗口-M”[6]于2016年5月陸續(xù)開始投入作戰(zhàn)使用，俄軍方首批訂購了8套，4套部署在俄羅斯境內，包括遠東地區(qū)，其他4套部署在國外?！按翱?M”系統(tǒng)是目前俄羅斯技術最先進的地基光電空間態(tài)勢感知裝備，可識別軌道高度在120～40 000 km、大小10 cm以上的空間目標，將有力支撐俄空天軍空間攻防作戰(zhàn)任務。俄羅斯擬用4年的時間，再建設超過10套新型“窗口”系統(tǒng)，準備部署在阿爾泰以及濱海邊疆地區(qū)，屆時俄空間監(jiān)視能力將進一步提升。

2 提升空間態(tài)勢感知能力的技術

目前空間技術主要研究如何進入空間、利用空間和管控空間。近年來，美國等航天大國加快空間技術創(chuàng)新發(fā)展步伐，大力推進航天系統(tǒng)體系建設，空間態(tài)勢感知能力穩(wěn)步提升。

(1) 可重復使用運載器技術快速發(fā)展。2015年5月20日，美空軍X-37B空天戰(zhàn)斗機成功進行了第4次飛行試驗任務，重點對攜帶的有效載荷開展技術驗證，試驗表明X-37B空天戰(zhàn)斗機開始轉向作戰(zhàn)應用領域拓展。美國軍方正在積極聯合發(fā)射聯盟研究新一代可重復使用的火神運載火箭，擬實現運載火箭第一級發(fā)動機和上面級的可重復使用能力。DARPA研究的“試驗性太空飛機”項目完成轉階段研制工作，擬開展可重復使用子級樣機的研制工作；目前俄羅斯正在開展水平返回式(將火箭發(fā)動機和渦輪發(fā)動機組合)可重復使用運載火箭的研制工作?？芍貜褪褂眠\載器技術快速發(fā)展，大力促進了態(tài)勢感知能力經濟的可承受性。

(2) 光學成像技術的創(chuàng)新研究應用。美國科學家研究應用圖像重構技術，利用單顆或多顆空間偵察衛(wèi)星對某一目標的多張觀測圖像進行后期合成處理，該技術在不改變空間偵察監(jiān)視衛(wèi)星硬件的基礎上，可將圖像分辨率提升近5倍，技術的應用能夠迅速提升美國軍事偵察以及空間態(tài)勢感知識別的能力。此外，2016年美國洛·馬公司與加州大學共同研究微縮干涉光學成像技術 (DARPA和NASA聯合投資項目)，擬采用微縮陣列(由多部微型干涉儀組成)進行干涉成像，技術可上百倍降低當前光學成像系統(tǒng)的尺寸，并顯著提升成像質量。先進光學成像及處理技術的發(fā)展應用，可使空間目標監(jiān)視系統(tǒng)目標識別更加細致。

(3) 導航衛(wèi)星體系構成逐步完善。世界主要航天國家高度重視導航衛(wèi)星技術的發(fā)展應用，目前美國(GPS導航衛(wèi)星)、俄羅斯(GLONASS統(tǒng))、歐洲(伽利略)以及中國(北斗導航系統(tǒng))部署了具備實際應用能力的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。美國于2016年2月成功發(fā)射最后一顆GPS-2系列的改進型衛(wèi)星(GPS-2F)，該衛(wèi)星導航精度高，抗干擾性能強。此外，美國正在加緊研制下一代GPS-3導航衛(wèi)星系統(tǒng)，首顆衛(wèi)星已完成全面熱真空環(huán)境測試，截止目前尚未發(fā)射。俄羅斯于2016年2月成功發(fā)射一顆GLONASS-M衛(wèi)星，目前有8顆處于存儲待發(fā)狀態(tài)的同型號衛(wèi)星。各國導航衛(wèi)星組網的逐步完善，將極大促進空間監(jiān)視系統(tǒng)的定位精度和抗干擾性能的提高。

(4) 軍事通信衛(wèi)星技術逐漸發(fā)展完善。美國、俄羅斯等航天軍事強國以先進的軍事衛(wèi)星通信技術為引領，大力構建實用性強的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。美軍新一代窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)MUOS，目前在軌運行的有4顆主星和1顆備用星。2015年7月，美國新一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)WGS-7發(fā)射成功，相較于之前部署的WGS衛(wèi)星，WGS-7對衛(wèi)星載荷進行了系統(tǒng)性升級改進，可使美國及其盟友的通信帶寬數量增加17%。受保護的通信衛(wèi)星系統(tǒng)AEHF，前3顆衛(wèi)星目前已在軌工作運行，計劃在2017年、2018年和2019年分別發(fā)射第4、5、6顆衛(wèi)星。俄羅斯一方面對現有“信使”和“箭”系列衛(wèi)星通信星座進行擴充，另一方面加緊升級改造新一代“信使”低軌衛(wèi)星的通信和數據傳輸系統(tǒng)，并計劃在未來幾年內部署機要通信衛(wèi)星系統(tǒng)。

3 發(fā)展啟示

美國和俄羅斯的空間態(tài)勢感知裝備體系有著明確的需求和發(fā)展目標，以國家空間利益和最緊迫的需求為出發(fā)點，對現有的空間監(jiān)視裝備進行升級改造，并大力研發(fā)部署新型空間目標監(jiān)視設備；同時對“聯合空間作戰(zhàn)指揮中心”進行現代化改造，提高其指揮控制能力。從美俄空間技術發(fā)展脈絡中，可以得到如下幾點啟示。

(1) 預警衛(wèi)星系統(tǒng)能力拓展延伸,美國和俄羅斯部署的預警衛(wèi)星系統(tǒng)開始從戰(zhàn)略預警向戰(zhàn)術預警拓展。美國目前共有8顆在軌運行的反導預警衛(wèi)星，包括2顆低軌試驗衛(wèi)星、2顆“天基紅外系統(tǒng)”(SBIRS)衛(wèi)星和4顆第3代“國防支援計劃”(DSP)衛(wèi)星，對中段飛行的彈頭目標具有較強的跟蹤和識別能力。2015年11月17日,俄羅斯新一代“集成空間系統(tǒng)”(EKS)的核心導彈預警衛(wèi)星 “凍土” (首顆)成功發(fā)射，并計劃在2020年前再發(fā)射6顆同型號衛(wèi)星。EKS系統(tǒng)不僅能大幅度提升俄對其他國家彈道導彈發(fā)射的探測能力，而且憑借其穩(wěn)定的跟蹤能力和強大的信息處理能力，使俄羅斯反導武裝力量具備了快速反應以及決策執(zhí)行能力。

(2) 空間軍事化進程加快，美軍空間技術思維已從“空間是一種支撐”向“空間是一個作戰(zhàn)域”的轉變，未來世界任何重大軍事沖突都有可能延伸至空間領域。近年來許多國家致力于發(fā)展軍事航天力量，在如何進入空間、如何利用空間、如何管控空間等領域不斷加大投入力度，空間軍事化進程明顯加快。2017年4月，美空軍首次舉行“太空旗”訓練演習，美空軍太空司令部贊譽其開創(chuàng)了歷史新紀元；同年8月空軍舉行第2次“太空旗”訓練演習。

(3) 加快發(fā)展空間態(tài)勢感知多源數據融合處理技術，多源數據融合處理技術可大幅度提升美軍空間態(tài)勢感知能力，使空間事件的預報與預警時間從幾周縮短到幾小時，顯著提高空間態(tài)勢感知數據利用率，提升威脅判別的實時性和準確性。2016年DARPA 的“軌道瞭望”項目，創(chuàng)建了新型空間數據采集平臺，組建了全球最大的SSA網絡服務體系，并運用大數據技術融合處理了7家空間態(tài)勢感知數據提供商的實時數據，多源融合處理結果可提供更準確、更完整、更真實有效的空間態(tài)勢圖，為美軍空間態(tài)勢感知能力提升帶來革命性變化。

(4) 人工智能技術用于分析太空傳感器數據，洛·馬公司宣布將啟用NEC公司的人工智能軟件分析太空傳感器數據。NEC公司副總裁表示，人工智能技術的應用有利于增強空間態(tài)勢領域的安全性和運行效率。NEC公司和洛·馬作為所在行業(yè)技術的領導者，二者強強聯合有利于探索人工智能如何改進空間態(tài)勢信息產品的建設。

(5) 加強空間態(tài)勢感知領域國際與商業(yè)合作，為了最大限度地獲取各類空間態(tài)勢信息，美軍已與近50家衛(wèi)星發(fā)射服務商和運營商簽署領域合作協議，美國軍方將獲得的空間目標監(jiān)視數據與衛(wèi)星服務商和運營商通過遙測、跟蹤獲得的衛(wèi)星真實軌道數據進行對比分析，用以提高其空間目標監(jiān)視能力。為了進一步加強信息共享力度，截止2016年12月，美國已與世界上11個國家和2個國際組織(歐洲氣象衛(wèi)星應用組織和歐洲航天局)簽署了空間態(tài)勢感知信息共享協議，并建立空間態(tài)勢感知數據分享聯盟。

(6) 不斷拓展軍民融合的范圍，對地觀測、圖像、導航等不同類型應用衛(wèi)星和光電傳感器不僅可支持軍事作戰(zhàn)，還可以廣泛應用于經濟和社會其他領域，目前是軍民融合發(fā)展的重要領域之一。美國空軍正在開發(fā)空間作戰(zhàn)概念，通過日常性地利用盟國和商業(yè)的太空態(tài)勢感知信息，逐步驗證核實、制定、細化共享數據源準則。2017年5月19日，美國戰(zhàn)略司令部司令在國會表示，當年夏天美國太空態(tài)勢感知將開始融入商業(yè)數據；空軍航天司令部司令表示，融入商業(yè)數據是軍方聯合商業(yè)部門開發(fā)下一代戰(zhàn)場管理指揮控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。美國防部和NASA都在積極開展相關研究，盡管研究側重點不相同，但演示的技術很多是具有共性的。同時美國通過商業(yè)搭載、分布式手段等將太空能力分散布置在不同軌道、不同用途的平臺上，使空間監(jiān)視能力去中心化，以體系協同對抗可能的不對稱打擊，以增強空間監(jiān)視系統(tǒng)的安全性、抗毀性。此外，許多商業(yè)技術團隊正在研究軌道碎片清除、在軌裝配等空間先進技術，目前這些技術的使用界限比較模糊，但其軍事應用前景值得關注。

4 結束語

目前主要航天國家加速推進空間態(tài)勢感知能力體系建設，積極構建天地一體、覆蓋全軌道的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)，實現探測目標更小、監(jiān)視時效更強、軌道精度更高、目標識別更細、作戰(zhàn)響應更快的空間態(tài)勢感知能力。未來大數據技術、人工智能、多源數據融合處理等技術將成為空間態(tài)勢感知系統(tǒng)建設的熱

點問題，加強空間態(tài)勢感知的國際與商業(yè)合作將成為發(fā)展的主流。此外，開展軍民融合，通過整合來自政府、軍事部門、商業(yè)團體組織和科研單位的空間目標監(jiān)視數據，實現空間監(jiān)視數據的全面、高效利用也是值得重點關注的方向。

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[3] 湯澤瀅,黃賢鋒,蔡宗寶.國外天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展現狀與啟示[J].航天電子對抗,2015,31(2):24-26.

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