24顆衛星星座用于天基反導可行嗎？

編譯/岳江鋒

近40年來，美國導彈防御倡導者一直設想在地球多層軌道上構建一套裝備有反導攔截武器的衛星星座，其中最常見的想法是研發“碰撞殺傷”型天基攔截導彈（SBI），由在軌攔截器發射助推器并改變其軌跡以擊中目標，利用動能碰撞原理擊毀飛行中的導彈和彈頭。天基攔截器的作戰范圍（即從其初始位置出發后的射程）受以下三個條件的約束：一是攔截器脫離軌道的機動速度，二是彈載推進劑的質量，三是飛抵目標前的時間余量。當對SBI系統進行建模時，這些約束條件共同起作用，極大地限制了攔截星座的效率。為實現對地球表面導彈威脅區域的全覆蓋，需要增加軌道上的攔截器數量。

如何認識國防分析研究所的研究發現

倡導部署天基攔截彈系統的人士經常援引一份由國防分析研究所（IDA）2011年撰寫的秘密報告的研究發現，以支持他們所持的“SBI可以以合理的成本提供有效的助推段導彈防御”觀點。但2018年初，憂思科學家聯合會指出，在闡述IDA研究發現方面存在著普遍性錯誤：即24顆衛星的星座只能夠用于中段反導，但助推段反導則需要數百甚至上千枚攔截器。

根據一份闡述2011年國防分析研究所報告細節的揭秘信件透露：24顆衛星可能形成“有限”的SBI層，在其約20年的運行壽命期間耗資約260億美元，包括部署10年后開展全面更新換代的費用。國防分析研究所的分析繼而指出，由960顆衛星構成的“全球”衛星星座可能提供助推段反導覆蓋，同期將耗資約2820億美元。

那么，由24顆衛星SBI層在助推段反導攔截上的效果究竟如何？在中段階段怎么樣？如果24顆衛星完全用于不同的導彈防御目的，如作為中段跟蹤和識別的天基傳感，效果又將如何？

24顆衛星星座無法滿足助推段SBI層的需求

根據美國物理學會、蘭德空軍項目、CSIS空天項目的分析，24衛星星座不足以進行助推段導彈防御。例如，將星座位置設定對某一地區提供最佳覆蓋范圍時，24顆衛星將有75%的時間不能完全覆蓋該地區。此外，這些衛星過頂的軌道也是可見的并且是可預測的。對手會確切知道這套星座何時沒有覆蓋，并據此制定攻擊計劃。因此，任何不能提供持續覆蓋的星座都不會對體系龐大的美國彈道導彈防御系統（BMDS）帶來有意義的貢獻。

盡管2011年IDA報告指出，每顆衛星能夠攜帶四枚攔截器，但就24顆衛星的星座而言，每顆衛星攜帶四枚攔截器并不比其攜帶一枚攔截器能夠提供更好的助推段防御，因為如果一枚攔截器無法及時到達目標導彈，那么其他三枚也不能。毫無疑問，哪怕是對一個較小的區域，24顆衛星構成的SBI系統也無法提供持續的助推段導彈防御覆蓋。

24顆衛星可在一定程度上滿足中段SBI層的需求

根據其部署方向，24顆衛星構成的SBI層可能在開展有限的中段導彈防御方面奏效。由于中段占據了導彈飛行的大部分時間（對于洲際彈道導彈將超過10分鐘），攔截器到達目標所需的時間比導彈助推段（可能只有2～3分鐘）要長得多。如前所述，同一軌道上的24顆衛星星座將為北緯60°以下的導彈軌跡提供持續的中段反導覆蓋，然而射向美國的在地球北極上空飛行的導彈，不會被這個特定的SBI星座完全覆蓋。雖然24顆衛星在導彈中段飛行期間可以到達攔截位置，但如果沒有識別彈頭、誘餌和碎片的高度保真數據，攔截器將無法成功擊中目標。為了實現這一功能，一些導彈防御倡導者提議部署天基傳感器（SBS）層。

▲ 天基紅外系統-低軌道衛星在軌飛行示意圖

▲ 天基紅外系統-高軌道衛星

▲ 空間跟蹤監視系統衛星

24顆衛星足以構成有效的全球性SBS層

盡管由24顆衛星構成的星座只能提供有限的中段反導攔截持續覆蓋，且不能滿足助推段反導攔截持續覆蓋，但相同數量的衛星卻可以提供出色的、可覆蓋全球的傳感器層。

▲ 總裝、調試天基紅外系統-高軌道衛星

▲ 廠房內的空間跟蹤監視系統衛星

▲ 天基紅外系統的地面指揮中心

現已部署的“天基紅外系統”（SBIRS）衛星利用紅外傳感器對火箭發動機產生的熱紅外特征進行助推段跟蹤。它們不是設計用來跟蹤中段飛行的導彈，因為此階段必須從極冷的空間背景中發現較冷的目標。在導彈發動機關機后，熱紅外特征變弱，使用紅外系統無法對其實現有效跟蹤。然而，低地球軌道上的SBS層卻可以使用雷達或光學傳感器來監測飛行中段的導彈，識別該段產生的彈頭、誘餌或其他碎片。

為中段跟蹤及識別構建SBS層的提議并不新鮮。20世紀80年代后期，它首次以里根政府戰略防御倡議的組成部分提出，當時構建的SBS層被命名為“智能眼”。90年代，克林頓政府在其SBIRS計劃提案中也涵蓋了一套SBS層，被稱為“天基紅外系統-低軌道”。2001年，美國導彈防御局掌管了這一計劃，將其重新命名為“空間跟蹤監視系統”（STSS），并將該計劃壓縮為兩顆演示衛星（STSS 1和STSS 2），這些衛星于2006年發射。盡管STSS最初提議建成包括20～30顆衛星的星座，但目前還沒有成形的具體計劃，另外，現有的兩顆演示衛星也沒有集成到整個BMDS架構中。

▲ 檢查天基紅外系統-高軌道衛星的通信子系統圖

▲ 檢查天基紅外系統-高軌道衛星的有效載荷

假設由24顆衛星構成的SBS系統均被發射到與兩顆STSS演示衛星相同的軌道高度和傾角，該星座將提供全地球覆蓋，對從地球任何位置發射的導彈進行中段探測跟蹤。

攔截器無法在沒有足夠的中段目標識別的情況下成功擊中目標。天基傳感器在跟蹤導彈時會駐留在軌道上，以區分導彈的彈頭和飛行過程中可能產生的其他碎片。與攔截器不同，傳感器的作用距離受到地平線和大氣的限制，地平線導致其無法跟蹤到地球另一側的導彈，大氣則可導致信號衰減和失真。因此，導彈飛行高度越高，越有可能被星座中更多的傳感器觀測到。如導彈達到1000公里或更高的高度，不管其落點或發射點在什么位置，設想的星座中至少有5個傳感器可以跟蹤到其彈道的某一部分。這種冗余設計非常有用，因為導彈跟蹤識別的精度會隨著更多傳感器的介入而提高。

綜上所述，SBI系統經常因其具有助推段反導攔截能力而受到吹捧。然而，僅有24顆衛星的天基攔截器星座不足以在助推段導彈防御中發揮作用，而在用于中段反導攔截時效果會更好些，可在地球的某些部分提供有限的反導攔截覆蓋。另一方面，作為SBS層，在低地球軌道上運行的24顆衛星星座卻具有較好的作戰能力，并且在其不用于跟蹤導彈時，還可跟蹤太空中的其他衛星,這將補充美國空軍現有的空間態勢感知架構，以更好地跟蹤其他空間物體，并更準確地為潛在的碰撞預警。

因此，如果將24顆衛星構成的星座作為天基傳感器而不是攔截器，將是更有效的導彈防御系統。