美國太空態勢感知體系研究新進展的啟示和建議

+王曉海（空間電子信息技術研究院 空間微波技術重點實驗室） 周宇昌（空間電子信息技術研究院 空間微波技術重點實驗室）

1.美國太空態勢感知發展現狀[1]-[3]

太空態勢感知是太空攻防對抗活動的基礎,也是太空信息化戰爭的主要支撐力量。空間能力已成為未來太空戰場的“戰略新高地”，各軍事大國都將大量資源投入到太空態勢感知研究和開發中。

從廣義上講，太空態勢感知是對所有發生在空間的事件、威脅、活動和狀態進行感知，是對影響太空活動的所有因素的認知和分析，能使指揮決策和操作人員獲取并維持空間優勢。

美國認為，太空態勢感知能力既是美國太空安全政策的基石，又是美國實現太空軍事化的前提，已將太空態勢感知能力視為“所有太空活動的基礎、太空控制的關鍵前提和不可或缺的作戰力量”。一直以來，美國高度重視太空態勢感知的軍事攻防和全球霸權作用，不斷加強相關領域布局，謀求先機。

2018年3月，美國白宮發布了新版《美國國家太空戰略》，提出要建立“四大支柱”，其中有三個與太空中的國家安全活動有關，包括強化威懾力和太空作戰選項、完善涉及太空態勢感知、情報和采購問題的“基礎性能力、結構和程序”等。同年，美參聯會發布的最新版《太空作戰條令》中首次確立“太空聯合作戰區域”概念，將原太空作戰任務包含的五大領域調整變為“態勢感知，太空控制，定位、導航與授時，情報、監視與偵察，衛星通信，環境監測，導彈預警，核爆探測，太空運輸及衛星操作”等十大能力領域，將太空態勢感知作為十大能力領域之首。

2019年4月10日，在第35屆太空研討會上美國和波蘭航天局代表簽署了太空態勢感知服務和數據共享協議，以支持美國和波蘭在太空疆域的態勢感知合作。同年11月，美國空軍航天司令部表示將采用天域感知（SDA）術語取代現有的太空態勢感知（SSA），突出空間作為一個獨立作戰域，并計劃將 SDA寫入相關作戰條令。

美國太空態勢感知體系由地基監視雷達、地基跟蹤成像雷達、地基光學深空監視系統、船載測量雷達、空間環境監視系統、衛星信號偵察系統、天基空間監視系統，以及其他裝備組成。由此可見，美國的太空態勢感知體系由地基和天基系統兩大部分組成，相互補充與配合共同完成太空態勢感知任務。

空間監視網（SSN：Space Surveillance Network）的探測裝備可分為專用型、兼用型和可用型三類。其中，專用型裝備由國防部所屬，專門用于太空態勢感知任務的雷達、光電、無線電裝備。兼用型裝備由國防部所屬，主要用于導彈預警、情報采集等任務，可兼用于太空態勢感知任務的大型相控陣雷達。可用型裝備由美國國內科研機構所屬或國外機構所屬，但通過合作協議接入美國空間監視網并提供共享數據的靶場試驗雷達、科學研究用的光電探測系統等。

截至2019年11月，美國太空態勢感知體系構成如圖1所示。

圖1 美國太空態勢感知體系構成(截至2019年11月)

2019年7月，美國新成立的統籌未來國防太空體系發展部署的航天發展局提出新一代國防太空體系發展架構，以“威懾層”描述了未來SSA體系架構的初步設想。(見圖2）

新一代構想體系包括：①2個大偏心率高傾角（HE/HI）軌道面；②140個大規模星座太空態勢感知節點；③地月L1/L4點；④地月L2點+月球星座（待定）。此外還包括3架先進地月空間機動飛行器。

新一代SSA體系的主要目標是針對航天國家在地月空間的探索和利用活動越來越頻繁，探索范圍不斷拓展的情況，構建覆蓋地月空間的態勢感知能力，同時通過大規模、無中心節點的分散部署形式，提升SSA體系彈性，增強對敵方攻擊的威懾能力。（見圖3）

美軍當前識別的構建未來SSA體系的關鍵挑戰包括：目標/背景特性、先進機動飛行器的軌道基地和軌道動力學、星上處理、與傳輸層通信、與作戰部隊集成。

2..美國太空態勢感知存在問題[4]

盡管美國已具備無人能比的太空態勢感知能力，但因太空目標監視網探測器數量、探測能力、地理分布等因素限制，他們自己仍然認為其太空態勢感知能力建設主要存在以下幾個方面問題：

（1）太空監視系統的覆蓋范圍不足；

（2）太空監視間隔時間過長，對衛星機動、碎片分解等事件反映緩慢；

（3）探測器的探測靈敏度不足，微小目標探測監視能力弱；

（4）目標特性獲取能力不足，造成對目標識別分析能力弱；

（5）太空環境監測預報能力不足；

（6）太空態勢信息解譯能力不足；

（7）太空態勢感知任務分配流程的靈活性不足；

（8）太空態勢感知力量的指揮控制能力不足。

上述問題使得其太空態勢感知能力作戰運用面臨以下問題：

（1）不能對所有太空目標進行實時準確定位和跟蹤，只能面向任務需求，利用目標位置計算預測與定點監測相結合、優先監視美國重點關注目標和軌道機動變軌目標等方式，在一段時間內對特定目標進行觀測；

圖2 美國防部航天發展局構想的下一代國防太空體系架構示意圖

（2）對太空目標的識別跟蹤能力弱，不能判斷衛星背后的操縱力量和操縱目的，不能實時監視高價值目標，觀測數據更新周期長達幾個小時。據此，美國認為其太空態勢感知能力不能充分滿足未來太空對抗的軍事需求。

3.美國太空態勢感知能力提升[4]、[5]

鑒于上述存在問題，美國主要通過以下四個方面實現太空態勢感知能力提升：

①加強太空態勢感知系統建設；

太空態勢感知系統建設主要是對已有設備升級及研制新型探測器、提升信息獲取能力，以及針對未來任務需要制定發展規劃和進行技術需求預測。

②提升太空態勢感知保障能力；

太空態勢感知保障能力主要是指對太空態勢感知網絡中的探測器和信息進行集成、升級和運行維護。

③強化太空態勢感知指揮控制；

太空態勢感知指揮控制核心任務和建設重點是構建以網絡為中心的、面向服務的一體化指揮與控制體系架構，推進聯合太空作戰中心任務系統升級改造。

④擴展太空態勢感知應用領域。

太空態勢感知應用領域延伸與拓展，通過對具備威懾能力核心內容的解密，適時公布對別國衛星的監視情況，以此昭告天下，無論低軌還是地球同步軌道目標，從開始機動到完成在軌交會，整個過程都在其嚴密監控之下，迫使對手懾于被發現并遭受報復而不敢貿然發動惡意攻擊，進一步提升其太空資產的安全性。

實現上述能力提升的目標的重要關鍵基礎以及有利支撐在于以下四個方面的應用發展：

①可重復使用運載器技術快速發展；

②光學成像技術創新研究應用；

③導航衛星體系構成逐步完善；

④軍事通信衛星技術逐漸發展完善。

4.美國太空態勢感知發展趨勢[1]、[2]

近年來，美國空軍提出“全球警戒、全球到達、全球作戰”的戰略思想，確定了要構建“全球到達、全球存在、全球感知”的太空空間偵察監視體系，滿足空間威脅實時響應需求，未來太空態勢感知發展在總體層面上呈現以下幾大趨勢：

①積極構建全方位、多層次的空間偵察監視體系；

②人工智能和云計算等技術成為SSA系統建設新熱點；

③SSA商業化服務和空間交通規范化管理成為新動向；

④塑造軍民融合和國際商業合作發展新格局。

針對太空態勢感知能力水平，其未來的發展趨勢如下：

①空間偵察監視覆蓋范圍更大；

②能夠識別和編目的空間目標種類數量更多；

③空間目標數據測量精度更高；

④空間目標數據更新周期更短。

針對太空態勢感知系統設備，其未來的發展趨勢如下：

①工作頻段從低頻段向高頻段發展；

②組織架構從固定單一向靈活多樣發展；

③質量體積從笨重龐大向輕便小巧發展；

④工作體制由單脈沖機械掃描、模擬相控陣向分布式、全數字陣列體制發展。

5.美國太空態勢感知啟示建議[1][6]

5.1 總體戰略啟示建議

①制定太空態勢感知體系相關政策文件，為全面具體深入開展研究發展提供支撐和指導；

②加強頂層設計和戰略布局，加強體系結構規劃，提升態勢感知和太空軍事作戰能力；

③加快推進天地一體化、分布式態勢感知網絡建設，發展全維空間態勢感知能力；

④制定太空大數據及人工智能發展戰略，推動新一代信息技術應用于太空態勢感知領域；

⑤加強太空領域的軍民融合，不斷拓展應用領域和范圍；

⑥加強空間態勢感知領域國際與商業合作。

5.2 具體技術啟示建議

①研制新一代空間目標監視雷達，進一步增強原始監視探測數據的獲取能力，重點提升對空間目標，尤其是小尺寸空間目標的探測容量、精度、時效性和成像識別能力，有效推動太空態勢感知技術的前進發展；

②采用地海空基和天基監視探測設備，不斷推出多維數據融合提取方法，將有力推進太空目標特性數據獲取處理分析識別等技術的發展。

③隨著智能數據處理、云數據挖掘和分布式處理計算平臺等的進步，目標特性數據庫將越來越完善，可以快速提升太空目標感知的水平和質量。

④研究弱小信號檢測和多源圖像融合處理等算法，不斷提高太空目標監視識別能力，實現在軌有效載荷的規避防護、太空目標監視識別和環境監視等，確保有效進出、控制、開發和應用太空。

⑤研發星載平臺自感知系統，加強空間資產的自保護能力

⑥研究采用信息支援和網絡防護等抗干擾手段，抵消因采用電子戰和計算機網絡攻擊手段造成的信息欺騙、干擾和拒止等行為，確保態勢感知系統的信息安全。

6.結語[2][7][8]

太空態勢感知作為掌握太空態勢，確保太空環境安全和航天器運行安全的基礎，已成為各航天國家發展的重點領域。目前主要航天國家加速推進空間態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勢感知系統，實現探測目標更小、監視時效更強、軌道精度更高、目標識別更細、作戰響應更快的空間態勢感知能力。

太空態勢感知是實施空間威懾的重要手段，也是實施空間攻防對抗的前提和基礎。擁有高水平、顛覆性太空態勢感知能力對于奪取制天權和制信息權具有非常重要的戰略意義，是航天強國的重要標志之一。

太空態勢感知是確保空間資產安全的有力保障，既能有效維護本國軍事航天裝備安全運行，夯實國防能力發展，又能保障關系國計民生的空間基礎設施和提供商業服務的商用衛星系統安全運行。國外政府和軍方均高度重視發展空間態勢感知能力，并注重軍民融合發展，從國家頂層統籌體系方案設計和系統能力建設。

圖3 威懾層示意圖

圖4 美國太空態勢感知空間監視全球覆蓋

我國應該不斷的加強太空態勢感知技術的研究與建設，密切關注大數據技術、人工智能、多源數據融合處理等未來空間態勢感知系統發展的熱點技術，加強空間態勢感知國際與商業合作。此外，開展軍民融合，通過整合來自政府、軍事部門、商業團體組織和科研單位的空間目標監視數據，實現空間監視數據的全面、高效利用也是值得重點關注的方向。

注釋

[1]李慧麗、續煥超 美國太空態勢感知能力解析與展望[J]. 網信軍民融合，2019（7）：

[2]趙志斌 美國太空態勢感知裝備體系研究[J]. 飛航導彈，2020（7）：77-80

[3]宋博 國外天基太空態勢感知系統發展研究[R]. 2019年中國空間技術研究院情報研究報告

[4]杜小平、李智、王陽 美國太空態勢感知能力建設研究[J]. 裝備學院學報，2017，28（3）：67-74

[5]唐勻龍、許厚棣、鈕俊清、任清安 空間態勢感知能力發展啟示[J].艦船電子對抗，2018，41（2）：56-60

[6]洪興勇、李文瑾 太空態勢感知體系結構及發展趨勢研究[J].電子世界，2017（11）：23-24

[7]牟進超、孫兆陽、劉昊 面向空天應用的太赫茲波實時態勢感知與監視探測技術[J]. 戰略研究，2017（4）：54-58

[8]仲小清、王興龍、李強、劉杰、王典軍、蔣文婷 國外天基空間態勢感知規劃與現狀研究[R]. 2018年中國空間技術研究院情報研究報告