反卫星武器

1959年美国提出的反卫星武器

反卫星武器

反卫星武器(ASAT or anti-satellite weapon)是指从地面、空中或外层空间攻击敌方卫星的武器技术。[0][1]美苏的冷战竞争导致太空军事化,并投入了大量的资金来研发各种反卫星武器。[2]美国是开展反卫星试验时间最早、次数最多、种类最全的国家。[3]1958 年,美国空军用一种名为Bold Orion (WS-199B)的核弹头空射弹道导弹 (ALBM) 来执行历史上第一次“反卫星武器”测试任务。[4]1964年美国部署了第一个反卫星武器系统:奈基-宙斯反卫星核导弹。该导弹在1967年被空军437计划的“雷神”反卫星核导弹取代。[5]1985年9月13日,美国一架F-15A向600 公里轨道上对太阳观测卫星“P78-1”发射AMS-135反卫星导弹,将目标成功摧毁。[6]苏联从1963年到1982年,其“IS”共轨反卫星系统总共发射了2个反卫星武器原型、21个IS反卫星航天器和16个靶标。[7]1973年2月13日,“IS”反卫星系统正式投入部署。[8]1964年,中国“640”工程启动。1970年8月国防科委提出到1974 年在主要战略导弹武器,包括反卫星导弹,要赶上当时美、苏的水平。[9]印度在21世纪初期也开始对反卫星武器感兴趣。[2]

反卫星武器(ASAT or anti-satellite weapon)是指从地面、空中或外层空间攻击敌方卫星的武器技术。[1][2]美苏的冷战竞争导致太空军事化,并投入了大量的资金来研发各种反卫星武器。[3]美国是开展反卫星试验时间最早、次数最多、种类最全的国家。[4]1958 年,美国空军用一种名为Bold Orion (WS-199B)的核弹头空射弹道导弹 (ALBM) 来执行历史上第一次“反卫星武器”测试任务。[5]1964年美国部署了第一个反卫星武器系统:奈基-宙斯反卫星核导弹。该导弹在1967年被空军437计划的“雷神”反卫星核导弹取代。[6]1985年9月13日,美国一架F-15A向600 公里轨道上对太阳观测卫星“P78-1”发射AMS-135反卫星导弹,将目标成功摧毁。[7]

苏联从1963年到1982年,其“IS”共轨反卫星系统总共发射了2个反卫星武器原型、21个IS反卫星航天器和16个靶标。[8]1973年2月13日,“IS”反卫星系统正式投入部署。[9]1964年,中国“640”工程启动。1970年8月国防科委提出到1974 年在主要战略导弹武器,包括反卫星导弹,要赶上当时美、苏的水平。[10]印度在21世纪初期也开始对反卫星武器感兴趣。[3]

反卫星武器主要包括核能反卫星、直升式动能反卫星、定向能反卫星、共轨反卫星等四种。[1]测试“动能反卫星武器”将会在太空轨道上制造大量的卫星碎片。美国苏联在 20 世纪 70 年代和 80 年代都开发并测试了反卫星武器,至少产生了数千块碎片。[11]

目前美国、俄罗斯和中国都是拥有反卫星武器的国家。[1]2019年2月印度进行了一次失败的反卫星试验,后续又在3月宣称新的反卫星实验取得成功。尽管印度官方宣称该国是第四个拥有反卫星武器的国家,但实际该国反卫星武器技术和中国有很大差距。[12]2022 年4月18日,美国副总统哈里斯正式宣布:美国将终止“毁坏性的直升式反卫星试验”。但中方认为这是美国企图主导外空的政策、理念和战略,削弱俄罗斯和中国的影响力。[13]

历史沿革

人造卫星出现后,必然引发反卫星的研究。冷战美苏对抗加剧反卫星项目与技术的发展,冷战后反卫星受制于国际环境和全球对卫星的依赖,对抗没有冷战时期那么激进,但考虑到军事必要性有些国家还是会研究相关技术。[14]

历史背景

人造卫星的运行特点决定了其具有重大的军事价值,苏联首先发射人造卫星导致美国研发反卫星武器,而美国对苏联的卫星侦察也引发苏联开发类似的技术。美苏的冷战竞争导致太空军事化,并投入了大量的资金来研发各种反卫星武器。但反卫星武器对空间资产带来的巨大破坏,也让美苏两国不得不通过各种措施来进行约束,来减缓反卫星武器的部署速度。例如《外层空间条约》的出现,美国国会对反卫星武器的研发资金和测试的限制,以及苏联在1983年单方面宣布暂停反卫星试验。现在卫星不但在战时能起到“力量倍增”作用,而且已经成为重大的民用公共设施。在军事上,卫星在保密通信、目标定位和导航服务、天气预报和战斗评估等方面执行重要的军事支援任务。一些商用卫星也在提供类似的功能。在民用上,卫星在导航、通讯、气象服务、遥感探测上的应用也早就形成了巨大的市场。因此反卫星武器的发展非常敏感,而后发的一些航天大国担心自己的卫星资产受损,同时受到美俄反卫星武器的影响,也在开发反卫星武器。[3]

基本概念

卫星不仅是在空间轨道的卫星本身,此外还包括卫星、地面站和连接用户的通信系统三部分,因此反卫星武器有广义和狭义的概念。从广义上来说,能够破坏或干扰卫星系统中任何一部分工作的武器或手段,都可以称为反卫星武器;从狭义上来说干扰或破坏卫星本身的武器都是反卫星武器,包括软杀伤和硬杀伤武器。反卫星武器系统一般包括侦察、指挥和打击三个子系统。[14]

开发反卫星武器国家,必须能够通过雷达、光学等设备同时监测轨道上的数千个物体
开发反卫星武器国家,必须能够通过雷达、光学等设备同时监测轨道上的数千个物体

反卫星武器技术首先依靠的是监测卫星的能力。开发反卫星武器的国家,必须能够通过雷达、光学等设备同时监测轨道上的数千个物体,同时识别新发射的卫星,然后还要有先进的计算机设备能够存储所有这些物体的轨道数据,并计算它们未来的轨道,从而为任何反卫星拦截器提供目标坐标。同时监测系统还要能够判断目标卫星的性质,以区分其功能和性质。其次拦截技术需要快速的武器系统,能够接近在太空中轨道高速运行的目标,以便产生破坏作用。[15]

相关理论

冷战时期,太空资产主要服务于军用,为本国核力量提供指挥与控制,确保维持第二次核打击能力,美苏争相研发反卫星武器,是为了增强自身在外空攻防对抗准备中的筹码,减少对方外空军事利用,但等于加剧了核大战爆发的危险,因此美苏双方对反卫星武器都很警惕。但是从博弈论的角度看,反卫星武器的最好选择是双方都不发展,因为只要有一方技术发展实现了突破,就会引发反卫星领域的军备竞赛。实际美国从冷战末期就一直试图通过技术领先来统获得战略领域的绝对优势,而冷战后美国技术优势不断扩大,其结果就是外空领域国际权力结构严重失衡,而其他大国必然会努力遏止美国控制外空的企图。[16]

地缘政治理论来分析,美国不断开发各种先进的反卫星武器,是基于空间控制能力的地缘政治竞争一种新的表现形式,是基于美国在北美和全球地缘扩张史的现实,服务于美国绝对军事优势和绝对霸权的需要。[17]

美国

美国尽管不是第一个发射卫星的国家,却是第一个研究反卫星武器的国家。早在1946年,美国海军和陆军航空队就开始了美国对军用太空卫星的首次研究。这些军种都试图通过研究宣示自身有权在太空中开发武器。1948年美国对外公布了一些外太空军事化的项目。1954年美国就设想在高轨道上发射1颗携带核武器的侦察卫星,能够实施太空攻击,这一概念甚至早于第一颗人造卫星发射。[15]

美国曾经设想在高轨道上发射携带核武器的侦察卫星,与核弹头很相似
美国曾经设想在高轨道上发射携带核武器的侦察卫星,与核弹头很相似

1957年苏联发射第一颗人造地球卫星,直接刺激美国开始开发反卫星武器。1958年美国空军的空中研究与发展司令部 (ARDC) 率先启动反卫星武器的研究,随后美国国防高级研究计划局 (DARPA) 也赞助了两项发展太空防御的可行性研究。[18]

“圣徒”(SAINT)计划

在1957年苏联发射卫星后,美国开始实施“圣徒”(SAINT)计划,旨在研制一种拦截、检查和摧毁敌方航天器的武器系统。该武器实际是一种天基反卫星武器,能够多次变轨具备和1850-7400公里高度卫星进行交会并通过传感器实施检查的能力,如果确定对方航天器为恶意,就可以通过撞击、星载激光等手段实施摧毁。“圣徒”计划首次发射于 1962 年 12 月进行,但是这种“太空核查”的理念很快就被证明效果并不好,因为苏联卫星有自毁自爆等各种“反检查”的能力,而且不如直接使用导弹等武器直接摧毁卫星。因此该项目在1962年就被放弃了。[19]

SAINT反卫星结构图
SAINT反卫星结构图
首次反卫星试验

20世纪50年代末加利福尼亚大学利弗莫尔辐射实验室的物理学家尼古拉斯·克里斯托菲洛斯认为,在太空或高空爆炸的核装置可能会提供足够的能量来产生电粒子,进而会破坏或破坏卫星的电子元件、杀死航天器机组人员、干扰军事通信链路并破坏反弹道导弹系统。1958年4月美国国防部批准了3项太空核爆炸实验,代号“百眼巨人计划”。1958年7月,卫星“探索者4号”被送入太空,将测量核爆对卫星的影响。1958年8月,美军向8万米高空发射了3枚带有1700吨TNT当量核弹头的火箭,测试结果印证了克里斯托菲洛斯的理论,[20]

“百眼巨人计划”中准备发射的火箭
“百眼巨人计划”中准备发射的火箭

1959年10月13日,美国空军卡纳维拉尔角进行了一次机密发射。当天1架美军B-47轰炸机在弗吉尼亚州沃洛普斯岛附近的地区上空,通过引导向空中发射了1枚“大胆猎户座”空射弹道导弹,瞄准的目标是正前方太空中的美国“探索者6号卫星”前方16公里的位置。当时这颗卫星正处在近地点250公里的高度上。最终通过空射弹道导弹弹头的无线电信标,证明弹头在卫星半径6.4公里通过。而“百眼巨人计划”已经证明,这个距离导弹如果携带核弹头,其威力完全可以摧毁这枚卫星。因此这是历史上第一次“反卫星武器”测试。[21]实际“大胆猎户座”空射弹道导弹并不是为了反卫星武器为目的而开发的,它原来的研发目的是为了提升空军弹道导弹的威慑性,避免地基核导弹苏联突袭而无法实施核反击。[22]

B-47轰炸机和“大胆猎户座”空射弹道导弹
B-47轰炸机和“大胆猎户座”空射弹道导弹
505计划到437计划

1962年4月,美国国防部长麦克纳马拉要求陆军研制“奈基-宙斯”反导导弹的反卫星型号,并部署在夸贾林岛。这种导弹携带有40万吨TNT当量的核弹头,相比反导型号是改进了上面级的机动性,型号定位DM-15S。在经过3次测试后,奈基-宙斯反卫星导弹在1964年正式部署。这是美国的第一个反卫星武器系统,被称为505计划。该导弹在1967年被空军437计划的“雷神”反卫星导弹取代。[6]

奈基-宙斯反导导弹
奈基-宙斯反导导弹

在20世纪60年代初,美国存在多个并行的反卫星计划,除了陆军的505计划外,空军提出了多个反卫星计划,包括卫星携带激光武器反卫星、有人驾驶的航天器反卫星等概念,但是国防部以没有"经过验证的军事需求"为由拒绝这些提议。[23]

1962年7月9日,美国太平洋的约翰斯顿岛进行了“海星一号”太空核试验,使用“雷神”导弹携带1枚140万吨TNT当量的W49核弹头,在距离地面400公里的外太空引爆。这场外太空核试验产生的电磁脉冲导致1600公里外夏威夷的电力服务中断、电话服务中断以及路灯熄灭。3000公里外的人都能看到核爆引发的极光现象。这次外太空核爆还损害了至少6颗卫星,其中包括美国AT&T公司的Telstar通信卫星上的晶体管[24]

“海星一号”太空核试验引发的极光现象
“海星一号”太空核试验引发的极光现象

时任美国国防部长的麦克纳马拉认为,美国太空军事化应该由空军来主导,陆军参与实际是分散了资源,所以支持空军的437计划。该计划相对于陆军反卫星武器,第一个优势是直接利用现成的雷神导弹,而且可以利用空军的全球探测体系;第二个优势是能携带威力更大的W49核弹头,当量达到140万吨TNT;第三个优势是部署地点约翰斯顿岛位于夏威夷的西南偏西方向,能够在敌对卫星抵达美国本土之前进行拦截。437计划成立了第10航空航天防御中队,使用北美空防司令部的全球雷达和光学传感器的预警系统来监测敌方卫星。437计划使用了一种特殊的软件,根据跟踪雷达获取的卫星轨迹信息来计算拦截位置,然后引导引导弹头实施拦截。从1964年6月,美军在约翰斯顿岛的发射台上始终保存2枚“雷神”核导弹,处于待命发射状态。在1965年4月437计划进行的拦截试验中,弹头和靶标卫星距离仅2公里,精度符合拦截要求。最终国防部在1965年9月授权购买16枚额外的反卫星导弹,用于1966年到1971年执行拦截任务。[25]

437计划在约翰斯顿岛部署的“雷神”核导弹
437计划在约翰斯顿岛部署的“雷神”核导弹

但是437计划同样存在问题。第一是美国在60年代卷入越南战争,大量的资金和人力从437计划中抽走,导致战斗训练次数大幅度缩水。第二是约翰斯顿岛并不安全,存在被风暴和苏军袭击的可能性,而后来在1972年飓风就摧毁了约翰斯顿岛的大部分设施。第三是反卫星效能低。因为随着苏联可以通过发射特定倾角轨道的卫星来缩短美军的探测预警时间,同时苏联可以通过各种轨道轰炸系统和太空诱饵让美军的拦截计算系统过饱和。而美军在外太空发射核导弹反卫星,除了可能引发核战争之外,同样也杀伤自己的卫星。最终437计划于1975年3月6日正式终止。[26]

437计划终止后封存的雷神导弹
437计划终止后封存的雷神导弹

在437计划进行阶段,美国空军就开始开发更先进的922计划。美国国防部在1968年就透露922计划将使用常规弹头配备红外末制导系统来碰撞杀伤实施反卫星任务。此外美国还有更加隐秘的使用激光来实施反卫星的研究项目,但仍处于前期探索阶段。[27]

ASM-135反卫星武器

在20世纪70年代后期,美国预计苏联将研制出能够摧毁美国关键侦察和通信卫星的“IS杀手卫星”武器系统。因此开始研制新一代反卫星武器来实施战略遏制。[28]1977年新的反卫星武器正式开始,1979年沃特公司获得一份合同,开发一种用于近地轨道卫星的空射导弹。这是一种由F-15携带的空射弹道导弹,采用多级火箭配置,最终采用红外导引头制导,弹头使用 63 个小型短脉冲火箭发动机进行机动,最终直接碰撞摧毁目标卫星。1985年9月13日,美国一架F-15A向600公里高度轨道上对太阳观测卫星“P78-1”发射反卫星导弹,将目标成功摧毁。这是沃特公司反卫星导弹唯一一次全面的实弹试验,后来被正式命名为ASM-135A。实际美国研制直接碰撞杀伤反卫星武器,从60年代就开始了,这次只不过是利用苏联来正式部署而已。[7]但这种武器在1988年被废止,因为美国认为这种反卫星武器带来大量的碎片,对美国自身的太空资产不利。在1985年的测试后,国会禁止了美军继续进行反卫星实弹试验。后续美国开始研究激光和定向能反卫星的技术,因为这些反卫星武器不会产生威胁己方卫星的碎片。[29]

弹头直接碰撞摧毁目标卫星的想象图
弹头直接碰撞摧毁目标卫星的想象图
星球大战计划和反卫星武器

1983年3月23日,时任美国总统里根发表了“星球大战”演说,提出以各种手段攻击敌方在太空运行的洲际战略导弹和外层空间飞行器,以抵御苏联对美国及其盟国发起的核攻击。同年10月,美国制定了战略防御计划(SDI),被称之为“星球大战”计划。[30]当时美国国防部官员承认,“星球大战”宣称用于反导,但和反卫星武器技术存在巨大的技术重叠,因为这两种武器都可以使用小型“动能”弹头,与太空中的物体发生碰撞。美方认为,当时美国国内对反卫星武器的限制会干扰战略防御计划,实际上任何反弹道导弹系统都将具备反卫星的能力,如果美国国会试图禁止研发攻击卫星的手段,那么就等于终止“星球大战”计划。[31]

“星球大战”计划兼具反导反卫星的双重功能
“星球大战”计划兼具反导反卫星的双重功能
“卫星驱逐舰”(IS)反卫星武器

苏联研制反卫星武器的历史,最早可以追溯到1956年,当时科罗廖夫的 OKB-1设计局就开始设计“太空检查”卫星。而在1959年,另一位航天专家弗拉基米尔·切洛梅开始提出“卫星驱逐舰”(IS-Istrebitel Sputnikov)的设想,这是一种具有有限独立制导能力的航天器,能够搭载炸药并进行轨道机动来摧毁对方的卫星。在1960年苏联击落U-2侦察机后,美国对苏联的侦察全面依靠太空卫星,因此当时的赫鲁晓夫政府试图屏蔽美国的卫星侦察,而切洛梅就在会议上向赫鲁晓夫提出了他的设想并得到了政府的大力支持,并在1961年3月正式立项。苏联冷战时期的反卫星武器,基本都是围绕“IS”系统开发的。[32]

“Polet-1”原型机
“Polet-1”原型机

从1963年到1982年,苏联的“IS”系统总共发射了2个反卫星武器原型、21个IS反卫星航天器和16个靶标,总体分为三个阶段。第一个阶段为1963-1964年,为原型机测试阶段;第二个阶段为1967-1972年,为反卫星武器测试阶段;第三个为1976-1982年,为改进部署阶段。[8]

切洛梅给反卫星武器设计了可重复使用的太空推进系统,无论是在各个方向的过载作用下,还是在零重力条件下,都能保证航天器的机动能力。1963年11月1日,搭载原型航天器的运载火箭发射升空。原型机代号为“Polet-1”,在轨道上制定了复杂的机动,反复启停发动机,直至燃料耗尽。苏联称这艘航天器在世界上首次实现了在太空改变轨道平面高度和倾角的任务。1964年4月12日,第二个原型机“Polet-2”发射。[33]1967年10月27日,苏联进行了IS反卫星航天器的首次发射。[8]

“IS”反卫星航天器重量大约为2.1吨,类似于一个框架结构的卫星。其头部是直径2.1米的雷达天线,用于制导航天器接近目标卫星,后面是制导的电子设备,再后面是四个互相垂直的变轨发动机用于轨道机动和校准目标,在变轨发动机中间是摧毁目标卫星的弹头。苏联设计了两种100公斤重的弹头,一种是预判目标的追击-撞击模式,另外一种是类似防空导弹的破片散布式弹头。航天器的最尾部是加速发动机[9]1968年11月1日,苏联发射了第3枚“IS”反卫星航天器,搭载一个破片散布式弹头,成功摧毁了“宇宙-248”号卫星。这是历史上第一次太空共轨反卫星拦截试验。[8]1971年,苏联发射了3枚IS反卫星航天器,其中前两枚拦截失败而第三枚拦截成功。1972年5月26日,美苏签订《限制战略武器条约》和《反导条约》。1973年2月13日,“IS”反卫星系统正式投入部署,可拦截100至1350 公里高度的目标。[9]

美国情报机关绘制的IS反卫星航天器作战想象图
美国情报机关绘制的IS反卫星航天器作战想象图

1976年,苏联再度恢复了“IS”反卫星系统的测试发射。苏方认为美国发展航天飞机就是一种更先进的反卫星武器和太空轰炸机,而且美军正在开发的GPS卫星系统在地球同步轨道,这远远超出了苏联第一代“IS”反卫星武器的拦截高度,因此苏联需要开发测试第二代“IS”反卫星武器。但是美国否认这一点,反而以苏联恢复“IS”反卫星系统试验为理由,开发空射反卫星导弹等新武器。[34]

但是美国评估认为,相比第一代反卫星武器,第二代发展并不顺利。当1968年至1971年进行的苏联反卫星试验中,大约70%的测试是成功的。而在1976年至1981年的试验中,多轨道攻击的成功率为72%,单次轨道的成功率仅为40%。雷达制导拦截器的失败率为30%,而使用热感应传感器试验则全部失败。这些试验仅针对一种非常有限的轨道倾角范围,并没有对应低轨道美国卫星的倾角。[35]1983 年,苏联领导人尤里·安德罗波夫宣布单方面暂停反卫星试验。[32]

“大地-3”(Terra-3)反卫星激光武器

除了共轨反卫星武器,苏联还在冷战时期开发了激光定向能反卫星武器,但是技术难度很大。苏联在哈萨克斯坦东部的萨雷·沙甘基地研发了“大地-3”(Terra-3)反卫星激光武器,但直到苏联解体也没有实现激光反卫星技术的实用化,只能实现有限的激光致盲效应,可能有能力损坏卫星的机载光学设备。由于担心航天飞机的侦察,苏联国防部长德米特里·乌斯季诺夫在 1983 年秋天首先要求使用“大地-3”使用激光来跟踪航天飞机。1984 年10月10日,“大地-3”激光器对“挑战者”号航天飞机进行了低功率跟踪设置。美国政府向苏联提出正式的外交申诉。美方称激光干扰了船上的通讯,并导致船员不适,包括暂时失明。但是事后美方宇航员称没有受到任何影响。[36]1989年,戈尔巴乔夫允许美国代表团参观萨雷·沙甘基地的“大地-3”系统。美方在参观后认为该系统并不具有反卫星的能力,最多只能在在太空中定位和跟踪物体。[37]

“大地-3”反卫星激光武器想象图
“大地-3”反卫星激光武器想象图
“极地”(Polyus)天基反卫星系统

1976年,苏联官方秘密通过了“关于研究制造用于太空作战行动的武器的可能性”的决议,下令第一试验设计局(OKB-1)开始设计天基武器平台。当时给定的设计任务就是开发能够打击敌方军事航天器和导弹的天基武器平台。苏联研究机构以“礼炮一号”空间站为基础,设计了两种天基武器平台,一种是搭载导弹的17F111“Kaskad”,另外一种就是搭载激光系统的17F19 “Skif” 。1981年,苏联决定首先研制反卫星武器。1983年美国宣布“星球大战”计划,而苏联的天基武器平台项目也获得了更多的财政支持。1983年苏联开发出了能够用伊尔-76搭载的1兆瓦的二氧化碳激光器。同年苏联宣布开发“能源”火箭,能把100吨的载荷送入近地轨道。因此在1984年苏联下令开始建造17F19 “Skif”天基激光武器系统。该系统主要包括功能服务模块(FSB)和一个目标模块(CM)。功能服务模块主要是发动机太阳能电池板,而目标模块则是激光武器部分,包含工作流体舱(ORT)、能量舱(OE)和特殊设备舱(OSA)。工作流体舱是二氧化碳气体,能量舱安装两台大型电动涡轮发电机,每台容量为 1.2 兆瓦。特殊设备舱则装有激光器本身以及制导系统。该平台长度为25.2米,直径为4.1米。1987年2月苏方决定使用能源火箭发射17F19 “Skif-DM”天基激光武器系统,公开名称为“Polyus”飞船。1987年5月戈尔巴乔夫视察拜科努尔发射基地,公开反对该平台在太空进行天基激光武器测试,但私下却允许火箭发射。实际这次发射的“Skif-DM”系统,并没有携带激光器和发电机。1987年5月15日,“能源”火箭发射“Polyus”飞船后失败,系统落入大气层坠毁。1987年9月,“Skif-DM”天基激光武器系统开发项目终止,1993年5月“能源”火箭项目终止。[38]

“Polyus”天基反卫星系统
“Polyus”天基反卫星系统

中国

1964年2月6日,毛泽东会见钱学森等3位科学家。钱学森汇报说准备研究防弹道式导弹的技术,但是条件不够。毛泽东表示:“有矛必有盾,搞少数人有饭吃,专门研究这个问题;五年不行,十年;十年不行,十五年。总要搞出来的。”这一指示成为中国研究反导反卫星的依据。1965年七机部确定反导体系代号为“640”工程就此诞生。1970年7月,国防科委提出在北京建设第一个“反导反卫星”防区。1970年8月国防科委设想在1974 年。中国主要战略导弹武器(包括洲际导弹潜射导弹和反导弹、反卫星导弹)方面,赶上当时美、苏的水平,在1974年建成我国第一个反导弹、反卫星防区。1974年中国完成了反卫星卫星“反卫一号”的设计和部分设备研制工作。1976年中国研制成功7010相控阵预警雷达,1977年110型超远程跟踪雷达装备部队,对于反卫星预警探测有重要意义。1980年3月,反卫星技术的总体方案设计任务被调整为单项预研。1982年“640”工程下马。[10]

核能反卫星

核能反卫星就是将核武器射入目标卫星的轨道,对其进行追踪,然后利用核爆炸将其摧毁。它的作用距离远,杀伤半径大,技术门槛低,在武器本身的制导精度较差情况下仍能破坏目标。但其缺点是准确度低,反应速度慢,从升空到摧毁要几天的时间;另外核弹的附加破坏效应大,己方卫星也会被杀伤,而且外层空间引爆核武器有引发核大战的危险。[1]1962年美国太平洋的约翰斯顿岛进行的“海星一号”太空核试验,实际就是一次核能反卫星试验。[24]

“海星一号”太空核试验
“海星一号”太空核试验

但是对于某些没有多少太空卫星资产,同时却拥有导弹核武器的国家来说,核能反卫星是一种有效的对美国的“非对称威慑”。首先用导弹把核武器发射到太空,比向美国本土发射核弹头更加容易。其次太空核爆能重创美国的太空资产,因为美国是拥有卫星数量最多的国家,而且大量的商业卫星中的电子器件无法达到军用卫星抗辐射的标准。第三是即便向太空发射核武器,美国也很难使用核武器进行报复。[39]

直升式动能反卫星

直接上升式反卫星是指反卫星导弹不进入目标卫星的轨道,而只是当目标卫星经过上空时,对其进行瞄准攻击直接摧毁。[1]拦截器是被送入与目标卫星轨道平面相同而高度角度的轨道,然后通过机动飞行快速上升接近目标将其摧毁。[40]直升式反卫星武器最发射载具的要求较低,射程900公里的弹道导弹能达到的高度为300-450公里,要达到800公里的高度,需要射程1600公里的导弹。直升式反卫星武器的难点是制导和控制,需要将动能杀伤弹头直接送至目标卫星附近,然后通过弹头的机动发动机和制导装置实现碰撞杀伤。[41]直升式动能反卫星的另一个缺点是会在轨道上产生大量的碎片,危及其他卫星和航天器。[42]1985年9月13日,美军F-15发射的ASM-135A空射反卫星导弹,就是直升式动能反卫星导弹。[43]

ASM-135A是直升式动能反卫星导弹。
ASM-135A是直升式动能反卫星导弹。

2022 年4月18日,美国副总统哈里斯正式宣布:美国将终止“毁坏性的直升式反卫星试验”,并呼吁其他国家加入相同承诺。其目的是为了干扰其他国家发展展不对称反卫星能力,维护自己的太空实力优势。美国最早发展直升式反卫星,其结果就是引发他国纷纷仿效,在技术扩散后美国又开始利用制度来制约他国。[13]

定向能反卫星

定向能反卫星武器包括高能激光、粒子束与微波等途径。通过发射高能激光束、粒子束、微波束直接照射目标卫星进行破坏。卫星的精细构件例如太阳能电池板和光学传感器都是十分脆弱的环节,很容易被激光损害。定向能反卫星武器的特点是速度快、攻击空域广,但缺点是技术实现难度大。[44]1997年10月,美军宣称其中红外先进化学激光器 (MIRACL)首次成功测试并瞄准照射了416公里高度的1颗美国卫星。这是首次公开的定向能反卫星试验,尽管靶标卫星只是被照射,具体损毁状况并不清楚。[45]

激光反卫星可分为地基和天基反卫星激光武器,其中地基反卫星激光武器涉及的氧碘化学(COIL)强激光器功率放大技术、大口径自适应光学技术、高功率光学元件加工技术和主动卫星跟踪技术已经突破,但由于武器敏感性,实际部署未有公开报道。[46]天基反卫星激光武器正处于关键技术的可行性验证和开发阶段,未来估算一次部署24颗天基激光武器星座全部成本将达到970亿美元。[47]粒子束武器是一种尚处于原理或实验室研究阶段的武器设计方案,和实战还有一段距离。[48]微波武器反卫星由于传输特性在地面使用的难度很大,更有可能主要应用于天基,其主要特点是并不需要类似激光和粒子束武器的高精度瞄准装置。[48]

共轨反卫星

共轨式反卫星是借助火箭把杀伤卫星送入预定轨道。杀伤卫星装有主发动机、姿态控制发送机轨道机动发动机、雷达或红外制导装置以及战斗部。杀伤卫星发射入轨绕地球飞行1-2圈后转到与目标卫星几乎相同的轨道上,然后追踪目标卫星,在靠近目标卫星时根据地面指令引爆战斗部将目标卫星摧毁。苏联早期开发的“IS”反卫星武器就是共轨反卫星武器。[44]共轨式反卫星拦截器虽具有一定的作战能力, 但缺点也很明显。例如拦截器只能攻击飞经发射场上 空轨道面的卫星,一天只有两次攻击机会,拦截目标的时机受限,从发射到拦截所需时间也较长,对方也就有了规避和对抗的措施。[49]但是随着技术的发展,共轨式反卫星又呈现出新的特点。1998年美国开始研究软杀伤反卫星技术2007年美国发射“轨道快车”卫星,就具备共轨软杀伤能力,能够对目标星进行跟飞或绕飞,能欺骗干扰目标星空间信息链路数据与测控信号,或者向目标星喷洒化学物质,污染目标星上仪器。[50]

新一代共轨式反卫星具备软杀伤能力
新一代共轨式反卫星具备软杀伤能力

预警技术

预警系统是反卫星武器系统的重要组成部分,因为只有对目标的准确定位与跟踪,才能奠定对在轨目标进行打击的基础。传统的卫星测控是以地基雷达和海洋测量船为基础对目标进行定位跟踪,从反卫星的需要看,上述探测手段比较单一,而且不能全球布站,其作用范围也将受到限制,无法掌握轨道的全面情况,覆盖率和时效性也很难保证。反卫星要求大力发展地、海、空、天一体多手段、多频段、全天候、具有对多目标定位跟踪能力的反卫星预警系统。其中天基空间目标监测系统是弥补地基系统的不足‚的有效手段,能形成对整个空间态势的近实时评估能力,显著增强空间对抗能力。除此之外,反卫星预警系统技术还包括宽带高分辨相控阵雷达、组网联合探测制导技术等。[51]

预警系统是反卫星武器系统的重要组成部分
预警系统是反卫星武器系统的重要组成部分

指控技术

指挥控制技术就是根据预警系统提供的目标信息,形成指挥和控制命令,制订具体的作战计划,保障各种相关战场信息及时准确传输,也就是C3I系统。反卫星的C3I系统还要有相关的决策支持系统,能解决战场态势评估、作战参数计算、作战方案选择以及作战效果评估等问题。[51]实际对于军事大国来说,本身就具备全球性作战的指控系统和预警,而反卫星作战只是大系统的一部分。这也意味着一般地区性国家研制反卫星武器基本不可能,因为无力承担预警、指控等方面的巨量的投资和建设。[49]

指挥控制技术就是根据预警系统提供的目标信息,形成指挥和控制命令
指挥控制技术就是根据预警系统提供的目标信息,形成指挥和控制命令

推进技术

推进技术对于直升式反卫星有重要的意义。直升式反卫星的推进技术包括两个方面,一方面是助推火箭性能,另一方面是动能拦截弹头的姿态控制性能。助推火箭的性能需要推进剂具有高能、高燃速和高压燃烧稳定性,同时采用高比强度火箭发动机壳体材料和耐烧蚀喷嘴材料。动能拦截弹头的姿态控制则需要高推重比的固体或者液体推进剂。固体推进剂推质比高,利于拦截弹头的小型化,但在实现推力矢量控制、发动机组合点火控制及燃气阀门调节非常高;液体推进剂容易实现推力矢量控制,但不利于弹头的小型化。因此还出现了兼具固体液体推进剂两者特点的凝胶推进剂。[52]

SM-3导弹发射
SM-3导弹发射

制导技术

反卫星的制导技术首先是长时间的空间飞行的导航制导技术,空间飞行导航主要通过两种途径:天文导航和卫星导航。对于天文导航,重点解决的是精度、时效性和设备小型化问题。而卫星导航系统是空间飞行导航的一个重要发展方向。例如美国的GPS,在3000公里以下轨道高度具有较高的精度,但是在2万-3.6万公里的中高轨道高度导航存在问题,要解决微弱信号接收、抗干扰滤波和信号捕获与跟踪算法等技术。[51]

右侧可见SM-3拦截弹的导引头装置
右侧可见SM-3拦截弹的导引头装置

另外一个是拦截弹头的末制导技术,包括先进的窗口设计、多色红外焦平面阵、多普勒成像激光测距和探测能力,帮助弹头更好地实现对目标红外和可见光的不同波段的探测和识别。[53]此外,美国还在开发了红外凝视成像技术,有利于在远距离识别跟踪目标,区分弹头诱饵,另外还有高帧频实时成像导引头和射频被动导引头技术。除了传感器硬件,还需要开发先进智能处理和传感器数据融合算法,把来不同传感器的数据有效地融合在一起,实现智能处理。[54]

定向能技术

定向能反卫星武器包括高能激光束反卫星武器、高能粒子束反卫星武器、高频微波射频反卫星武器。[48]地基激光反卫星武器技术主要包括研发百万瓦级激光器以及光束控制与发射系统。大功率激光器必须能在至少100秒工作时间内产生所需的功率,并具有良好的光束质量,同时光束控制与发射系统应能实现光束净化,把激光束传输到大口径发射望远镜。望远镜能用自适应光学技术校正光束畸变,而且应能捕获、跟踪和 识别卫星目标,确定并保持瞄准点,判定目标的损伤。但是地基激光反卫星武器受大气和气候影响较大。[55]天基激光反卫星武器不受大气的影响,开发这种反卫星武器的主要技术包括:能够放到运载火箭货舱内的可折叠式和自动展开的自适应光学系统技术、高功率短波长激光器技术、大型轻质光学系统的设计和研制技术、高平均功率相位共轭技术、高精度相控阵二极管激光器技术。[47]

美国中红外先进化学激光器
美国中红外先进化学激光器

高能粒子束武器的关键技术包括:粒子束武器总体技术、离子加速器技术、粒子束传输技术和目标跟踪瞄准技术。其中,粒子加速器,稳定传输粒子束,以及粒子束的杀伤机理是粒子束武器研究的重点。粒子束武器是一种尚处于原理或实验室研究阶段的武器设计方案,和实战还有一段距离。[48]

高能粒子束武器和实战还有距离
高能粒子束武器和实战还有距离

微波武器反卫星在地面使用的难度很大,更有可能主要应用于天基,其关键技术主要有脉冲电源技术、大功率微波源技术、大功率脉冲开关技术、天线技术、超高带宽和超短脉冲技术。美国设想的“天基大功率微波炸弹”就是发射大量小型卫星,主动靠近敌方卫星,发射微波干扰敌方卫星的正常运行。[48]

美国

2008年2月20日,美军“伊利湖”号巡洋舰发射了1枚SM-3拦截导弹,击落了350公里高度的1枚美国失效的间谍卫星“USA-193”号。美方给出的公开理由是避免卫星携带的有毒燃料在返回大气层时对民众造成伤害。但是外界评论称美方此举是对2007年中国反卫星的回应。美方对这样的说法予以否认,美方称美国在1985年已经证明自己具有反卫星能力,无须重复证明,而且SM-3拦截导弹并不是理想和专业的反卫星导弹,这次击落卫星是进行了专门的改装。但这次击落卫星证明,美军舰艇搭载SM-3导弹,实际是一种兼具反导和反卫星能力的全球机动部署的战略武器系统。[42]

“USA-193”号卫星被摧毁的照片
“USA-193”号卫星被摧毁的照片

俄罗斯

2021年11月15日,俄罗斯使用“Nudol”导弹摧毁了450公里高度的本国一颗报废卫星,这是冷战结束后俄罗斯首次使用反卫星导弹击落卫星。“Nudol”导弹实际是苏联A-135反导导弹的升级版本,编号A-235,兼具反导和发卫星的能力。该型导弹从2014年开始进行首次测试,2015年首次成功击中模拟目标,后续测试活动一直没有中断。在“Nudol”导弹摧毁本国报废卫星后,美国宣称发现了至少1500块卫星碎片,但体积都很小,这从侧面证明成功击中了目标。[56]当地时间2021年11月16日,俄罗斯国防部表示,被击中的处女地-D卫星碎片不会对国际空间站和空间活动构成威胁。[57]

中国

中国从2005年开始进行反卫星试验。2007年1月11日,中国在西昌卫星发射中心发射了一枚SC-19,也叫作DN-1的反卫星导弹,该导弹携带动能弹头,以每秒8公里的速度,击毁了轨道高度863公里,重750公斤已报废的“风云一号”气象卫星,这是中国第一次成功地拦截人造卫星。之后,中国又相继研制出了第二代DN-2和第三代DN-3两款反卫星导弹,并在2013年5月和2017年7月23日分别进行了2次成功试验。DN-1、DN-2和DN-3反卫星导弹的成功研发,将低、中、高轨道全面覆盖,所有人造卫星基本都处于我国反卫星导弹的打击范围之内,这标志着我国在该领域技术已进入世界一流水平。[1]

印度

2019年3月27日,印度宣称进行了代号“Shakti”的反卫星武器测试。试验中,从印度奥里萨邦昌迪普尔的综合测试场发射的XSV⁃1反卫星导弹成功击落了一颗高度约300公里的近地轨道卫星,达到了预定的目标。XSV⁃1反卫星导弹高13米、重13吨,采用直升式动能杀伤方式,助推器应该是 K⁃4潜射弹道导 弹,杀伤器则来自于印度导弹防御系统中PDV⁃2导弹的动能杀伤器。印度在2007年宣布开始设计反卫星武器,这次成功实验意味着印度的预警探测装备已经具备了对过顶卫星的持续跟踪、预警、定位能力,反卫星导弹也具备了摧毁低轨道卫星能力,但印度反卫星靶标是特别为试验而发射的,印方全面掌握靶标卫星的参数,这和实战距离很远。此外印度仍不具备全面的太空监视能力。[58]

印度“Shakti”反卫星武器测试
印度“Shakti”反卫星武器测试

未来趋势

反卫星武器未来有两个发展趋势,第一是模糊防御和进攻的界限。美国战略与国际研究中心在2021年的一份报告中称,美国应该以“卫星主动防御”的名义开发天基反卫星武器,也就是在卫星上安装激光武器来致盲来袭的反卫星导弹,但事实上这种卫星也可以成为主动攻击其他卫星的平台。美方承认,开发所谓的“卫星主动防御”技术的最大挑战,就是如何让其他大国相信这只是防御武器,而不是进攻性武器。[59]

第二个趋势是模糊军用和民用界限。现在主要的航天大国都在开发新的空间应用能力,包括在轨维修、在轨加注或太空垃圾回收,实际这些“民用”空间技术完全可以转化为“军用”的反卫星技术,从而破坏或者干扰其他国家的卫星。但是这种“双重用途”有很难以界定。未来这些“军民两用”的反卫星技术将显著影响空间安全和战略稳定性,而且对军备控制、武器扩散等国际法提出了挑战。[60]

涉及反卫星武器的国际条约

《外层空间条约》:该条约于1966年12月19日经联合国大会通过,1967年1月27日开放供签署,同年10月10日生效,无限期有效,成为国际空间法的基础。[61]该公约序言和第4条第2款有关“为和平目的而探索和利用外层空间”和“专为和平目的使用月球和其他天体”的规定,构成了外层空间法的一项重要原则。但是“为和平目的”的原则是抽象性的,内涵边界相当模糊。此外《外空条约》第4条第1款明确禁止外层空间武器化中的在外空部署武器系统的情形,禁止“武器”的范围却仅限于核武器和其他大规模毁灭性武器,其他类型的武器不受限制,这就留下了操作空间。当前外层空间军事化利用已成为普遍现实,部署反卫星武器也已成为部分军事强国的重要战略能力。[62]

参考资料 62

  1. 臧继辉委员:简述“反卫星技术” — 中国政协网
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  3. A History of Anti-Satellite Programs — www.ucsusa.org
  4. 中国裁军大使反击美国关于反卫星导弹试验的倡议 — 中华人民共和国常驻联合国日内瓦办事处和瑞士其他国际组织代表团网站
  5. Through a glass, darkly: Chinese, American, and Russian anti-satellite testing in space — thespacereview.com
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  7. Vought ASM-135 ASAT — designation-systems.net
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  37. American Team Gets Close Look At Soviet Laser — 纽约时报网站
  38. "Звездные войны", которых не было — buran.ru
  39. GETTING SERIOUS ABOUT THE THREAT OF HIGH ALTITUDE NUCLEAR DETONATIONS — warontherocks.com
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  56. Russia tests anti-satellite missile, debris disrupts International Space Station — nasaspaceflight.com
  57. 俄罗斯:被击中的卫星碎片不会对国际空间站构成威胁 — 搜狐网
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  59. Report broadens conversation on space militarization and Space Force satellite defense — www.c4isrnet.com
  60. Strategic and Legal Implications of Emerging Dual-Use ASAT Systems — 兰德公司网站
  61. 《外层空间条约》能否“再活50年” — 人民网
  62. 参考 62
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