揭秘美国太空信息战技术装备水平与发展状况

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2021年5月26日 14:40

引言

进入新世纪以来，太空信息化的趋势愈来愈引起国际社会的广泛关注和重视。太空技术和信息技术的空前发展，使得人们在看到太空信息时代美好前景的同时，也感受到了太空军事化的巨大压力。太空军事化进程不断加快，世界一些军事强国纷纷加快太空武器装备，尤其是太空信息化装备的研发与应用进程，以夺取军事上的“制天权”先机。作为世界军事强国的美国，2019年将美国空军太空司令部独立出来成立了一个新军种——美国太空军(Space Force)，保护其太空利益，加强太空作战的能力。

一、起源

美国是世界上较早开展航天活动的国家，20世纪初，R.H.戈达德开始研究和试验固体火箭。在1957年前苏联发射成功第一颗人造地球卫星之后，1958年美国也发射成功其第一颗人造卫星“探险者”1号。之后航空航天技术不断发展，并且主要在军事领域广泛应用，军用卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间站等太空飞行器相继升空，方便了人类利用太空资源，同时也为空间大国的太空军事斗争开启了方便之门，促进了太空战争的到来。而太空战的发展，又为太空信息战的发展奠定了物质基础。

早在第一颗人造地球卫星发射之前，20世纪50年代末，美军就提出了太空作战思想，尤其在前苏联第一颗人造地球卫星上天后，美国总统肯尼迪就大声疾呼：“谁能控制空间，谁就能控制地球。”由此围绕军用卫星系统和载人航天技术，美、苏两国迅速展开了军备竞赛并相继进行了空间攻防武器技术试验。

20世纪90年代，美军对太空作战理论进行了全面系统的阐述，明确了太空作战力量的特点、担负的作战任务及作战行动的样式等内容，美军太空作战理论由此正式确立，并随之进入发展和完善阶段。20世纪90年代末期，美航天司令部制定了《2020年航天构想》，明确提出了美军要使用太空武器系统攻击敌方陆、海、空、天设施和目标，实施空天一体的纵深打击。2000年以来，美军又提出了“空间控制战略”理论，强调要以优势的军事航天力量加强控制外层空间的能力。

截至2018年12月，太空中有320颗已知的军用或军民两用卫星，其中一半归美国所有。

二、现状与发展

太空空间在军事层面的发展和20世纪初天空在军事层面的发展历程类似，都是从侦察战场信息为作战提供情报，到攻击对方侦察装备的载体，之后演变为空对空、空对地和地对空的立体作战网络。

现代化的战争是信息化战争，战场信息的获取、传输与使用对一场战争的胜利起着至关重要的作用。完整的空间信息网如下图所示，以卫星网络为核心，联合深空网络、近地空间网络、地面网络构成。其中的核心卫星网络称为天基网，包括各低、中、高轨道层面执行不同任务的卫星，深空网位于更外层空间，包括航天飞机、天体探测器等节点;空基网和地面网分别由低空飞行器和地面信息接收设备构成。空间信息网中各个节点通过星间链路、星地链路有效地组织起来，提高系统的灵活性、机动性和智能化。在军事作战领域，以侦察、通信、导航等功能为主的多种多样的卫星，为地面作战提供着各种强有力的战场信息支援，太空作为各种信息的策源地，夺取制天权是赢得信息化战争胜利的前提条件。

作为最早进入太空领域发射人造地球卫星的两个超级大国之一，美国在与前苏联的太空军备竞赛中积累了先进的技术经验和能力，经过几十年的不断发展，美国已经具备包括信息获取类，信息传输类和时空基准类等在内的种类丰富，体系完备的天基卫星信息系统，可为战场的监视侦察，通信连接，指挥决策，地形导航等提供支持，极大地提高了美军作战能力。

在侦察卫星方面，分为照相侦察卫星和电子侦察卫星。照相侦察卫星主要利用光电遥感器对地面摄影以获取军事情报，是发展最早、最快，发射数量最多，技术最成熟的卫星之一，世界上第一颗照相侦察卫星就诞生在美国。目前美国低轨照相侦察卫星有：“锁眼”光学照相侦察卫星，“长曲棍球”雷达照相侦察卫星，以及 “未来成像体系”卫星，其中“锁眼”光学照相侦察卫星携带高分辨率照相机和先进的红外传感器，轨道机动能力很强，地面分辨率达0.1米;“长曲棍球”雷达照相侦察卫星携带 X 和 L波段合成孔径雷达，能穿透云雾进行全天候、全天时侦察，地面分辨率为0.3米。

天基电子侦察体系是美军事情报信息系统的重要支撑，其已建成覆盖全球，高分辨率，全天时全天候的侦察系统。目前美国电子侦察卫星可覆盖雷达信号和微波、无线电等大部分电磁频谱，具体功能主要通过截获分析无线电信号确定敌方雷达、舰艇、导弹等军事目标的定位，侦察和接收敌方导弹测试的遥测信号，截获和监听无线电通信破解通信内容。美军电子侦察卫星已发展至第五代，目前在役的大部分是第四代，包括“水星”“门特”“号角”等，其中“水星”用于截获监听通信情报，监测导弹试验时的遥测信号等，“门特”有很强的星上信号处理能力和轨道机动能力，属于 “集成化过顶信号侦察体系-1”(IOSA-1)的一部分，“号角”(又名“军号”“小号”)和“门特”同属美国国家侦察局(NRO)和中央情报局(CIA)管理，高灵敏度的监听天线打开后直径约150米，可同时监听上千个地面信号，包括地面、空中与核潜艇舰队之间的通信。

第五枚“门特”卫星，位于三角洲IV火箭上

在侦察卫星的联合作战领域，主要为“联合天基广域监视系统”(SB-WASS)，其由“空军天基广域监视系统”( SB-WASS-AF)和 “海军天基广域监视系统”(SB-WASS-NAVY)联合组成而来，采用双星组网方式工作，兼顾了被动电子侦察和主动扫描两种探测模式，同时满足海军海洋监视和空军战略防空的侦察需求，具有全天候的全球监视能力。

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“海军天基广域监视系统”(SB-WASS-NAVY)的卫星

新一代高技术的电子侦察卫星以“入侵者”和“徘徊者”为代表，前者是利用天基网的发展思路和新的设计理念研制的，目的是提高电子侦察质量，降低系统成本。它具有多轨道能力，可代替当今静止轨道和大椭圆轨道的卫星并集通信情报和电子侦察于一身。“徘徊者”于1990年在亚特兰蒂斯号航天飞机上发射，目的是研究地球同步轨道上的苏联卫星，虽然美国政府从未承认过它的存在，但是它已经被业余观察者和泄漏的信息所识别。

从未来发展规划来看，目前美国侦察卫星领域新技术主要集中在高轨道薄膜衍射成像，超光谱成像，红外凝视传感器以及卫星星座组网等方向，从而提升卫星的侦察监视性能，增加卫星数量，保障通信能力，同时其属国家侦察局和美军战略司令部管理，接受从事间谍活动的国家安全局和中央情报局等部门的业务指导，拥有成熟的管理运作模式和丰富的实战经验。

在导弹预警卫星领域，1994年，美国国防部计划对各种红外太空需求进行整合，最终选择了“天基红外系统”(SBIRS)来替代和增强“国防支援计划”(DSP)。天基红外系统(SBIRS)旨在通过21世纪的前二到三十年满足美国的红外太空侦察和监视的需要，提供导弹预警和导弹防御方面的关键能力。

SBIRS系统由天基段和地基段组成，天基段分为高轨卫星与低轨卫星。高轨卫星SBIRS High(现在也简称为“SBIRS”)，由四颗地球同步地球轨道(GEO)卫星和两个位于大椭圆轨道(HEO)卫星上搭载的探测传感器组成，主要用于主动段的侦察与监视。低轨卫星SBIRS Low现在由导弹防御局(MDA)管理，随后被重命名为“低轨空间跟踪和监视系统”(STSS)，该计划预计包括在低轨道的大约24颗卫星，STSS主要用于搜索和跟踪导弹目标中段飞行时的发热弹体和冷再入弹头。SBIRS系统通过高轨卫星与低轨卫星组网，可实现对战术和战略导弹发射的助推段、中段飞行阶段、再入阶段的全程探测与跟踪，并达到对目标的全球覆盖。SBIRS系统的地基段则包括美国本土和全球基地的地面控制站、中继站和通信链路。

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SBIRS系统的配置：GEO，HEO和地面站设施

美军的下一代导弹预警系统为“过顶持续红外系统”(OPIR)，旨在接替SBIRS，通过改进导弹预警能力，监视和发现敌方的战略弹道导弹，并在导弹发射时发出警报，以更高生存能力应对新出现各种的威胁。

在通信卫星领域，通常军事通信卫星采用UHF，SHF(也称为X频段)或EHF(也称为Ka频段)频段，用于远距离中继的信息传输。美国军用通信卫星分为宽带，受保护和窄带三大类。宽带系统的特点是容量大、传输速率高，常用X和Ka频段;受保护系统着重抗干扰特性、保密性及核生存能力，常用极高频频段;窄带系统则主要支持需要语音或低数据速率通信的用户，常用特高频频段。目前美国太空军事通信卫星中宽带、受保护、窄带三大系统分别由现代化最新型WGS、AEHF、MUOS三大系统构成。美国武装部队通过分布在各大洲的地面站维护着国际卫星网络，信号延迟是卫星通信中的一个主要问题，因此地理和气象因素在选择传送端口方面起着重要作用。由于美军的一些主要军事活动是在外国领土上进行的，因此美国政府需要将卫星服务分包给总部设在气候适宜地区的外国承包者。

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AEHF-1

“宽带全球卫星通信系统”(WGS)是高容量美国太空部队卫星通信系统，3颗WGS卫星即可满足五角大楼90%的宽带需求。WGS系统还具备交叉频段能力，即以一种频率接收信息然后以另一种频率传输信息，从而实现点对点或多对多的无缝通讯，支持更多的终端类型用户。WGS还通过提供附加的信息广播功能以及在该频段上提供新的双向功能来增强当前的Ka频段全球广播服务。美国受保护通信卫星“先进极高频”(AEHF)系列卫星目前由美国太空部队管理，该系统将由地球静止轨道上的六颗卫星组成，采用了新型相控阵天线，先进的集成电路和新型天基推进器，将为高优先级的陆海空装备提供可生存的、全球性的、安全的、受保护的和抗干扰的通信，具有很强的抗干扰、防侦听、防截获抗毁伤能力，能够满足实时图像，战场地图和跟踪数据传输等战术通信要求，构建卫星之间的星间链路链接，使它们可以直接点对点中继通信，提高地面控制站被破坏下的卫星生存率。“移动用户目标系统” (MUOS)已于2019年全面投入使用，通过五颗卫星和全球四个地面站组成的系统，为终端、平台、战术运营商和运营中心提供全球窄带连接。MUOS旨在在全球范围内，在多服务人口超高频(UHF)频段，为较新的较小的终端提供增强的通信功能，为移动作战部队提供类似手机的移动电话服务，同时仍支持与传统终端的互操作性。

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位于夏威夷的MUOS地面站

在导航卫星领域，全球定位系统(GPS)可为全球陆海空天用户提供全天时、全天候、连续的时间和空间基准定位服务，是作战指挥控制，兵力机动，精准火力打击的关键支撑，成为美军军事行动和军事支援不可或缺的重要组成部分。在海湾战争中GPS首次亮相就向世界展现了卫星导航的巨大作用，GPS于1995年7月17日达到完全运营能力，实现了其最初的设计目标。目前在轨服役的是GPSⅡ系列卫星，相比前一代有更高的精准度和更强的抗干扰能力。GPS Ⅲ除了在导航精度和抗干扰能力上持续提升外，设计要求还包括了在轨重编程，在轨升级，与其他卫星通讯以及可增加新信号或新任务的能力。目前已发射10颗GPS Block III卫星中的4颗，所有4颗都已实现在轨运行，预计在2023年发射第十次也是最后一次GPS Block III。

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GPS Block IIIA在轨卫星

综合美国军事卫星发展改革趋势来看，之后卫星将向多样化、小型化和星座化发展。美国各部门各军种有多种多样的卫星计划，但时常可见因研发成本或技术难度等导致延期数年发射甚至计划取消(例如命途多舛的军用气象卫星)，因此美国计划之后的卫星建设向多样化方向发展，不再过分追求一颗卫星具备所有功能，在太空威胁持续增加的背景下，在轨卫星数量的增多可以降低受攻击的可能性以及由此带来的损失。未来军用卫星将大量采用一箭多星技术，向小型化方向发展，如气象卫星、导弹预警卫星等，但地球静止轨道的卫星仍以大型卫星为主。另一方面，美国还在加强卫星间的星座组网通信，例如DARPA提出的Blackjack项目希望在近地轨道上建立低成本军事通信卫星网络，降低单颗卫星受损对系统功能的影响程度，降低对地面中继环节的依赖。另外，美国军方也将加强与商用航天的合作，商用宇宙飞船也将为美军运送军用载荷。

正是由于美国强大的太空信息支援系统的帮助，美军在海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争展现出了绝对的战场信息优势，将战场变为单向透明，如此重要的太空信息系统也成为美军重点防御和对手重点打击的对象。

太空信息攻防系统主要指为了最大限度发挥太空信息战的作用，针对敌方太空设施的攻击以及对己方太空设施的保护。为了以和平目的发展探索和利用外层空间，1966年联合国大会通过了《外层空间条约》(OST)，其中一条明确规定了“禁止在围绕地球轨道、天体和外层空间放置载有核武器或其他类型的大规模毁灭性武器。”尽管《外层空间条约》已足够全面，但是由于对“和平使用”“防御性使用”“太空武器”等关键概念缺乏清晰性和统一性的解释，这对OST构成了挑战。

美国空军于20世纪初制定并批准了一份学说文件，概述了空军在太空中进行作战的方法，称为“反太空作战”。该学说详细说明了出于防御和进攻目的针对太空系统和卫星的作战计划和执行计划。新文件透露出，美国空军不仅打算对太空武器化，而且还可能对敌方军事卫星以及主要民用卫星进行反卫星行动(可能是先发制人)。

据美国智库发布的《太空威胁评估2018》报告，太空对抗武器可分为四大类，动能攻击、非动能攻击、电子攻击和网络攻击。

动能攻击是指通过物体的撞击或弹头的爆炸而导致卫星或地面支持设施的永久性和不可逆转的破坏。这一技术包括上升式反卫星武器(ASAT)和共轨式动能反卫星武器，技术难度高，但可判明攻击来源。ASAT的本质含义是“通过纯粹使用高速和动能撞击来摧毁敌对卫星”。共轨式是放置在相似轨道上的卫星，可以通过近距离的轨道交会操作定向拦截或干扰其他卫星。早在冷战时期，美国就致力于“以星反星”等反卫星武器的研制，并把其作为太空战的重要武器装备。

非动能攻击涉及在没有物理接触的情况下使用技术来干扰或破坏卫星部件和传感器，包括使用电磁脉冲或定向能(激光束或高功率微波轰击)。1997年，美国在新墨西哥州西部的沙漠深处发射了两束强激光，直接命中距离地球415公里的气象卫星MSTI-3号。

电子攻击，它使用射频能量来干扰或欺骗卫星之间的数据链接通信，或干扰卫星的地面终端，但不会造成永久的物理损坏。电子攻击目前最常见的是针对民用GPS的攻击，虽然军用GPS的抗干扰能力更强，但是也面临被干扰和欺骗的危险。

网络攻击，其使用软件和网络技术来破坏、控制、干扰或摧毁与卫星作战有关的计算机系统及卫星数据本身。2008年挪威地面站曾遭遇一场网络攻击，并导致NASA的陆地卫星(Landsat)遭遇长达12分钟的干扰。同年晚些时候，黑客劫持了NASA的Terra地球观测卫星，但除了发送命令之外并未执行其它操作

电子和网络手段的使用已成为美国首选的攻击方法，因为可以合理地否认使用了电子和网络手段。此外，电子战和网络战对技术要求相对较低，具有广泛普及性，不必需要强大的国家实力和财力进行支撑，甚至个人和组织也可以使用。但是，一些之前只停留在概念和理论层面的杀伤性太空装备也已经进入到不同阶段的研发测试甚至部署阶段。

对于美国来说，一直奉行以进攻为主的防御政策，国防部长办公室内一位太空政策前局长概述了美军的基本论点：“太空部队对美国军事行动成功的贡献以及太空活动对经济的重要性超出想象，其关键点在于易受攻击，所以，主动进攻可能对战争的进程和结果具有决定性作用。” 早在2001年1月，美军就开展了代号为“施里弗”的系列太空战模拟演习。该演习均以太空为主战场，以太空系统攻防交战为重点。演习动用了所有可运用的太空力量，包括各类军用和商用卫星、反卫星武器、天基反导武器、载人航天器、空间轨道战斗机、天基激光武器和电磁波武器等，以摧毁对手太空武器系统。在美空军的一份2004年空军战略转型计划中，美国空军详细描述了从太空激光交战，空射反卫星导弹，到使用太空射频能量武器和天基对地武器等太空作战方式。这些项目中有些已经成熟运行，比如反卫星通信系统、反监视和侦察系统、快速攻击识别检测和报告系统、天基空间监视系统等，有些作为长期发展目标实施，具体发展项目有

空射反卫星导弹：小型空射导弹，能够拦截低地球轨道上的卫星。
空天全球激光交战中继镜：通过使用机载、地面或天基激光器以及天基中继镜来接收、校正和反射激光，从而极大地扩展了机载激光器和地基激光器的范围，调整激光功率和频率来实现从照明到破坏的各种效果。
地基激光：将激光束通过大气传播到低地球轨道卫星，以提供强大的防御和进攻性空间控制能力。
轨道转移车：用于提高美国太空硬件的灵活性和保护能力，同时可以对这些装置进行在轨维修。
天基射频能量武器：包含携有高功率射频发射机的卫星，这些发射机具有破坏或禁用各种电子设备和国家级指挥与控制系统的能力。

在实际项目进展方面，美国“高功率激光计划指南”已进入“天基激光武器一体化”飞行试验阶段，未来星载激光器理论上可在5分钟内击毁400颗卫星，在15分钟内击毁同时发射的约1000枚弹道导弹;加强研制以“致盲”为主的太空软杀伤手段，第二代“卫星通信对抗系统”可通过无线电频率阻断对方卫星通信。2011年，DARPA启动用于攻击在轨卫星的“凤凰”计划，旨在演示验证用服务卫星捕获退役卫星，获取卫星上有价值零部件，在轨组成生成新卫星;同时，美军相继成功进行了“猎鹰计划”(“太空战舰计划”)HTV-2和X-51A高超声速飞行器、X-37B空天机动飞行器试验，这些太空飞行器具有长期在轨运行、空天灵活机动、全球快速到达、天地精确攻击等能力，将是未来天军的主战装备。其中“猎鹰计划”的任务书中对计划内容描述为“一种能在太空飞行、必要时可在2个小时内对全球和太空任何目标发动猛烈攻击的新型武装飞船”。另一款著名武器X-37B属于低轨道航天器，其直接的太空作战能力有限，但其可搭载导弹、激光发射器等先进武器实施远程精确打击，其作战潜力不可低估。X-37B升空后可迅速到达全球任何目标的“上空”，利用自身携带的武器对敌国卫星和其他航天器采取控制、捕猎和摧毁等攻击，甚至向敌国地面目标发起攻击。由此可见，X-37B完全有可能成为“轨道轰炸机”。

(因本文对象为太空信息战，所研究太空攻防武器的目标均为太空信息战载体如卫星等，而实际上，目前美国太空战武器涵盖地对天、天对天、天对地等，如“上帝之杖”)

三、管理部门与联合作战

为寻求建立一个更加安全的太空环境，构建太空运行管理系统，制定监测跟踪太空垃圾的长效机制，同时制定新的人造卫星设计和运行标准，增强太空“统治力”，美国新成立第六个军种——太空军。2020年11月10日，美国太空军发布《太空作战规划指南》，概述了指导太空军进行组织、训练、装备、整合和创新的五大优先事项，其中明确提出创新并建立更快、更扁平化的决策和指挥结构，跨部门统一协调工作;培养新型联合作战人员，太空军是美国的太空战士，负责掌握太空领域的专业知识和独特的作战方法，以实现军事目的;建立太空作战分析中心(SWAC);与各军种尤其是空军加深合作，在情报界加强与国防情报局、国家地理空间情报局、国家侦察局和国家安全局的伙伴关系;创建数字太空军加速创新。

2021年4月，美国太空军正式确定组建后的扩充计划，太空军太空作战副部长戴维·汤普森(David D. Thompson)将军21日在一场线上会议上透露，已经确定美国陆军、海军将加入太空军行列的单位名单，在今年晚些时候就可以看到目前正在制定的有关部队转移时间表，主要是各军种的负责管理卫星、地面控制系统和雷达等空间作战能力的部门。这其中，美国海军的“移动用户目标系统”(MUOS)卫星作战中心及其维护人员，已经成为未来几年转移计划的一部分。

新时代下美军的作战发展思路一直致力于联合化一体化，不仅各军种内部建设有一体化作战平台(如：“海军一体化火控防空系统”)，各军种各部门之间也相互配合(美国防部与情报界建立“跨机构联合太空作战中心”，2017年4月被升格为“国家太空防御中心”)，信息共享，协同作战，也正因此，美军把服务于不同军种承担不同任务的卫星系统作战人员统一起来，筹划建设太空军。太空信息系统是C4ISRK(指挥、控制、通信、情报、计算机、监视与侦察、杀伤)系统高效运行的基础，特别是军用卫星系统的广泛运用，将成倍提升体系作战效能。太空信息系统与联合作战体系的深度融合，使战场空间更加广阔，呈现天地一体、全域融合的战场空间;指挥控制更加精确高效，情报收集传递和预警监测更加全面及时，使指挥更科学精准;远程机动能力得到加强，在全球军事基地部署的陆海空军事力量可以更灵活快速的远程机动、部署和支援;作战力量编组灵活多样，作战方式不断推陈出新。因太空信息战而起的太空信息攻防力量也将成为新时代背景下的战略威慑力量。

结语

美国经过半个多世纪的航天领域发展，积累了先进的太空技术，在有关探索和利用太空的技术以及发展理念上整体处于领先地位。当下太空对抗的主要领域在太空信息战，太空信息战既是信息战体系的重要组成部分，又是相对独立的作战样式，并从属于太空作战。由于太空战中所有攻防武器都要依靠信息来指挥、控制，谁取得了制太空信息权，谁就能取得制太空权和战争主动权，太空信息战将是太空战的主要作战样式。美国在太空信息支援系统和太空信息攻防系统均处于领先地位，新技术、新概念和新思想层出不穷，太空信息系统与联合作战体系深度融合，太空力量为信息化战争提供全方位信息支撑的同时，还可以直接威胁破坏敌方太空力量体系和国家战争体系节点要害目标，形成新型战略威慑能力。太空攻防力量的出现，有力推动信息化战争战略威慑力量体系的创新发展。

揭秘美国太空信息战技术装备水平与发展状况

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