国外反卫星武器的发展

种建业　陈　颉

进入90年代以来所发生的多次地区战争中,各种军用卫星发挥了越来越大的作用。侦察卫星可以使一个国家军事力量的部署态势和重要的目标无秘可保;全球定位系统卫星能够引导武器精确地攻击目标,已经成为越来越多的精确制导武器的主要制导手段;通信卫星更是实施军事行动的主要通信手段;预警卫星则已经在海湾战争中发挥了作用,在有史以来的第一次弹道导弹攻防对抗作战中,为美国“爱国者”系统拦截伊拉克“飞毛腿”弹道导弹提供了预警信息,立下了功劳。空间优势已经成为冷战后美国和北约“以强凌弱”和推行“霸权主义”的重要工具。严酷的事实告诉人们 “空间是赢得战争胜利的先决条件”,“谁能控制空间,就意味着谁能控制地球”。自从第一颗人造地球卫星上天之后,美国和前苏联这两个世界上的军事超级大国就认识到了利用空间和控制空间的巨大作用。他们一方面发射各种军、民用卫星,另一方面也积极发展反卫星武器。

反卫星武器的界定与组成

从卫星应用的角度来说,卫星是一种系统,而不仅仅是卫星本身。卫星系统通常由卫星、地面站和连接用户的通信系统等三部分组成。但人们在谈论卫星的时候,通常只是指卫星本身,而不涉及地面站和通信系统,由此引出反卫星武器的两种不同的定义。

广义地说:凡是能够用于破坏或干扰卫星系统中任何一部分工作的武器或手段,包括破坏或干扰卫星本身、地面站或通信系统工作的武器或手段,都可以称为反卫星武器。

狭义地说:凡是能够用于干扰和破坏敌方卫星本身的武器或手段,都可以称为反卫星武器。干扰装置可以是非破坏性的装置,如干扰机或其他电子对抗装置;也可以是能够破坏卫星的武器;或者两者兼而有之。

通常所说的反卫星武器主要是指专门用于杀伤空间卫星的武器,如导弹、卫星和定向能束等。

反卫星武器可以从地面、飞机上发射,也可以部署在空间。反卫星武器可以凭借核弹头和常规弹头杀伤目标卫星,也可以采用直接高速碰撞的方式,即利用拦截弹的动能杀伤目标卫星;或者采用定向能束,如激光束杀伤目标卫星。按照部署方式和杀伤手段的不同,反卫星武器可以有不同的分类方法:按照部署方式的不同,可以分为在地面部署和发射的地基反卫星武器,由飞机携带、从空中发射的空基反卫星武器,在空间部署和发射的天基反卫星武器。按照杀伤手段的不同,可以分为带非定向爆炸核弹头的反卫星武器、常规破片杀伤反卫星武器、直接碰撞杀伤的动能反卫星武器以及采用定向能束的定向能反卫星武器等。按照发射方式的不同,可以分为共轨式反卫星武器和直接上升式反卫星武器。共轨式反卫星武器是由运载工具将其射入与目标卫星的轨道平面与轨道高度均相近的轨道上,然后通过反卫星武器(如反卫星卫星)自身的机动,逐渐接近目标,一般需要若干圈轨道飞行后才能完成攻击任务。直接上升式反卫星武器是先把反卫星武器(如反卫星卫星)射入与目标卫星的轨道平面相同而高度较低的轨道,然后通过机动快速上升去接近并攻击目标。通过这种方式,可以实现第一圈轨道内完成拦截目标的任务,较共轨式反卫星武器的作战效能更高。

担负反卫星作战的武器系统由三大部分组成:第一部分是作为“眼睛”的空间目标监视系统,第二部分是作为“大脑和中枢神经系统”的作战管理与指挥、控制、通信系统,第三部分是用于破坏或摧毁卫星的武器。

1.空间监视系统

其主要任务是:①发现和跟踪空间目标,并将观测到的数据送到作战管理与指挥和控制、通信系统中的计算机中进行相关处理。如果是新目标,则要编入空间图标编目表中,标出当前位置,给出未来的轨道数据。②识别空间目标的国别、尺寸、形状、运动方式和用途,以便判定其可能的军事威胁。③计算空间目标轨道的衰变,预测其落点位置和时间,以便消除其碎片再入大气层可能引起弹道导弹预警系统发出虚警。④为反卫星武器提供必要的图标数据。

2.指挥、控制与通信(C3)系统

反卫星作战是需要由国家最高指挥部门决策的战略行动,要通过多级指挥部门决策、规划、协调和执行,为此,需要有可靠和保密的指挥、控制、通信网,把各级指挥控制部门联系在一起。

3.反卫星武器系统

根据指挥控制系统下达的攻击命令,反卫星武器系统完成摧毁卫星的任务,它本身应该是一个能够独立执行反卫星作战义的系统,包括指挥、控制、通信分系统和反卫星武器分系统。美国地基反卫星武器体系指挥控制系统中的“任务控制单元”和“连控制中心”,应该属于反卫星武器系统的一部分,与反卫星导弹一起组成能够独立作战的反卫星武器系统。

美国和俄罗斯(前苏联)发展反卫星武器的历程

美国和前苏联(现在的俄罗斯)是世界上最早发展反卫星武器的国家。在这两个国家里,反卫星武器技术的发展已经有40年的历史,研制和试验的反卫星武器主要包括:地基直接上升式核反卫星武器,如美国的“奈基-宙斯”、“雷神”反卫星导弹;共轨式破片杀伤反卫星武器,如前苏联试验的共轨式破片杀伤反卫星武器;直接上升式动能杀伤反卫星武器,如美国研制的机载“微型寻的拦截器”(MHV)反卫星武器和地基动能反卫星(KEASAT)武器以及激光反卫星武器。

1.美国反卫星武器发展概况

自从前苏联在1957年发射第一颗人造地球卫星起,美国陆、海、空三军就开始发展反卫星武器,先后研制和试验了共轨式、直接上升式采用核弹头和动能弹头的反卫星武器以及激光反卫星武器,总计进行了30多次反卫星试验,目前,重点发展地基动能以及空基激光器。

1959年,美国利用一枚空中发射的弹道导弹,成功地拦截了“探索者”4(Explorer-4)号卫星。在此后的六、七十年代,相继开展了共轨式和直接上升式反卫星导弹系统,其中有的携带核弹头。1985年,空中发射的直接上升式反卫星导弹进行首次拦截卫星的飞行试验,成功地拦截了一颗报废的P78-1实验卫星。

1989年,美国国防部决定在“星球大战”计划所开发的反导技术基础上,重点发展地基直接上升式动能反卫星武器系统,同时发展地基激光反卫星武器系统。同年,美国国防部指定陆军为发展动能反卫星武器系统计划的牵头部门。陆军战略防御司令部成立动能反卫星武器联合计划办公室,负责研制和部署地基动能反卫星武器系统,空军负责天基监视和作战管理与指挥、控制、通信系统。1990年3月,动能反卫星武器系统计划通过国防部国防采办委员会第一阶段审查,转入演示验证发展阶段。1992年1月,地基动能反卫星武器计划通过了系统设计审查。1997年8月,地基动能反卫星武器用的动能杀伤拦截器进行了首次悬浮飞行试验。同年10月,美国也利用现有的激光装置,进行了激光反卫星试验。

此外,美国也一直在发展天基激光器。原来的“星球大战”计划和现在的弹道导弹防御(BMD)计划研制的一些反导弹武器,如“外大气层弹头拦截器”和“地基拦截弹”(GBI),都具有反卫星的潜力。

2、前苏联反卫星武器发展概况

前苏联在60年代就开始研究反卫星系统,提出了一系列设想和计划,最初准备用带核弹头的洲际弹道导弹消灭敌方的卫星。紧接着,他们又计划研究一种能够飞机上发射小型导弹的设想。第一次载人空间飞行获得成功之后,前苏联又开始研究利用载人飞船担负反卫星的任务。这些设想和计划没能实现,苏联重点研制的反卫星武器是采用破片杀伤弹头的地基共轨式反卫星导弹和共轨式反卫星卫星。

从1968年起,前苏联开始试验采用破片杀伤弹头的地基共轨式反卫星导弹;截至1982年6月,先后共进行了20次飞行试验。依据所采用技术的不同,这些试验可以分为三组:第一组试验,采用主动雷达寻的,绕地球飞行2圈后拦截卫星,10次试验,7次成功,3次失败;第二组试验,采用红外寻的,绕地球飞行2圈后拦截卫星,6次试验,6次失败;第三组试验,采用主动雷达寻的,绕地球飞行1圈后拦截卫星,4次试验,2次成功,2次失败。1983年,苏联宣布停止反卫星试验。

除此之外,前苏联和俄罗斯也研究和发展了其它类型的反卫星武器技术,包括直接上升式的和机载动能的反卫星武器技术。

前苏联也一直在研制和试验可能有反卫星能力的地基激光器。据称,前苏联曾经在70年代用一部激光器使美国一颗预警卫星的红外探测器致盲。1983年,用另一部激光器照射了美国的“卫星数据系统”卫星。

90年代初,西方媒体报道,俄罗斯米格-31战斗机的外部有一些改变,这可能是在其机身下携带有空射反卫星导弹的缘故。

美国重点研制的 反卫星武器系统

自70年代中期,美国转向重点发展非核杀伤的反卫星武器技术,先后研制了两种动能反卫星武器系统:一种是美国空军研制和试验的机载动能反卫星武器系统,这是美国唯一进行了反卫星拦截试验的武器系统;另一种是美国陆军研制的地基动能反卫星武器系统。

1.美国空军研制的机载动能反卫星系统

该反卫星系统由空军的“空间探测与跟踪系统”(SPADATS)、各级指挥控制系统和机载反卫星导弹等三大部分组成。

空军的“空间探测与跟踪系统”探测和跟踪卫星,探测的卫星数据通过美国的“全球军事指挥控制系统”(WWMCCS)传送到美国空间司令部“空间防御作战中心”(SPADOC)、“国家空间监视中心”(NSSC)和“样机任务作战中心”(PMOC)。经处理和规划之后,美国空间司令部再通过“全球军事指挥控制系统”把目标卫星的数据和指令传送到“反卫星控制中心”(ASATCC——携带反卫星武器的F-15战斗机基地,执行起飞前的指挥控制)和“地区作战控制中心”(ROCC——军用飞机飞行管制中心,担负起飞后的指挥控制),最后由F-15战斗机携带的动能反卫星拦截弹以直接上升的方式攻击目标卫星。

美国空军研制的机载反卫星导弹由两级助推火箭和一个称之为“小型寻的拦截器”(MHV)的弹头组成。第一级助推火箭采用改进的“近程攻击导弹”(SRAM)的火箭发动机;第二级助推火箭采用“牵牛星”火箭发动机。MHV是一个自旋稳定的动能杀伤拦截器,由一个长波红外探测器、8个红外望远镜、56个小型控制火箭和激光陀螺与弹上计算机等组成。全弹长5.4米,直径0.5米,起飞重量1225公斤。MHV长0.3米,直径0.33米,重约15公斤。MHV的最大飞行速度高达14马赫,最大射程1150公里,能够有效拦截轨道高度在500公里以下的低轨道卫星。

美国空军研制的机载动能反卫星导弹的主要缺点是:

第一、拦截弹的红外导引头需要在发射前12小时开始冷却;

第二、拦截弹只能由专门改进的F-15飞机携带和发射;

第三、作战区域受F-15飞机活动半径的限制。

2.美国陆军研制的地基动能反卫星系统

美国陆军研制的地基动能反卫星武器系统,是美国自80年代未以来重点发展的反卫星武器系统。该系统主要由两个分系统组成:一是反卫星导弹分系统,包括反卫星导弹发射架和装卸设备;二是武器控制分系统,包括一个任务控制单元、一个连控制中心和通信网。动能反卫星武器系统将与反卫星作战管理与指挥、控制、通信系统结合。作战管理与指挥、控制、通信系统由空军负责研制。反卫星导弹分系统由反卫星导弹与发射架两部分组成。 反卫星导弹由三级固体助推火箭、动能杀伤拦截器(KKV)、KKV保护罩等设备组成。导弹长约9.14米,弹体直径0.61米,发射重量3514公斤。KKV重68公斤,垂直速度每秒6.8公里。

KKV由推进系统、可见光寻的头、制导、导航与控制分系统、下行通信设备、弹上电源和杀伤增强器等组成。KKV将是一个自主工作的飞行器,能自主捕获和跟踪指定的目标卫星,在目标卫星上选择合适的碰撞瞄准点,检测飞行器的工作状态和传送遥测数据。

发射架部分由发射井、发射架接口装置和有关的支持设备组成。

一个发射井中能储备4枚反卫星导弹。发射架接口在反卫星导弹发射前提供导弹的状态检测数据和为导弹输入武器数据。导弹装运筒既是导弹的装运设备,也起在发射井中支持导弹的作用。

武器控制分系统将由一个任务控制单元、连控制中心和通信网组成。

任务控制单元的作用是执行各系统准备状态的检测、交战规划和武器发射的命令。它与陆军空间作战中心(ARSPOC)连接,接收、处理和中继预警、报警和下达命令;与连控制中心连接,发送武器输入数据,监视连控制中心与导弹阵地的发射前状态;与通信卫星地面进入点连接,接收导弹与KKV的状态数据,评价下行数据。任务控制单元将设在科罗拉多斯普林斯美国陆军航天司令部。

连控制中心与任务控制单元连接,接收预警、报警信息,执行武器输入数据,为导弹作战前准备和提供导弹输入数据,监视发射前各个导弹与发射井的状态。连控制中心将设在导弹连发射阵地。

通信网为动能反卫星武器系统提供有效的通信接口。指挥和控制通信将通过卫星通信系统连接到更高的指挥当局,支持空间防御作战中心、任务控制单元和连控制中心等系统的运行。只要有可能,通信网将尽量利用现有的通信线路。

在典型的作战环境下,反卫星作战任务将由设在夏延山的美国航天司令部下达国家指挥当局的命令。根据空间监视网获取的情报,反卫星作战管理与指挥、控制、通信系统将提出全面的任务计划,并发送给位于科罗拉多斯普林斯的陆军航天司令部内的任务控制单元。任务控制单元进行详细的任务与作战规划,提出最后的任务计划并报请批准。连控制中心不间断地监测备用反卫星导弹的状态,计算武器数据并输入反卫星导弹,执行火力控制。反卫星导弹KKV计算机内的武器数据,可提供导弹初始飞行的制导,直到第三级助推火箭分离。KKV的光学寻的头在跟踪和捕获目标后,KKV进行机动飞行,通过直接碰撞摧毁目标卫星。

反卫星武器发展近况

为保持和强化在21世纪的世界军事航天的霸主地位、确保自身国家安全以及空间的国家利益,美国已将空间纳入21世纪总体国防战略,把控制空间作为一项国策。美国一方面公开宣布,任何对美国航天系统的有意干扰将被视为对美国主权的侵犯,美国将采取一切自卫措施,包括使用武力回击对美国主权的这种侵犯。另一方面美国还宣称,在必要时将阻止敌方进入和利用空间。

目前,美国正在加紧进行空间攻防对抗的准备工作。一方面设法提高卫星系统的生存能力,秘密研究卫星受威胁与攻击的告警系统,利用星载传感器探测、识别对卫星的射频和激光干扰,描述其特性,警示地面站注意并作出反应。另一方面加快了进行新的反卫星武器试验的步伐。美陆军正在加紧研制试验地基动能反卫星武器和地基激光反卫星武器。空军则主要致力于研制机动性更强、威力更大的机载和天基激光反卫星武器,均取得了较大的进展。

到1999年为止,美国已经全面研制和试验了2个动能反卫星武器的动能杀伤拦截器(KKV)样机。波音公司目前正在制造另外3个动能反卫星武器的KKV样机。新的KKV采用的不是以前的帆板拍击方式的杀伤机理,而是采用了喷洒涂料或化学制剂的软杀伤方式。这种杀伤方式可以使目标卫星永久失去工作能力。新的KKV也可用喷洒可分解的化学制剂,使目标卫星暂时失去工作能力。

1997年10月,美国国防部曾在白沙靶场用中红外先进化学激光器对一颗轨道高度为425公里的卫星进行了首次高能激光发射试验 目的是进一步提高激光对卫星的跟踪瞄准能力,试验取得部分成功。此后,美国的激光反卫星武器在技术上有了进一步提高,距离实战应用又前进了一大步。美国陆军目前的激光反卫星武器方案是以功率220 万瓦的氟化氘中红外先进化学激光器和主镜直径为1.8米的海石光束定向器为基础,对其技术进行改进,使这套系统正式具备反卫星能力。据报道,美国空军计划于2001财年利用轨道高度为1207公里的在轨卫星进行一次综合的光束控制试验,以验证激光反卫星技术。空军综合光束控制演示项目将使用直径3.5米的光学装置,试验与打击卫星有关的光束控制功能。目前计划试验以下能力:用光学方法试验系统捕获、跟踪目标的能力,照射目标的能力,大气扰动补偿能力,在目标上选择特定瞄准点的能力,对特定瞄准点发射持续时间长、足以摧毁目标的激光的能力。作为演示目标的侦察卫星或通信卫星都不会被摧毁,但卫星上的探测器或通信天线将失效。

为了覆盖更广阔的区域和为美国本土提供某种免遭洲际弹道导弹攻击的能力,美国空军构想了天基激光器(SBL)计划,其目标是击落助推段的洲际弹道导弹,计划2012年在一架航天飞机上演示这个系统的可行性。这种天基激光器以及美国正在成功研制的机载激光器,都是反卫星的良好武器。

除对卫星系统采取各种主被动防御措施外,俄罗斯将会重新开始发展本国的反卫星武器。从经济上考虑,破坏卫星比建立卫星系统容易得多,特别是在当前“俄罗斯财政严重困难和国家安全受到威胁”的情况下,摧毁美国的卫星系统,特别是美国为武器提供制导的全球定位卫星系统(GPS),要比制造同类的卫星系统更省钱。从技术上考虑,前苏联是世界上最早发展反卫星武器系统的国家之一,曾经进行过大量反卫星武器的研究与试验,某些反卫星武器已达到实战能力。另外,俄罗斯在强激光、高功率微波等领域处于世界领先地位,也将为俄发展相应的空间武器奠定良好的基础。从战略上考虑,美国是目前世界上依靠卫星系统最多的国家,最怕其他国家破坏它的卫星系统。

大多数中小航天国家为了扼制大国控制空间、利用空间的能力,也会发展反卫星武器。因为航天系统正日益成为一个国家的关键利益所在,以相对少的投入研制能打击敌人易损的、耗资巨大的航天装备的反卫星武器,必将成为大多数中小航天国家威慑强大敌人、保护自己的必然选择。

反卫星武器的未来发展趋势

美国反卫星武器技术今后的发展思路是:1、地基与天基、动能与定向能等多种反卫星手段相结合,具备根据不同战争级别对各种轨道的卫星进行多种程度打击的能力。2、实现灵活的作战效应,具备多种打击方式,包括硬杀伤和软杀伤,具备多种作战效果,包括使目标暂时失灵(可恢复)和永久性摧毁。3、发展精确打击能力,只杀伤敌人目标,不伤害自己和友方。4、发展按需及时作战能力,适应未来天战需求。

21世纪初美国将拥有部署动能反卫星武器(KEASAT)、地基激光反卫星技术和具有摧毁某些中低轨道卫星的能力。卫星武器的发展将由主要研制硬杀伤系统(如KEASAT)向软杀伤以及软硬杀伤相结合的方向发展,如研制电子射频干扰系统等。

2010年可能部署的典型系统有动能杀伤反卫星武器,它可杀伤低轨道卫星,原计划2000年部署10套用户鉴定系统,该计划已多次推迟。其它还有小型射频杀伤飞行器(sma11RF KiIIVehicle)。美军建议2012年前部署,估计是具有强射频功率源的射频软杀伤反卫星系统,如电子干扰卫星。再有就是机动型地基射频干扰器和地基激光器等软杀伤反卫星武器。

2020年的发展趋势是:1、发展系统的灵活作战效能,形成使对方卫星系统中断(可恢复)、毁伤(降低性能)、永久性摧毁等多种作战效能的能力,尤其重视软杀伤武器的发展。

2、重点发展天基反卫星系统,由地基反卫星系统发展为天基、地基多平台系统;由只能杀伤某些轨道的卫星,向能在任何时间对全球重要目标实施打击的能力发展。美军提出2020年对有限的重要目标的杀伤率达100%。

3、由2005年前需要数月、数周的部署时间,向能迅速实施打击的能力发展,2020年作战反应时间只需几分钟。

4、通过天基传感器和全球防御信息网(GDIN),获得100%的近实时作战评估的能力。

2020年可能部署的反卫星系统为天基干扰系统(SBJ)、天基激光器、天基平台、天战飞行器,在2020年形成技术能力,杀伤手段将包括高功率微波、激光、动能拦截弹技术。