反卫星武器技术及防御措施浅析

武器系统
本文2003-08-04收到,作者分别系廊坊陆军导弹学院地地导弹控制与测试工程教研室讲师、教授、副教授
反卫星武器技术及防御措施浅析
张莉英 张启信 王　辉
摘　要　针对空间对抗中卫星的重要地位和作用,分析了反卫星武器技术及其发展,并提出了一些相应的卫星防御措施,为跟踪反卫星武器技术发展和研究卫星防御技术提供参考。

主题词　卫星 反卫星武器 防御措施引　言
随着科学技术的不断发展,战争已由平面走向
立体,由“一维”走向“多维”。

空间力量作为未来战争的一个重要角色正出现在战争舞台上。

空间是未来战争的制高点,夺取了制天权,就能掌握制信息权、制空权、制海权和陆上作战的主动权,从而夺取战争的最终胜利。

随着军事对空间的需求从作战保障逐步向空间作战的发展,大力发展军事航天技术,加紧研制空间武器系统,研究空间战战略战术,控制空间制高点,已成为各国共同发展的战略目标。

在未来的空间对抗中,卫星可全天时、全天候、近实时以及通过地域上的全球化来获取战场信息,是支援战场作战行动不可替代的手段,因此,对卫星的破坏与反破坏、干扰与反干扰、摧毁与反摧毁,将成为未来空间对抗中的一项主要内容。

1　军事卫星及其用途
军事卫星是军队现代作战指挥系统和战略武器系统的重要组成部分,主要包括侦察卫星、通信卫星、导航卫星、测地卫星、气象卫星和战斗卫星等。

其中,侦察卫星利用光电遥感器或无线电接收机等侦察设备,从轨道上对目标实施侦察、监视、跟踪,以搜集地面、海洋或空中目标的情报;通信卫星通过转发或发射无线电信号以实现地面站之间或地面站与航天器之间的通信,为陆、海、空、天等提供迅速、准确、保密、稳定的通信保障;导航卫星通过其无线电信标机发出的信号,为舰船、潜艇、飞机、
导弹等高速目标和地面部(分)队提供精确的定位数据;测地卫星准确地测出各种打击目标的地理位置,提高战略武器的命中精度;气象卫星较准确地预报作战地区的气象情况,为制定作战计划提供更充分的依据;战斗卫星是一种携带轨道机动推进系统、跟踪识别装置和武器系统的智能卫星,可识别、接近、摧毁敌方卫星,拦截敌方战略导弹,实施太空布雷、排障,保卫空间站等的安全。

2　反卫星武器及其发展
反卫星武器是用于干扰或打击、破坏敌方在轨运行的卫星的空间武器。

根据不同的性能特点和作战需要,反卫星武器可部署在陆地、舰船、飞机或航天器上;按发射方式的不同,反卫星武器有直接上升式和共轨式两种。

直接上升式反卫星武器利用助推火箭将武器直接发射到目标附近,通过引爆或直接撞击来摧毁目标。

天基直接上升式反卫星武器也叫非共轨式卫星武器;共轨式卫星武器利用助推火箭将武器发射到与目标轨道相同的轨道上,然后以较低速度接近目标,并通过引爆或直接撞击来摧毁目标。

直接上升式反卫星武器可以以很高速度从各个方向接近目标,其摧毁能力和灵活性优于共轨式卫星武器。

按杀伤手段的不同,反卫星武器可分为动能撞击硬杀伤,激光、微波、粒子束等定向能软杀伤,以及喷涂化学物质等其它非致命杀伤等。

除使用反卫星武器攻击卫星之外,还可采用其他手段干扰与破坏卫星的正常工作。

例如,在敌方卫星
的轨道上释放金属碎片与颗粒、气溶胶等干扰物破坏其工作;对航天器的电子系统实施无线电干扰;通过机动航天器接近与捕捉敌方的卫星等。

2.1　反卫星卫星
反卫星卫星是指对敌方有威胁的卫星实施摧毁或使其失效的人造地球卫星,亦称拦截卫星。

它和空间观测网﹑地面发射监控系统组成反卫星武器系统。

一般用运载火箭把带有爆炸装置的卫星发射至与目标所在轨道,然后利用星上雷达或红外探测器寻的与跟踪目标,依靠小型火箭发动机进行机动变轨去接近并摧毁目标。

反卫星卫星的作战过程大致如下:由空间观测网对敌方各种卫星进行不间断的观测,编存目标参数,识别目标性质,在适当时机将反卫星卫星发射到预定轨道上,不断监视目标卫星的运行情况;必要时向反卫星卫星上的自动控制系统发出指令,启动变轨发动机,进行变轨机动去接近目标卫星,并将其摧毁;最后,由地面发射监控系统判断其攻击效果。

反卫星卫星拦截的作战方式有:椭圆轨道攻击。

将反卫星卫星发射到一条椭圆轨道上,远地点接近目标轨道卫星,多用于拦截高轨道的卫星;圆轨道攻击。

反卫星卫星的圆轨道与目标卫星的轨道共面,可以较容易地进行变轨机动去接近目标卫星,并可节省推进剂;快速上升攻击。

将反卫星卫星发射到一条低轨道上,并在一圈内进行变轨机动,快速拦截并摧毁目标卫星,但需要消耗较多的推进剂。

一般情况下,对较高轨道的目标卫星使用前两种攻击方法,但反卫星卫星要运行数圈才能完成拦截任务。

对轨道高度为500km 以下的目标卫星,通常采用后一种攻击方法。

2.2　动能反卫星武器
动能反卫星武器依靠高速动能,通过直接碰撞的方式摧毁目标卫星。

动能武器主要由推进系统、弹头、探测器、制导与控制系统等部分组成。

推进系统可采用火炮、火箭、电场或磁场加速装置等,提供加速到5倍声速以上所需的动力;弹头为实施动能撞击的有效战斗部位;探测器用于探测、识别、跟踪目标;制导与控制系统确保弹头对目标卫星可靠寻的与拦截。

目前,动能反卫星武器中发展较为成熟的是反卫星导弹。

反卫星导弹包括地基发射和机载发射两种,用于摧毁低轨道上的敌方卫星和其他航天器。

地基发射的反卫星导弹是一种红外寻的拦截导弹,由数级火箭和弹头组成。

弹头上装有长波红外探测器、数据处理机和碰撞式杀伤战斗部。

长波红外探测器可在外层空间探测到1600km以外的具有人体温度的物体;数据处理机可进行每秒上亿次运算;战斗部在和目标相撞前几秒钟打开,形成外径为4m～5m的伞状结构,其伞状骨架由数十根轻合金条组成,条上带有钢板,以增加碰撞功能;火箭发动机采用双组元推进剂,推力可控。

机载发射的反卫星导弹弹长一般只有4m～5m,主要靠动能撞击摧毁敌方卫星,精度高,反应快,生存能力强,对于1000km以下的低轨道航天器有较强的攻击力。

美军研制的机载反卫星导弹以F-15为运载发射平台,F-15在地面指挥控制系统的指挥下飞到指定空域后,加速并转入垂直爬升,达到10km～15km高度时发射导弹,导弹依靠自身两级助推器,以惯性制导飞至空间预定点,导弹上的红外探测器搜索并跟踪目标,当速度达到13km/s时,助推器分离,拦截器靠自行引导装置控制火箭进行横向机动,撞击摧毁目标卫星。

此外,以电能为动力,采用电磁发射技术推动弹丸达到高速的天基或陆基电磁炮等动能武器也将成为反卫星武器中的重要组成部分。

2.3　定向能反卫星武器
2.3.1　激光武器
激光反卫星武器通过高热、电离、冲击和辐射等综合效应,以定向光束的形式杀伤卫星,破坏其传感器、光电仪器等。

具有能量大、速度快、精度高和抗干扰性强等特点。

高能激光器反卫星所需的辐照度为1W/cm2～10W/cm2,目标能量密度变为每平方厘米几百焦,摧毁卫星的平均功率在百万瓦以上。

在激光反卫星武器中,较成熟的是地基中红外高能激光器和天基红外化学激光器。

地基高能激光器的作用距离为500km～1000km。

天基激光器主要采用氟化氢化学激光器,能将三氟化氮、氘、氦与氢混合产生强激光,功率可达25M W,辐射亮度1023W/立体弧度,主反射镜15m。

空间目标监视系统探测到目标后,将目标信息传递给空间防御作战指挥中心,通过目标分配与坐标变换,引导激光武器系统中的精密跟踪系统捕获并锁定目标,然后引导束能发射系统使发射望远镜对准目标。

当目
标处于适当位置时,作战指挥控制中心发出攻击命令,启动定向束能器,由其发出接近光速的极细的束能,经发射控制系统射向目标。

2.3.2　粒子束武器
粒子束武器通过高能加速器将电子、质子、中子一类的亚原子粒子和中性原子加速到接近光速,将其聚焦成密集的束流后射向目标。

粒子束反卫星武器主要有两种:装置在空间站或卫星上的天基粒子束武器和设置在地面上的陆基粒子束武器。

粒子束武器攻击卫星的方式:一是攻击卫星的传感器或电子器件,使其损坏或失效;二是攻击卫星的能源系统。

大多数卫星靠太阳能工作,都有一个提供电能的太阳能电池组和光电系统,这些装置暴露在外,易于攻击;三是攻击卫星的背阴面。

卫星背阴面有较高的电子密度,当受到粒子束照射时,其仪器设备极易产生电弧放电,从而毁坏卫星。

同时,粒子束流所具有的极大能量也能使目标软化或变形,达到毁坏卫星的目的。

2.3.3　电磁脉冲武器和高功率微波武器
电磁脉冲武器和高功率微波武器的微波源发出的幅射可以破坏卫星的电子系统。

高功率微波武器要求较小、较轻和较高的燃料效率,并对目标进行广泛的灵敏性研究以决定最佳的攻击方法。

高功率微波武器的关键技术是制调器、高功率微波源和天线。

将采用增强幅射束的控制来降低对尺寸、质量和功率的要求。

高功率微波武器的近期发展目标是新的高功率微波源概念,如干扰调制高功率微波源以及用于场试验和灵敏性试验的宽带速调管;中期目标是发展高功率天线。

远期目标涉及用混沌理论的研究结果来改进高功率微波武器的控制。

3　提高卫星防御能力的措施
在空间对抗环境下,卫星系统的易损性显而易见。

由于所带燃料不多,卫星的轨道较固定,机动能力十分有限,外形也难于隐身。

因此,在空间对抗中,积极打击、破坏敌方卫星的同时,还必需提高己方卫星的生存能力。

为此,可采取以下措施:
1)对卫星的外表面和易受激光和粒子束照射损伤的部分,如红外器件、光电敏感器和光学镜头等采取加固或保护。

如在外层结构覆盖保护装甲;光学镜头增加可启闭的保护盖、罩;用核电源代替易受破坏的裸露的太阳能电池;用抗电磁干扰能力强的机械部件代替易受电磁干扰的电子部件。

2)提高卫星的轨道机动能力。

卫星上一般装有必要的探测器,能预警敌方航天器的接近跟踪,根据探测器的信息或地面测控指挥中心的指令,改变运行轨道,避开敌方航天器。

提高卫星的轨道机动能力,最好能够改变轨道倾角,这需要消耗大量燃料。

3)施放诱饵。

在卫星附近部署假目标,如采用喷涂金属薄膜制成和真卫星的外形、尺寸和质量尽可能相同的假卫星等,引诱敌方反卫星武器或地面雷达,摆脱敌方的跟踪、追击。

4)隐蔽。

在卫星表面覆盖吸波材料,吸收敌方反卫星航天器或地面雷达发射的无线电波,或卫星的无线电发信设备暂停工作,不发出无线电波信号,从而暂时隐蔽自己。

但由于卫星表面要留有一定的散热面积,并装有天线和太阳电池阵等,很难做到较好的隐身。

为了实现电磁信号的隐蔽,卫星尽可能采用自主导航。

5)采用分布式小卫星。

分布式小卫星分布在同一轨道的不同位置,或分布在不同的轨道上,反卫星武器很难将其全部摧毁。

即使部分损坏,其余仍能继续工作,从而提高了整个卫星系统的生存能力。

6)布置空间封锁网。

空间封锁网是由布置在地球低轨道上的卫星网组成。

它可以连续地监控空间信号传输,并进行战略预警,对敌方的空间能力进行预估。

4　结束语
卫星将是21世纪夺取制天权的主要空间系统,攻击敌方卫星和保护己方卫星是空间对抗的首要任务。

为了争夺空间优势,保证国家安全,反卫星武器和卫星防御的竞赛将愈演愈烈。

在正确地跟踪国外卫星先进技术的同时,还应积极发展反卫星武器,并密切注意国际空间军备控制的进展情况,以便及时地确定对策。

参考文献
1　李传胪.新概念武器.北京:国防工业出版社,1999
2　邱毅.航天与太空武器.北京:军事谊文出版社,2000
3　肖力父等.波束与粒子束武器.北京:军事谊文出版社, 2002。