1、衛(wèi)星技術概述

引用美國宇航局的話，“衛(wèi)星是圍繞行星或恒星運行的衛(wèi)星、行星或機器”（NASA，2015）。由于它們的姿態(tài)，衛(wèi)星被獨特地定位，以提供一個超視距通信平臺和地球廣闊表面區(qū)域的鳥瞰視圖。這些能力為任何能夠使用此類技術的人提供了戰(zhàn)術優(yōu)勢。?根據(jù)這一認識，當時的蘇維埃社會主義共和國聯(lián)盟（蘇聯(lián)），即現(xiàn)在的俄羅斯，在1957年開發(fā)并發(fā)射了第一顆人造地球軌道衛(wèi)星，人造衛(wèi)星Sputnik 1（PS-1）。?美國緊隨其后的是CORONA等秘密衛(wèi)星項目，NSA、CIA和其他情報機構將利用衛(wèi)星技術獲取蘇聯(lián)導彈位置的情報（Dickson，2001）。根據(jù)從UCSUSA衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫（USCUSA，2021）收集的信息，從1957年到現(xiàn)在，天空已經從一顆人造衛(wèi)星變成了大約4852個，截至12/31/21。為了獲得對后續(xù)材料的欣賞，了解大氣的各個層、軌道類型以及這些軌道內的衛(wèi)星軌道是至關重要的。?這將為展示衛(wèi)星定位和攻擊的多種方法的有效性奠定基礎。

人們可能會傾向于忽略這些層對衛(wèi)星進攻和防御的任何實際影響。例如，每個層將具有沖擊特性。?對流層和平流層比高層大氣密度大。?它們將產生更多的阻力和摩擦，對任何快速地面部署的防御衛(wèi)星或平臺產生表面加熱。?用于ICBM攔截的典型導彈是雷神RIM-161 SM-3，其飛行速度約為3公里/秒或約6700英里/小時（主要導彈防御系統(tǒng)，2012年）。X-15只以每小時4520英里的速度飛行，并遇到1200華氏度的空氣動力學加熱溫度（德萊頓飛行研究中心，nd.）。?應當注意，這樣的溫度將熔化鋁、鎂、鋅和鉛。?在更高層，大氣壓力的降低將決定推進系統(tǒng)和需要考慮增加的太陽和宇宙無線電干擾。?不同軌道距離的增加增加了射彈飛行時間和目標復雜性。?例如，許多衛(wèi)星距離地球表面在100到22000英里之間。?額外的行程時間將允許目標衛(wèi)星的國家有額外的時間執(zhí)行其OODA（觀察、定向、決定、行動）循環(huán)，以應對措施。

2、軌道的類型和形狀

傾斜度：眼眶傾斜度是指角度或傾斜度的大小。在衛(wèi)星繞地球運行的情況下，該角度被稱為衛(wèi)星軌道與行星赤道之間的角度。?通常，這種軌道被稱為近赤道軌道、極軌道或傾斜軌道。

有兩種一般的軌道形狀，圓形和?橢圓形。圓形軌道是離地球的固定距離，被指定為LEO、MEO和HEO，這將在下一節(jié)中詳細描述。?該軌道通常用于衛(wèi)星保持固定地球位置的地球同步軌道。?另一個軌道形狀是橢圓形的，由關于正在軌道運行的行星的兩個不同點限定。?最近的點是近地點，最遠的點是遠地點，它將在任何攻擊或資產保護確定中發(fā)揮作用。

軌道主要在155至1243英里的高度范圍內（250-2000公里）。這個軌道級別的衛(wèi)星根據(jù)高度在大約84-127分鐘內完成地球軌道。?這種低高度要求較快的軌道速度以保持離心力和重力之間的平衡，其大約為17500mph或7.8km/s。?以這種速度，國際空間站（ISS）將每天繞地球一周16次，間隔90分鐘（歐洲航天局，nd.）。?這一軌道上的衛(wèi)星的例子是遙感衛(wèi)星，如天氣、地面測繪、氣候變化、海洋學觀察/監(jiān)測、間諜/監(jiān)視以及哈勃和國際空間站。

衛(wèi)星軌道的分類：

1）小型、便宜的運載火箭可以將衛(wèi)星推進低軌軌道。

2）更快的軌道速度使得在反衛(wèi)星武器（ASW）被部署對抗它的情況下，移動的目標更快。?從長遠來看，AR15突擊步槍中使用的典型55粒北約5.56x45毫米子彈的飛行速度約為3250英尺/秒（991米/秒）（維基百科，2001年）或略高于3500英里/小時，而衛(wèi)星的飛行速度約為17500英里/小時。

3）較低的軌道使得成像和監(jiān)視更加清晰

4）較低地接近地面減少了衛(wèi)星和地面站之間的通信等待時間，其將在5至10毫秒的低范圍內。

5）低地球軌道（LEO）也可以有效地用于衛(wèi)星通信。?獅子座軌道的范圍從250英里到1000英里，信號時間延遲只有5到10毫秒。?這一優(yōu)點還包括降低通信鏈路的功耗，平均功耗為0.5W（Perez，1988）。

3、軌道阻塞和碎片

在討論實際的反衛(wèi)星武器（AWS）及其系統(tǒng)之前，最后一個關鍵的話題是環(huán)繞地球的大量物體以及誰擁有它們。正如本章開頭所述，從1957年到現(xiàn)在，天空已經從一顆人造衛(wèi)星變成了12/31/21年的4852顆。

活動衛(wèi)星的數(shù)量使實際退役衛(wèi)星和目前在軌道上的其他空間碎片的數(shù)量相形見絀。在討論反衛(wèi)星武器（AWS）系統(tǒng)時，必須確定誰和什么物體環(huán)繞地球，并了解60多年來，衛(wèi)星、實驗和運載火箭部件的失效積累了空間碎片。?這個問題非常令人擔憂，以至于國防部和美國宇航局聯(lián)合使用空間監(jiān)視網(wǎng)絡（SSN）、光學望遠鏡、DebriSat、Haystack X波段雷達和Long跟蹤已知軌道平面內碎片的持續(xù)時間暴露設施（LDEF）（NASA軌道碎片計劃辦公室，nd.）。同樣，歐洲航天局（European Space Agency）也跟蹤一個軌道碰撞風險評估小組，該機構位于德國達姆施塔特的歐洲空間行動中心（ESOC）的空間碎片辦公室。?（歐洲航天局，nd.d.）?值得注意的是，與普遍看法相反，并不是所有的空間碎片都被編目和跟蹤；統(tǒng)計分析和建模被用于小于10厘米或4英寸的物體（NASA，2021）。?根據(jù)歐空局的測量，截至2022年7月11日，觀測到以下衛(wèi)星和空間碎片數(shù)據(jù)：

4、空間武器化與衛(wèi)星磨損方法

在獲得與衛(wèi)星的殺傷接近度的許多方法中，只有少數(shù)原理，直接強調或殺傷（DA-ASAT）和共軌（Co-ASAT）。這兩個原則允許部署直接能源武器、反衛(wèi)星導彈、殺手衛(wèi)星以及使用自然和人工碎片等方法。?下面將提供可用于摧毀衛(wèi)星或衛(wèi)星星座的直接和間接攻擊的示例。?了解自20世紀60年代以來執(zhí)行的多次反衛(wèi)星試驗造成的空間碎片的存在以及空間碎片在故意破壞衛(wèi)星資產方面所能發(fā)揮的作用也是至關重要的。最初，美國和俄羅斯進行了太空武器試驗。

碎片場破壞：每個軌道層都有不同數(shù)量的碎片。獅子座不僅非常飽和，而且有最快的旅行物體。?任何類型的碰撞都會導致一連串的碰撞，也稱為凱斯勒綜合征。?簡言之，該概念基于兩個或更多物體的碰撞。?雖然與碰撞和運動定律相關的物理學不在本文的研究范圍之內，但有必要理解，以如此高的速度行進的物體，即使是質量微不足道的物體，也會發(fā)生高能碰撞，從而產生以相等的力朝相反方向移動的較小物體。?這些較小的物體將與其他碎片碰撞，碰撞將繼續(xù)導致碎片風暴。?如前所述，低軌軌道具有許多實體，包括功能衛(wèi)星和國際空間站(ISS)。?已經注意到衛(wèi)星碰撞，第一次已知的碰撞發(fā)生在1991年，當時俄羅斯的宇宙1934被宇宙926的碎片擊中。?然后，在1996年，法國的Cerise衛(wèi)星被Ariane 4火箭碎片擊中。2005年，美國的上一級火箭被中國火箭第三級火箭的碎片擊中。2009年，一顆銥衛(wèi)星與俄羅斯的宇宙-2251"相撞，造成毀滅性后果（歐洲航天局，nd.d.）。

擁有或操作衛(wèi)星。衛(wèi)星的重要性及其向軍隊提供實時情報的能力是眾所周知的。?一些國家可能不具備其對手的技術能力，但希望破壞收集Satint的能力，或破壞其與地面、海軍和航空部隊的通信、指揮和控制能力，以公平競爭。?這樣的國家可能缺乏執(zhí)行衛(wèi)星管理的資源，甚至缺乏跟蹤和瞄準軌道中物體的技術。?然而，他們可以利用碎片場摧毀對手的空間資產，并造成預期的破壞。?例如，朝鮮已經開發(fā)并試射了火星-12彈道導彈。?據(jù)報道，這枚火箭已經達到2111公里或1311英里的高度。?如前所述，近地軌道通常低于2000公里。?（戰(zhàn)略與國際研究中心，2022年）。?這種姿態(tài)提供了在LEO軌道和MEO軌道較低部分內的任何地方遞送有效載荷的能力。?如所討論的，跟蹤和撞擊快速移動的對象是復雜的操作。?然而，高爆轟的輸送不包含接近復雜程度的水平，而是將產生類似的結果。?這種情況將引發(fā)一系列反應，在這些反應中，空間碎片將成為不斷增長的彈片云，隨著正在進行的碰撞中其他物體的破壞，彈片云將增加。?這可以消除幾乎每個國家的觀測、監(jiān)測和通信衛(wèi)星。?過剩導彈助推器的日益擴散使這種情況成為可行的威脅載體。

5、地空導彈

在成功發(fā)射人造衛(wèi)星后，美國很快意識到俄羅斯在太空方面的優(yōu)勢，可以監(jiān)視美國的設施。此外，還設想俄羅斯將開始在軌道上部署核項目，提供首次打擊能力。?美國在1958年的最初反應是開發(fā)和測試ASAT武器Bold Orion或（WS-199B），一種空射導彈。?測試和開發(fā)繼續(xù)進行，直到1959年10月在LEO成功進行了近攔截測試，導彈到達Explorer 6衛(wèi)星4英里（6.4公里）以內（Pike，2016）。?這被1960年俄羅斯人用同軌裝置“DubbedIstrebitel”斯普特尼科夫（衛(wèi)星驅逐艦）（Zak，2013年）。

從20世紀50年代到70年代初，選擇的戰(zhàn)術方法是使用核彈頭和高爆彈頭來消耗敵方衛(wèi)星資產。1963年，美國、蘇聯(lián)和英國簽署了《有限核禁試條約》，認為任何此類爆炸都可能對雙方和盟國造成附帶損害。?應當指出，這項條約不包括使用其他動能型武器。?到了20世紀70年代，戰(zhàn)術改變了，研究開始使用動能殺傷武器，這種武器可以以極端的力量打擊目標。?

2008?美國在低軌道擊落其間諜衛(wèi)星（Oberg，2021）。

2021年，俄羅斯擊落了它的衛(wèi)星（Litovkin，2021）。

這些衛(wèi)星中的每一顆都產生了大量的碎片，2021年的事件導致國際空間站上的人員在多個軌道上避難（Mogg，2021），直到碎片場不再被視為危險。這些碎片將在軌道上保留幾十年。SM-3導彈可以說明動能殺傷武器/彈頭（KKW）的概述，它是一種DA-ASAT命中殺傷系統(tǒng)，釋放一個獨立的21英寸（530mm）、輕型Exo大氣攔截器殺傷車，將以大約10km/s（22000 mph）的速度接近目標（GAO，2011）。

在這個速度下，撞擊相當于“...130”兆焦耳動能，或相當于10噸卡車以每小時600英里的速度行駛。"（雷神公司，2007年）。?從長遠來看，這大致相當于一輛標準校車以747商用飛機的最高速度撞上物體。?其結果將是目標的粉碎和產生額外的高速空間碎片。DA-ASAT挑戰(zhàn)包括先前確定的與LEO相關的障礙。首先也是最重要的是，數(shù)據(jù)衛(wèi)星將需要具有足夠力的推進系統(tǒng)來獲得姿態(tài)。?雖然有些導彈可以到達低至中低近地軌道，但較少的導彈可以到達較高的地區(qū)。?如果姿態(tài)障礙被克服，則該軌道中的物體以高速行進，使得執(zhí)行目標識別、跟蹤和捕獲非常困難。?這將在目標通過之前留下很少的時間來開發(fā)發(fā)射溶液從射程。雖然有許多成功的說法，但由于明顯的原因，失敗的嘗試很少被討論。?不斷提到的一個考慮因素是不斷增加的空間碎片。?任何DA-ASAT都必須導航通過以“高”高超聲速頻譜速度行進的碎片，并具有作為其儀器一部分的高級目標識別設施。值得注意的是，所示的導彈系統(tǒng)只是許多設計中的一個，每個公司、國家及其相關工程師將采用不同的方法。

共軌（CO-ASAT）：這些武器系統(tǒng)被放置在軌道上，目的是從其軌道停機坪上靠近目標衛(wèi)星機動，并能機動到目標衛(wèi)星的較高或較低平面并通過各種手段摧毀目標衛(wèi)星。這種ASAT設備可以具有雙重目的。?偽裝為天氣、通訊或有其他非強制性意圖，可能會使它們留在軌道上，而不會引起人們對其偽裝任務的注意，直到被召喚采取行動。?這個ASAT類也可以在多個軌道上追逐另一個軌道體，直到它足夠接近執(zhí)行其殺死協(xié)議。Kosmos-2543的活動觀察到了這種機動，以匹配Kosmos-2535的軌道進行會合，并能夠改變前后軌道位置（Chabot，2019）。?如表2-7所示，俄羅斯/蘇聯(lián)自1982年和美國1年以來進行了9次共軌試驗。1982年以前，有17次俄羅斯/蘇聯(lián)的同軌道相關試驗在1963-1981年間得到證實。?由于國家秘密，很難知道發(fā)生了多少與消滅敵方資產有關的同軌道衛(wèi)星活動。

6、直接碰撞或動態(tài)殺傷

在DA-ASAT探測中討論的技術以及高速撞擊如何對目標衛(wèi)星造成廣泛損害。概念是相同的，除了殺傷車是一種軌道裝置，可以轉換軌道平面以追求目標。

射頻干擾機將允許攻擊衛(wèi)星在另一顆衛(wèi)星附近機動，并干擾其發(fā)送和接收信號。攻擊衛(wèi)星可以使其軌道與目標衛(wèi)星足夠接近，從而通過頻譜感知執(zhí)行認知干擾。?這項技術將允許攻擊者感知目標使用的發(fā)送-接收頻率，并使用“檢測和干擾”策略。?即使目標衛(wèi)星試圖執(zhí)行抗干擾緩解，攻擊衛(wèi)星也可以通過檢測滑動能窗分析等技術繼續(xù)其頻譜分析。?（Tianq，Pham，&Blasch，2012年）干擾可能只需要存在很短的時間就可以造成干擾，尤其是如果目標位于LEO。

微波轟擊已經成為一種可行的星-星沖突攻擊方法，高功率微波（HPM）在電子電路上使用窄帶和超寬帶（UWB）脈沖輻射損壞目標電子電路的實驗證明了這一點（SAEMedia Group，2008）。?在目標附近機動的具有微波能力的ASAT可以發(fā)射微波，產生能量傳遞，從而在目標衛(wèi)星內建立額外的電壓。?這將產生數(shù)千伏的電壓，導致目標的電子導體產生電壓和熱量，這將導致半導體、處理器甚至熔化關鍵部件。?空間研究已經使用光伏射頻天線模塊（PRAM）技術證明了這一點。?“PRAM將陽光轉換為微波功率傳輸。”?（Trevistick，2020）提供電力。

7、網(wǎng)絡攻擊

（Nichols等人，2022）衛(wèi)星也將有類似的漏洞。衛(wèi)星接收來自地球站的通信，在許多情況下，接收來自多個地球站的通信，所有這些都需要認證。?這意味著需要通信和安全協(xié)議來服務于接收傳遞證書所必需的請求、確認和握手。?這可能受到DoS(拒絕服務)攻擊，其中衛(wèi)星在嘗試服務請求時可能變得不堪重負，并且無法與合法源進行認證，從而影響其從其基地接收指令的能力。?根據(jù)軌道和衛(wèi)星的速度，它可能會通過與特定地面站的通信窗口，并且必須前進到下一個。?正如在軌道上討論的優(yōu)點和缺點，低軌軌道需要較少的功率來與地面通信，并且通常具有較小的天線和較低功率的發(fā)射機。?軌道上的另一顆衛(wèi)星或衛(wèi)星星座可能提供更集中的信令，并在目標衛(wèi)星進入其與地面的通信窗口并造成中斷之前開始攻擊。?這是可能發(fā)生的眾多網(wǎng)絡攻擊之一。?類似的網(wǎng)絡情況也發(fā)生了，黑客控制了一顆退役衛(wèi)星，并通過Anik F1R衛(wèi)星（Paganini，2022）廣播了他們的會議。

激光武器用于共軌攻擊衛(wèi)星，由于有效燃燒目標衛(wèi)星材料所需的功率量，激光在這一點上可能不是一個實際的解決方案。然而，許多工作正在進行中，以創(chuàng)造更強大的激光器，需要更少的功耗。?還應該注意到，由于距離擴展、大氣電離、大氣擴散和地下空間攻擊，額外的能量不會損失。?然而，確實存在使用激光使目標失明的技術。?這在反監(jiān)視和探測方面是有用的，特別是在探測高超音速導彈發(fā)射時，這種導彈發(fā)射信號不如標準洲際彈道導彈明顯。

化學噴霧器將是一種更隱蔽的攻擊方法，在這種方法中，目標將被噴灑化學劑，該化學劑將導致衛(wèi)星表面的腐蝕，并最終危及系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經由于熱變化和與高速行進相關的力而處于應力下。"由于軌道運行期間周期性進出遮陽板，衛(wèi)星外表面上的低軌軌道會產生熱應力。?在LEO，這種情況每90分鐘發(fā)生一次，大約在+100?° C到-100?° C之間。這種溫度變化會在材料中產生熱應力，而CTE的差異將導致金屬表面上的氧化層剝落，并導致新鮮材料不斷暴露在原子氧環(huán)境中。"?（歐洲空間局，nd.d.）。?這種腐蝕性材料的分散會降低太陽能電池板及其部件的效率，并最終構成衛(wèi)星的結構完整性。

在過去的十年里，隨著立方體衛(wèi)星的進步、更便宜的交通工具、改進的機械臂、相機系統(tǒng)、更快的計算能力、用于精確目標識別和捕獲的先進軟件以及改進的自主響應，衛(wèi)星機器人機構已經指數(shù)級地進步。這些改進使設備能夠截獲和捕捉快速移動的物體。?最近，美國、英國和中國已經開始進行幾項實驗，以清除太空碎片為幌子，測試這項技術，以清理較低軌道。?這些國家進行了技術示范，相互提出了重要的擔憂理由，因為用于清除碎片的相同技術對反對派資產也有同樣的作用。?以下是反映所測試技術的已知努力。

8、高超聲速導彈平臺

除了氣象、通訊和間諜衛(wèi)星，還有軌道平臺。下圖確定了11個不同類型的15個不同平臺。

1963年，112個國家簽署了《外層空間條約》，該條約基本上禁止在空間使用核武器。"《外層空間條約》的主要規(guī)定包括禁止空間核武器；限制將月球和所有其他天體用于和平目的；規(guī)定所有國家應自由探索和使用該空間；禁止任何國家對外層空間或任何天體主張主權。?該條約雖然禁止在天體上建立軍事基地、試驗武器和進行軍事演習，但并沒有明確禁止在太空中的所有軍事活動，也沒有明確禁止在太空中建立軍事空間部隊或在太空中放置常規(guī)武器。"?（維基百科，2003年）。?反對核武器的具體宣言為其他可能的系統(tǒng)打開了大門，例如發(fā)射不需要核彈頭的動能系統(tǒng)，因為它們的高超音速將通過釋放相當于千噸的TNT（取決于重量、密度和最終撞擊速度）產生毀滅性的結果。

一個已知的武器平臺是高超音速武器的發(fā)展，這是不斷升級的軍備競賽的一部分。從第6本書中快速回顧一下，這些車輛的速度大于5馬赫（>3,806英里/小時），姿態(tài)低于90公里（295,276英尺）。?低軌軌道上的大多數(shù)物體以17500英里/小時的速度飛行，這些速度被稱為高超音速，范圍為10-25馬赫。?記錄了一些阿波羅指揮模塊（CM）以36馬赫的再入速度飛行（史密森國家航空航天博物館，nd.d.）。

一般來說，有兩種類型或類別的高超聲速導彈。第一種是巡航導彈類型，也稱為高超聲速巡航導彈（HCM），它通過SCRAM推進系統(tǒng)保持速度，以及高超聲速滑翔飛行器（HGV），它利用重力和空氣動力學來獲得其速度和穩(wěn)定性。

本主題的重點將是HGV以及它將如何作為天基攻擊載體應用。目前，探測發(fā)射或部署高超音速導彈的方法有限。自冷戰(zhàn)時期以來，標準防御戰(zhàn)略的重點是探測洲際彈道導彈的發(fā)射和攔截。?高超音速技術已經成為觀察、定向、決定和行動OODA回路決策戰(zhàn)略過程中的游戲規(guī)則改變者（Devost&Courley，2022）。?過程受到影響，因為觀測周期被延遲，這是過程的開始。?應該注意的是，大多數(shù)早期預警技術都是針對洲際彈道導彈水面或海軍發(fā)射的紅外特征進行優(yōu)化的。?這種標識的減少然后壓縮了其他過程可用的時間，包括定向能力。?這種減少進一步縮短了被圍困實體采取行動的時間，因為這些設備太快了。?例如，如果我們使用摘自第六冊高超音速武器第12章的下表：

它顯示了這種武器的移動速度。HGV在23馬赫上空繞高層大氣移動，在10馬赫時繞低層大氣移動是不現(xiàn)實的，這可以在8分鐘內覆蓋1000英里。

在這種情況下，有能力觀察導彈助推器的紅外特征。此外，由于助推器的高度約束，HGV的目標將較少。?在空投部署場景中，高度限制將被刪除。?此外，根據(jù)一天中的時間，觀測衛(wèi)星將不存在來自地面的紅外熱信號，以供探測和報告；獲得HGV已經發(fā)射并開始其重返軌道的早期確認可能很困難，這可能類似于下圖所示的大氣跳躍。

這將提供HGV隱身，因為它可以從不同的全球位置降落，并開始其目標活動。一旦進入大氣層，它將具有機動能力，并且由于它的高海拔，它會混淆敵人對實際目標的跟蹤。?此外，如果主目標不再可用，則可以選擇多個備選。?應注意，隨著HGV變低，選項更少。?在指定點，HGV將以最大速度降落在目標上，釋放盡可能多的動能和破壞。

盡管有條約和國家協(xié)定，使用從太空發(fā)射的高超音速武器是一個必須考慮的問題。對于那些表現(xiàn)出違反條約或違反既定交戰(zhàn)準則和規(guī)則的傳統(tǒng)的國家來說，擁有首次打擊能力是一種太大的誘惑。?任何忽視這一點的國家都可能在其滅亡時這樣做。

編輯：黃飛

?