24颗卫星星座用于天基反导可行吗？

编译/岳江锋

近40年来，美国导弹防御倡导者一直设想在地球多层轨道上构建一套装备有反导拦截武器的卫星星座，其中最常见的想法是研发“碰撞杀伤”型天基拦截导弹（SBI），由在轨拦截器发射助推器并改变其轨迹以击中目标，利用动能碰撞原理击毁飞行中的导弹和弹头。天基拦截器的作战范围（即从其初始位置出发后的射程）受以下三个条件的约束：一是拦截器脱离轨道的机动速度，二是弹载推进剂的质量，三是飞抵目标前的时间余量。当对SBI系统进行建模时，这些约束条件共同起作用，极大地限制了拦截星座的效率。为实现对地球表面导弹威胁区域的全覆盖，需要增加轨道上的拦截器数量。

如何认识国防分析研究所的研究发现

倡导部署天基拦截弹系统的人士经常援引一份由国防分析研究所（IDA）2011年撰写的秘密报告的研究发现，以支持他们所持的“SBI可以以合理的成本提供有效的助推段导弹防御”观点。但2018年初，忧思科学家联合会指出，在阐述IDA研究发现方面存在着普遍性错误：即24颗卫星的星座只能够用于中段反导，但助推段反导则需要数百甚至上千枚拦截器。

根据一份阐述2011年国防分析研究所报告细节的揭秘信件透露：24颗卫星可能形成“有限”的SBI层，在其约20年的运行寿命期间耗资约260亿美元，包括部署10年后开展全面更新换代的费用。国防分析研究所的分析继而指出，由960颗卫星构成的“全球”卫星星座可能提供助推段反导覆盖，同期将耗资约2820亿美元。

那么，由24颗卫星SBI层在助推段反导拦截上的效果究竟如何？在中段阶段怎么样？如果24颗卫星完全用于不同的导弹防御目的，如作为中段跟踪和识别的天基传感，效果又将如何？

24颗卫星星座无法满足助推段SBI层的需求

根据美国物理学会、兰德空军项目、CSIS空天项目的分析，24卫星星座不足以进行助推段导弹防御。例如，将星座位置设定对某一地区提供最佳覆盖范围时，24颗卫星将有75%的时间不能完全覆盖该地区。此外，这些卫星过顶的轨道也是可见的并且是可预测的。对手会确切知道这套星座何时没有覆盖，并据此制定攻击计划。因此，任何不能提供持续覆盖的星座都不会对体系庞大的美国弹道导弹防御系统（BMDS）带来有意义的贡献。

尽管2011年IDA报告指出，每颗卫星能够携带四枚拦截器，但就24颗卫星的星座而言，每颗卫星携带四枚拦截器并不比其携带一枚拦截器能够提供更好的助推段防御，因为如果一枚拦截器无法及时到达目标导弹，那么其他三枚也不能。毫无疑问，哪怕是对一个较小的区域，24颗卫星构成的SBI系统也无法提供持续的助推段导弹防御覆盖。

24颗卫星可在一定程度上满足中段SBI层的需求

根据其部署方向，24颗卫星构成的SBI层可能在开展有限的中段导弹防御方面奏效。由于中段占据了导弹飞行的大部分时间（对于洲际弹道导弹将超过10分钟），拦截器到达目标所需的时间比导弹助推段（可能只有2～3分钟）要长得多。如前所述，同一轨道上的24颗卫星星座将为北纬60°以下的导弹轨迹提供持续的中段反导覆盖，然而射向美国的在地球北极上空飞行的导弹，不会被这个特定的SBI星座完全覆盖。虽然24颗卫星在导弹中段飞行期间可以到达拦截位置，但如果没有识别弹头、诱饵和碎片的高度保真数据，拦截器将无法成功击中目标。为了实现这一功能，一些导弹防御倡导者提议部署天基传感器（SBS）层。

▲ 天基红外系统-低轨道卫星在轨飞行示意图

▲ 天基红外系统-高轨道卫星

▲ 空间跟踪监视系统卫星

24颗卫星足以构成有效的全球性SBS层

尽管由24颗卫星构成的星座只能提供有限的中段反导拦截持续覆盖，且不能满足助推段反导拦截持续覆盖，但相同数量的卫星却可以提供出色的、可覆盖全球的传感器层。

▲ 总装、调试天基红外系统-高轨道卫星

▲ 厂房内的空间跟踪监视系统卫星

▲ 天基红外系统的地面指挥中心

现已部署的“天基红外系统”（SBIRS）卫星利用红外传感器对火箭发动机产生的热红外特征进行助推段跟踪。它们不是设计用来跟踪中段飞行的导弹，因为此阶段必须从极冷的空间背景中发现较冷的目标。在导弹发动机关机后，热红外特征变弱，使用红外系统无法对其实现有效跟踪。然而，低地球轨道上的SBS层却可以使用雷达或光学传感器来监测飞行中段的导弹，识别该段产生的弹头、诱饵或其他碎片。

为中段跟踪及识别构建SBS层的提议并不新鲜。20世纪80年代后期，它首次以里根政府战略防御倡议的组成部分提出，当时构建的SBS层被命名为“智能眼”。90年代，克林顿政府在其SBIRS计划提案中也涵盖了一套SBS层，被称为“天基红外系统-低轨道”。2001年，美国导弹防御局掌管了这一计划，将其重新命名为“空间跟踪监视系统”（STSS），并将该计划压缩为两颗演示卫星（STSS 1和STSS 2），这些卫星于2006年发射。尽管STSS最初提议建成包括20～30颗卫星的星座，但目前还没有成形的具体计划，另外，现有的两颗演示卫星也没有集成到整个BMDS架构中。

▲ 检查天基红外系统-高轨道卫星的通信子系统图

▲ 检查天基红外系统-高轨道卫星的有效载荷

假设由24颗卫星构成的SBS系统均被发射到与两颗STSS演示卫星相同的轨道高度和倾角，该星座将提供全地球覆盖，对从地球任何位置发射的导弹进行中段探测跟踪。

拦截器无法在没有足够的中段目标识别的情况下成功击中目标。天基传感器在跟踪导弹时会驻留在轨道上，以区分导弹的弹头和飞行过程中可能产生的其他碎片。与拦截器不同，传感器的作用距离受到地平线和大气的限制，地平线导致其无法跟踪到地球另一侧的导弹，大气则可导致信号衰减和失真。因此，导弹飞行高度越高，越有可能被星座中更多的传感器观测到。如导弹达到1000公里或更高的高度，不管其落点或发射点在什么位置，设想的星座中至少有5个传感器可以跟踪到其弹道的某一部分。这种冗余设计非常有用，因为导弹跟踪识别的精度会随着更多传感器的介入而提高。

综上所述，SBI系统经常因其具有助推段反导拦截能力而受到吹捧。然而，仅有24颗卫星的天基拦截器星座不足以在助推段导弹防御中发挥作用，而在用于中段反导拦截时效果会更好些，可在地球的某些部分提供有限的反导拦截覆盖。另一方面，作为SBS层，在低地球轨道上运行的24颗卫星星座却具有较好的作战能力，并且在其不用于跟踪导弹时，还可跟踪太空中的其他卫星,这将补充美国空军现有的空间态势感知架构，以更好地跟踪其他空间物体，并更准确地为潜在的碰撞预警。

因此，如果将24颗卫星构成的星座作为天基传感器而不是拦截器，将是更有效的导弹防御系统。