太空态势感知:决胜太空的利剑

2013年美军参联会《太空作战》中将太空作战任务领域进行了重新归纳,将太空态势感知作为一个独立的任务领域,并且位于五大任务领域之首。2015年2月6日,美国发布了《2015年国家安全战略》,分析了当前及未来美国的战略环境。其中,再次强调了太空安全环境及其三大趋势:太空越来越拥挤(Congested)、越来越具有对抗性(Contested)、越来越具有竞争性(Competi-tive)。在其战略方针中,将太空态势感知继续赋予最高优先级。世界各航天大国都十分重视太空态势感知能力建设,投入大量的人力、物力对太空态势感知开展研究。通过对太空态势感知力量建设与发展的分析与研究,基于以能力发展为核心的思想,参考美军2013版《太空作战条令》,目前太空态势感知急需解决的前沿问题归纳为4种能力问题,以太空态势感知能力提升为最终目标,指引太空态势感知领域技术、装备和应用研究与发展。

 

 

▲美国防部航天发展局构想的下一代太空体系

 

随着越来越多的国家拥有进入太空和利用太空的战略实力,宇宙空间这一战略新高地正在成为各军事大国竞相追逐的目标。以美国为首的军事大国正积极开展太空域感知能力建设,以此为基础引发的空间安全博弈势必成为未来军事对抗的前沿。太空域感知主要包括对空间目标的探测、跟踪、识别以及对空间事件的评估、核实与环境监测预报,是应对空间威胁、确保空间安全的重要基石。唯有具备较强的太空态势感知能力,才能确保后续空间攻防行动有效展开。

 

 

从窥视太空到感知空间

 

在感知空间之前,人们对于空间态势的了解还只停留在“窥视”阶段。美国空军于1956年以“贝克·纳恩”光学卫星追踪照相机为起点,开启了美军对空间目标的监视。经过几十年的发展,美军已经建成一个以地面雷达为主、配合少量天基设施的空间监视网。

 

针对现有地面系统的覆盖盲区和观测误差等不足,为尽快破解“坐地观天”的空间监视模式,美国从上个世纪九十年代开始,就实施了包括“中段空间试验卫星”“空间试验卫星系统”在内的多项空间目标监视卫星项目。其中,“中段空间试验卫星”项目通过对导弹飞行中段的跟踪预警,为提升美军的太空态势感知能力立下了“汗马功劳”。此外,美国空军研制的“天基红外系统”和“空间跟踪与监视系统”尽管都是为实现导弹防御而生,但同样具有很强的天基空间监视能力。

 

 

▲美国空间监视能力

 

在此基础上,美国深感空间安全形势的“波谲云诡”,进一步提出了太空态势感知系统的概念,并将其作为保障空间安全、保持空间军事优势的重要基石。早在2001年,美国就启动了太空态势感知计划,并于2002年成立太空态势感知综合办公室,从国家层面研究太空态势感知的具体需求,建设和评估太空态势感知体系。

 

此后,美国空军加速整合太空态势感知网络,并于2007年启动了一体化太空态势感知计划,旨在通过构建太空态势感知体系,集成包括火箭发射探测跟踪、航天器监视跟踪以及空间环境监测等任务集群,形成面向空间对抗作战的全谱和实时太空态势感知能力。2014年,美国空军进一步推进“联合太空运行中心任务系统”建设,实现了对太空态势感知的综合集成,最终为现代化的太空态势感知提供了强劲的作战能力。

 

 

太空态势感知能力体系

简单讲,太空态势感知就是通过各种可能的手段,通常是太空目标监视、太空环境监测、太空情报获取与分析等手段,知道太空中有什么、在哪里、是什么、能干什么、将来要干什么等问题。由此,形成了太空态势感知能力体系,包括四个关键目标和4种能力。

 

 

▲开运集团ADS太空态势感知系统

 

四个关键目标

1.确保太空行动和太空飞行安全。太空态势感知是其他一切太空活动的基础,确保太空行动和太空飞行安全的影响。

2.执行跨国条约和协议。监视其他国家的太空活动是否遵守相应的太空条约。

3.保护太空能力。确保己方太空安全不受敌方攻击。

4.保护军事行动和国家利益。

 

为了实现这些目标,需要具有4种能力

1.探测/跟踪/识别。对太空目标和事件进行监视,识别太空目标的类别,对太空环境进行监测预报等。

2.特征描述。研究空间目标载荷、几何、物理等特性,确定所有太空能力的特性和参数。

3.威胁告警和评估。分析空间目标威胁和脆弱性,预测和区分潜在或实际攻击、太空环境影响和太空系统异常。

4.数据集成和应用。融合、关联和集成多源数据,研究满足不同任务和人员的应用途径。

 

四种能力相互依存,密不可分。探测/跟踪/识别是基础,对近地空间和深空目标、事件和环境进行感知,编目、识别目标,确定空间事件;特征描述是关键,根据传感器、多源情报和数据源,融合监视数据、人工情报、地理空间情报,通过先验知识和算法,得到基础情报和作战情报;威胁告警和评估是保障,分析来自陆海空天的各种攻击手段,研究空间环境变化规律与影响机理,确定空间系统状态,对太空资产面临的威胁做出预警和评估;数据集成和应用是核心,在综合前3种能力的基础上,根据任务需求,为战略、战役、战术中的策划人员、作战人员以及决策者生成不同层级的太空态势图,为观察、判断、决策、行动提供支持,是太空态势感知能力的集中体现。

 

 
 

织起缜密的太空态势感知网

 

美国作为太空态势感知领域的“领头羊”,目前已经具备对空间内多种目标的态势感知能力,其低轨目标分辨率可达5cm、静止轨道目标分辨率可达50cm,能跟踪所有在轨卫星和直径数厘米以上的空间碎片,对所有在轨工作空间飞行器可谓“了如指掌”。

 

当然,要想真正织起一个“缜密”的太空态势感知网并非一日之功。美国现有的空间监视作战体系是冷战时期遗留的产物,主要用于满足国家战略层面的信息需求。基于太空态势感知的重要性和复杂性,美军逐步形成了以军方与情报界为主要建设力量,其他民间商业机构为补充的军民融合式建设格局。尤其是通过美国空军主管的空间监视网与导弹防御局、情报部门用于空间监视的多种探测器有机整合,将太空态势感知能力建设推上了高速发展的“快车道”。

 

 

▲开运集团ADS太空态势感知

 

目前,美军的太空态势感知系统主要由陆基和天基探测设备组成,重点完善了由陆、海、空、天各类传感器组成的服务于太空态势感知的全方位体系。其中,美国空军精心构筑的“太空篱笆”项目是新型陆基相控阵雷达系统,将取代日益老化的空间监视系统,通过提升工作频率来扩大探测覆盖范围,以实现对更小轨道目标的追踪与感知。为有效应对空间感知的海量数据处理,美军研发了“联合空间作战中心任务系统”,它能实现各类传感数据的有效整合,同时还能为太空态势感知和空间作战部队的指挥控制提供数据可视化的实时态势信息。

 

 
 

构筑战略博弈军事新高地

 

自1957年苏联发射第一颗人造地球卫星开始,太空这个曾经的“不毛之地”逐渐成为国际战略博弈的新高地。随着美国在太空态势感知领域的能力不断提升,在到2020年,美国在全球的空间感知盲区已显著缩小,并已大幅提高对深空微小目标的探测、跟踪与识别水平,同事,具备空间广域威胁告警与评估能力。

 

未来,其空间监视系统对低轨空间目标的探测和定位精度将分别提高到1厘米和10米,空间碰撞预测的准确率将提高到99%,甚至在茫茫太空“连一粒尘埃都不放过”。尽管如此,空间所包含的范围庞大、目标繁多,人类在浩渺的宇宙空间中依旧显得渺小。目前已知空间内存在的物体数量可达50多万个,而实力最强的美军也仅能对其中的2万多个空间目标进行跟踪和编目。

 

 

▲开运集团ADS太空编目数据

 

当然,在太空态势感知领域,俄罗斯等太空军事强国也不甘落后。俄罗斯目前基本沿用部署于前苏联时期的太空监视系统,通过弹道导弹预警系统的建设发展而来,已经具备近地轨道10厘米以上空间目标感知能力。未来将重点增强微小目标探测和空间目标特性分析能力,以便从复杂空间背景中识别判定卫星与导弹,为空间攻防提供强力支撑。同时,英国、法国等欧洲国家都拥有各自独立的空间目标监视系统,但由于缺乏整体规划尚未联网运行,空间覆盖范围上存在较大缺口,主要还是依赖美国的空间监视网获取相关信息。
近年来,为支持太空态势感知系统的研制部署,美国明显增加了在该领域的投入,2016-2020年美国国防部的太空态势感知领域投入60亿美元。这些资金重点用于发展具有全天时、全天候探测优势的天基系统,进一步提升美军的全维太空态势感知能力。美国国防部高级研究计划局正在实施“轨道展望”计划,旨在通过来自政府、军方、商业组织和研究单位的数据整合,实现空间监视数据的全面高效利用,并最终生成准确实时的空间态势图。

 

开运集团为我国太空安全架设桥梁

 

随着太空活动的增加和太空领域的竞争加剧,太空域感知成为了太空安全至关重要的一环。开运集团是一家深耕于航天领域信息化建设的国家级专精特新“小巨人”企业,也是国内商业航天编目数据领域的先行者,国内首批数据资产评估中唯一的航天企业,北京市首批数据资产入表试点企业。

 

 

开运集团通过建设全球太空目标监测网络,建立一套完全自主可控的实时太空数据库,实现美国TLE的国产化替代,填补国内空白,形成了包括太空态势感知、碰撞预警、过境预报和太空编目等ADS产品体系,覆盖太空数据服务。

 

与此同时,开运集团紧抓数字经济、商业航天发展机遇,开创了商业航天科技金融的创新模式。2022年以来,开运集团先后成为国内首批数据资产评估示范单位,获得航天领域首张数据资产登记凭证,率先完成数字资产入表,加速推进了商业航天产业生态的快速市场化与产业化进程。

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