美国重启太空反导系统：星球大战卷土重来

吴　勤　徐春庆

美国国防部导弹防御局(MDA)负责人2008年10月20日向外界宣布，对于国防部在2009财年预算中列入1000万美元用于研究在太空部署反导系统可行性的要求，国会已于9月同意拨款约500万美元就发展太空导弹防御系统开展独立研究，10月14日美国总统布什签署的2009财政年度国防授权法案中已经包含了这500万美元的研究经费，该项费用将用于相关机构或企业研究“太空拦截导弹”的可行性，由此引发了各界的注意。这是民主党控制的国会1993年取消类似项目以来美国首次批准相关研究经费。该计划一旦启动，意味着上个世纪80年代的“星球大战计划”卷土重来，也是美国向太空武器化迈出了实质性的一步。

助推段导弹防御与天基反导

助推段导弹防御

助推段导弹防御系统将设计用于摧毁在助推段飞行的导弹。助推段拦截最吸引人的地方在于它可以解决多弹头，子弹药和诱饵带来的问题，而且能保卫整个美国。对于远程导弹来说，助推飞行时间仅持续3～4分钟，这要求防御系统有非常短的反应时间。

目前，美国正在发展几种部署在地球上的助推段防御系统，包括携带拦截器的地基或舰载拦截弹，目的是利用它们的探测器追踪助推飞行中的导弹的明亮尾焰，并试图通过直接碰撞摧毁导弹。但此类武器的最大问题在于需要将其部署到靠近导弹发射阵地的地方，以便在导弹的助推飞行阶段追上导弹。另一种正在发展的方案是机载激光，它也必须位于距离目标几百千米的位置上，才能摧毁导弹。

天基动能拦截器

为了对从世界任何地方发射的弹道导弹进行拦截，美国开始考虑天基助推段导弹防御系统。天基助推段防御系统将由部署在低地球轨道上的天基拦截器(SBI)组成。这些拦截器将保持在固定轨道上，探测到导弹的发射后，靠近导弹发射阵地的SBI将利用其弹上的推进系统加速，飞出轨道并向导弹方向机动。拦截必须在80～100千米的高度进行，因为如果拦截高度太低的话，大气密度过大，巨大的气动加热作用会使天基拦截器无法正常运行，因此助推段防御系统不适用于近程导弹。主张发展天基防御系统的人认为，天基系统可以防御从世界上任何地方发射的导弹，而地基或空基助推段防御系统的部署和使用会受到地理和政治因素的限制，这意味着只有天基拦截弹可以追赶从某些地方发射的、处于助推段飞行的导弹。

天基动能反导系统的弱点

一般的卫星系统在单个卫星受到攻击后不会引起整个系统的失效，但是，天基导弹防御系统是个例外，非常容易遭受攻击，其生存能力有限。因为只有最靠近导弹发射地区的天基拦截器才能在可用的时间内拦截进攻的导弹，因此只要在天基拦截系统中打开一个突破口，就会导致整个天基防御系统失效。由于天基拦截系统的位置很容易被攻击方掌握，因此敌方在地面可以跟踪天基拦截系统。同时，由于天基拦截器将部署在低轨道(300-500千米)上，因此以射程600-1000千米的近程导弹为基础研发的反卫星武器就可以攻击它们。这种近程导弹的火箭发动机的关机高度太低，天基拦截器无法拦截助推飞行中的这些反卫星武器。由于近程导弹比远程导弹便宜得多，一个国家可以发射足够多的反卫星武器，以在天基拦截器的星座上打开突破口。虽然现在还没有一个国家部署反卫星武器，但可以预期，已经具备发射远程导弹的技术先进国家，都将有能力制造可以攻击天基拦截器的反卫星武器。另外。即使天基拦截系统没有受到攻击，这个防御系统也很容易受到压制。由于天基拦截器有很大的缺勤率——即要想确保总有一枚天基拦截器处在能够拦截从特定地点发射导弹的位置上，将需要大量的天基拦截器构成星座。目前所研究的大部分天基导弹防御系统，都仅仅能够拦截从相同的地点、接近同时发射的少量导弹(通常是1枚或2枚)。因此，如果进攻者发射的导弹数量比较多，防御系统就不能拦截所有的导弹。虽然地基防御系统可能也会遭遇此类问题，但与地基系统相比，天基系统要解决此问题所需的费用要昂贵的多。

天基动能反导系统的星座规模和发射要求

天基拦截器的星座规模要求

利用天基拦截器防御将需要大量的拦截弹，即使部署一个拦截效果不是很好的防御系统也将是昂贵的。构建一个反应时间只有几分钟的天基动能导弹防御系统将需要上千个天基拦截器。

20世纪90年代初，老布什政府曾提出作为“防御有限攻击的全球保护(GPALS)”系统一部分的“智能卵石”(BP)系统，该系统包括大约1000枚天基拦截器，能够对同一地点发射的1～2枚导弹进行有效拦截。2003年7月，美国物理学会(APS)公布的”助推段导弹防御技术分析报告”也得出了类似的结论。APS报告编写组考虑的天基拦截器星座是：轨道高度300千米，最少有1枚，偶尔有2枚天基拦截器能够拦截从纬度30°～45°之间的任何地点(包括朝鲜和中东地区)发射的导弹，但不覆盖纬度高于45°的地区。要拦截固体燃料导弹(助推段飞行时间70秒)，这个系统将需要大约1600枚天基拦截器；而要拦截液体燃料导弹(助推段飞行时间240秒)，将需要大约700枚天基拦截器。增加这个系统覆盖地球的区域，所需天基拦截器的数量将大量增加，要实现全球覆盖将使所需要的天基拦截器数量增加1倍左右。而且，如果要求拦截系统能够同时拦截2枚导弹，或是同时由2个天基拦截器对一枚导弹进行拦截的话，拦截系统的规模也同样要扩大一倍。

天基拦截器的发射要求

APS的研究还表明，为了给天基拦截器提供足够的机动能力，将需要足够的速度。所需要的这个速度有两个主要的贡献一是加速拦截器，使之脱离轨道，飞向助推段导弹；二是进行机动，实现拦截。天基拦截器将需要有一个可以提供每秒4千米加速度的推进器，使其脱离轨道并以足够的速度及时地追赶上助推飞行中的导弹。减小这个速度将需要在轨道上更密集地部署天基拦截器，增加星座的规模。这项研究还确定，由于助推飞行中的导弹是一个正在加速的目标，能够进行迷惑性的机动，为了允许天基拦截器机动飞行并自动瞄准这个助推飞行中的导弹，需要另外增加2.5千米／秒的速度。如此大的速度需要大量的推进剂才能实现，由此将会导致天基拦截器星座的质量大量增加。经过研究确定，实战中发动机和推进剂将使每个天基拦截器的质量达到800千克。

由于天基拦截器要在低轨道上停留相当长的时间，它还必须携带用于位置保持的推进剂。此外，研究表明，在轨的天基拦截器将装在一个弹仓里，以便保护它免受辐射和空间碎片的破坏，弹舱上还要有通信设备和提供电力的太阳电池板——当天基拦截器加速飞向导弹的时候，所有这些都要留在后面。依照APS的研究，加上弹库的质量，每个天基拦截器在轨道上的质量将达到1吨以上。

根据以上的分析可知，防御固体燃

料导弹所需要的1600枚天基拦截器组成的星座，将需要总共接近2000吨的轨道质量，常规地基火箭的发射费用是2万～3万美元／千克，因此其总的发射费用约是400—600亿美元。防御液体燃料导弹所需要的由700枚天基拦截器组成的星座，将需要总共850吨的轨道质量，估计的发射费用是170～255亿美元。这些系统仅仅能够拦截从一个地方同时发射的1-2枚导弹。把1000吨的质量送到轨道上去，将需要相当于“德尔它”的火箭进行100多次发射，或用“宇宙神-5”火箭进行50多次发射。因此，部署这样的防御系统需要大大提高发射能力。而且，假定这些卫星有10年的寿命，维持1000个天基拦截器组成的星座，每年将需要发射大约100个天基拦截器。假定发射费用是2万美元，千克，这将导致每年要承担20亿美元的发射费用。如何减少天基拦截器的质量和数量是其能否实战化的主要因素，也是该计划能否继续发展的关键，以目前而言这是有可能的。美国国会预算办公室(CBO)2004年7月的一项分析考虑了一种速度快、质量轻的天基拦截器，其追赶导弹的速度变量是6千米／秒，而不是APS所假定的4千米／秒，加注了燃料的拦截器的质量30千克，而不是APS所假定的136千克；弹库的质量是90千克，而不是APS所假定的440千克。CBO的研究表明，如果可以制造这样的天基拦截器，与APS所给出的数据相比，这将把在轨的拦截器总数减少2／3(防御固体然料的导弹)和7／10(防御液体燃料导弹)。此外，这也将减少在轨的拦截弹的总质量，与APS给出的数据相比，减少量大约为6／7(防御固体燃料导弹)和9／10(防御液体燃料导弹)。同时，美国目前正在大力发展的多弹头拦截器(MKV)将极有可能作为天基拦截系统的拦截器，如果MKV被成功应用于天基拦截器计划，将能够大大减少部署在太空的天基拦截器数量。

天基动能反导系统的反卫星能力

虽然导弹防御所需要的大的天基拦截器星座，在很多年内还不可能部署，但少量的天基拦截器可以较早部署，用于攻击卫星，包括地球静止轨道上的卫星。假定天基拦截器的探测器被设计成可以探测在轨卫星，那么设计用于拦截助推导弹的天基拦截器就将具有足够的能力，拦截在轨道上的卫星。而且，天基拦截器具有足够大的用于加速脱离轨道的速度，这将允许天基拦截器改变其轨道，去攻击与其自己的轨道有很大不同的轨道上的卫星，包括地球静止轨道上的卫星。

一般天基拦截器的轨道速度大约为8千米／秒，加上其赶上助推飞行阶段导弹所需要的4千米，秒的速度变量，它的总速度需达到12千米，秒。通过计算表明，有了这样的速度，天基拦截器可以在1.5小时的时间内从原来的低地球轨道到达地球同步轨道，而且在这个高度上仍具有接近7千米，秒的速度。地面观测可以准确地确定所要攻击目标卫星的位置，以便发射拦截器，当拦截器足够接近卫星的时候，就可以使用弹上的探测器探测目标卫星。

单纯为导弹防御设计的拦截器是否可以用来攻击卫星，取决于它的设计细节，如所用探测器的类型和设计的工作时间长度(到助推飞行段的导弹需要几分钟时间，而要到达地球静止轨道需要1小时的时间)。但是，这些细节都可由设计决定，这些能力是可以加到天基拦截器上的，赋予它们高空反卫星的能力。与地基“动能-反卫星”(KE-ASAT)武器相比，使用天基拦截器拦截卫星的最大优势在于其可以攻击高轨道卫星，而地基KE-ASAT目前只能攻击低轨道上的卫星。同时，由于地球同步卫星在运行周期内的大部分甚至所有时间都暴露在阳光照射之下，它们能反射阳光或者具有较高的表面温度，可以利用这两个特点来对其进行定位。

美国天基动能反导系统的发展情况

美国政府非常重视太空武器的研制，从当年的“星球大战”计划到目前的天基拦截器试验床(sBITB)和“近轨道红外试验”(NFIRE)卫星计划，美国历任政府从未停止对太空武器的研究。MDA认为天基拦截系统具有近地覆盖和快速反应能力，可有效防御敌人战略导弹的攻击。

“智能卵石”计划

1989年，美国将需要耗资近万亿美元的“星球大战”计划在历时6年后正式缩小为“智能卵石”(BP)计划。按照设想，美国将在450千米的轨道上部署上千枚BP。作战时，BP依靠自身的火箭动力自动追杀对方的卫星或来袭导弹。该拦截器由美国劳伦斯利弗莫国家实验室于1988年8月开始研制，1990年首次进行了亚轨道拦截空间飞行目标的试验。该计划随着1993年被克林顿政府正式撤销而终止。

BP这种兼具反卫星和反导弹作战能力的天基动能拦截器，实质就是一种具备攻击性的小卫星。弹上装有能探测数千千米外弹道导弹的高分辨率光学设备，有能自动控制弹上火箭发动机启动并引导拦截弹自动迎击目标的高功能计算机等。智能卵石拦截器长1米，直径0.3米，弹上计算机质量为0.1千克，光学设备质量为4.5千克，总质量为45千克。由于这种武器可自主式独立作战，并可投放多枚诱饵，又能部署于不同的轨道以及进行弹体抗核加固或激光防护等，所以生存能力较强。采用可见光／红外导引头，制导探测用的高分辨率宽视场摄像机具有实对图像处理的能力，光学探测器能看到数千千米外建筑物大小的目标。它的硬件处理信息的能力相当高，相当于1台Cray-1超级计算机，有一定的智能水平，中后部装有径向发动机和多台推力器，以实现快速控制。推力器从发出点火指令到达到最大机动的响应时间已达毫秒级，加速度达10g，机动速度达600米，秒以上，可以满足碰撞来袭导弹和卫星的要求。

为保证制导精度达到足以使杀伤器本体直接碰撞卫星的杀伤效果，BP设有伞型杀伤增强装置。这种装置是折叠并可以径向展开的伞状结构，金属伞展开后迎着近于法线方向与卫星目标相撞，可增大碰撞面积。它采用穿透与冲击两级杀伤机理相互补充，以提高杀伤概率。冲击机构是一个增强聚脂薄膜板，穿透机构则是分布在薄膜上的小球。这个可膨胀的聚脂薄膜与高密度小球组合使用，可达到穿透和压碎卫星结构。碰撞并毁掉关键附属部件的目的。

天基拦截器试验床计划

美国退出反弹道导弹条约，也摆脱了发展天基反导系统的限制。MDA开始重新考察以前被放弃的导弹防御概念，这也包括“天基拦截器试验床”(SBITB)。该计划的主导思路是部署装备有多种杀伤拦截器的卫星，通过高速撞击方式摧毁来袭的弹道导弹。该计划的最初阶段是在太空部署2～3枚拦截器，用于击落弹道导弹。

2003年的国防预算中，天基拦截器计划申请了3000万的拨款，但是资金没有到位。2004年，MDA为SBITB申请了1400万的预算，但由于国会的强烈反对，而被迫停

止该项计划。但是MDA对该项计划仍然没有死心，为支持天基拦截器计划，MDA在2004财年曾将几个专用传感器送入太空。这些传感器用于在较大的目标射线频率范围内，搜集发射的弹道导弹热场和其它场数据以及弹道导弹飞行数据，在弹道导弹发射后以及在其飞行的各个阶段对弹道导弹进行跟踪。2005财年MDA重新把该项计划提交国会，包括方案分析，演习和轻型拦截弹部件的前期研制和测试，同时MDA也对该计划作了初步的时间安排，并计划在2008～2009年进行第一次天基试验。2006和2007财年，虽然美国国会没有对SBITB进行拨款，但是MDA并没有放弃停止天基拦截器技术的研究，并把该技术隐含在微卫星计划中秘密发展。MDA的微卫星计划包括3项内容，其中第2项微卫星推进试验(MPX)的实质就是研制天基拦截器计划的关键技术。2007年2月，MDA已经为2008财年的SBITB申请了1000万的预算，MDA认为2008～2009年对SBITB的研究至关重要，甚至将决定今后是否会部署天基拦截器。MDA计划在2012年研制3～6枚天基拦截器完成SBITB计划，但这一计划仍旧没有得到国会的拨款。

2009财年，SBITB成为MDA“弹道导弹防御系统空间项目”(0603895C)的一个子项目。MDA09财年的预算文件中把该项目描述为“检验天基能力作为美国导弹防御系统的潜在补充”。预算要求研究天基导弹防御的作战概念，其部分组件的演示计划于2011财年开始。此次国会批准拨款表明，国会内部已在建立太空防御系统上达成一致，也是朝着这一方向迈出了重要的一步。

其他相关计划

NFIRE卫星是美国导弹防御局动能助推段防御计划的一个重要组成部分，由导弹防御局导弹防御空间试验中心(MDSEC)负责，NFIRE卫星与SBITB计划一起同属于导弹防御局“弹道导弹防御系统空间项目”。2007年4月，NFIRE卫星发射入轨。由于各方压力，此次初始试验没有包含杀伤拦截器，它将绘制火箭尾焰图像并确定其特征，帮助五角大楼为目前尚在考虑之中的反导武器设计未来的制导系统，同时NFIRE也被视为迈向外层空间武器化的一个步骤。

NFIRE卫星是一种小型的天基传感器平台，它的主要任务是收集助推段火箭的高分辨率与低分辨率图像，提高对喷射羽流现象的了解，同时区分弹道导弹火焰羽流和导弹本身。而此项能力长久以来一直是助推段导弹防御的难点。不能区分这两者的难题将导致拦截器向喷气羽焰开火而不是导弹本身。它可以在火箭和导弹发射时收集数据，监视发射活动，为五角大楼的助推段导弹防御系统收集数据。因此，导弹防御局将依据NFIRE试验获得的数据对其助推段防御系统进行决策，包括选择杀伤飞行器、跟踪传感器，拦截弹制导和寻的算法等。

NFIRE卫星重达494千克，发射后运行在近地点约250千米、远地点450千米的低地球轨道上，轨道倾角48.2度。NFIRE系统由一个携带跟踪传感器载荷(TsP)的低轨卫星、德国TESAT公司的激光通信终端(LCT)和两个地基作战任务中心组成，指令与数据处理使用了高性能的RAD750处理器。NFIRE卫星的2个有效载荷中，TSP是由MSTI-3传感器加上长波红外传感器组成，能够改进跟踪能力。TSP具体包括CCD可见光相机，碲镉汞长波红外探测器，锑化铟中波和短波红外探测器。LcT提供NFIRE卫星与地面或其它卫星之间高速流畅的光学数据连接，具有0.635米孔径的全球定向天线，光学数据率可达5吉比特／秒，进行二进制相移健控调制，采用相干或零拍检测方式。

结论

虽然美国启动了太空导弹防御计划，但是就目前的技术，需求、资金等多方面分析，笔者认为该系统很难在短期(10～15年)内具备实战能力，反而会对美国自身的太空安全产生威胁：

费用巨大，效果有效。根据美国的评估报告，美国构建太空动能反导系统的费用将会十分巨大，这无疑会给美国带来沉重的负担。而从效果来看，由于其自身的缺陷，太空动能反导系统的效果也是非常有限的。总而言之，以巨额费用部署的大量天基动能反导武器将很容易被敌方的导弹突破。

试验为主，难以实战。就目前天基拦截器的发展而看，美国只是在秘密进行研究试验，离实际部署还有一定的距离。即便部署也将重在威慑，也许和核武器一样永远不会轻易使用，而成为一种新的威慑力量。但是令人担忧的是该项目的出现将正式标志着继太空军事化愈演愈烈后，太空武器化已经揭开了序幕。

既能反导，亦能反卫。虽然天基拦截器不能提供有效的弹道导弹防御能力，但是能够提供一种强大摧毁卫星的能力。令人担忧的是，美国的做法将会鼓励别的国家发展他们自己的摧毁性反卫星武器，这将反过来威胁美国和其它国家的卫星，并可能产生大量的空间碎片，从而阻碍未来几十年整个人类对太空的使用。