查看原文
其他

大规模卫星星座的军事应用场景设想

邢强博士 小火箭 2022-01-22


小火箭出品 必属精品
本文作者:邢强
本文共11092字,55图。
预计阅读时间:1小时5分钟。

 


如今,美国高轨宽带全球通信星座的10颗卫星一期版本已完成建设。自2007年10月11日,第一颗高轨宽带军事通信卫星发射以来,经过为期13年的建设,这种涉及X波段和Ka波段的星座已可堪使用。

抗干扰的先进极高频军事通信卫星星座,也已经完成一期6颗卫星的入轨建设。
 
考虑到二期的高轨宽带全球通信星座,也就是WGS的第11颗卫星的6.05亿美元的合同价格,再加上美国海军的动中通UHF波段的星座,还有先进传输层和中继层的星座,通过近200亿美元的总投入和多年的奋力建设,高轨星座的发展,已经趋于成熟,并达到实战可用状态。
 


在低轨巨型星座方面,自2019年5月24日,SpaceX公司以一箭60星的方式把第一批星链卫星送入轨道以来,已经发射了15批(2020年10月24日,第15批成功发射),目前在轨活跃774颗

这个数量,相当于美国所有在轨活跃卫星数量的一半,超过人类当前在轨活跃卫星总数量的四分之一
 
有关促进卫星星座技术,推进航天产业快速发展的倡议,小火箭自2008年成立以来,至今已为之努力12年,对商业应用场景和消费级应用的探讨,已经进行了多次。
 
本文,依据小火箭第一定律,将专注在军事应用领域。以个人这些年的体会和思考,给出设想中的星座技术的九种军事应用场景,以此抛砖引玉,引发大家讨论和分析。


 
一,军事通信
 
通信产业,近30年来,占商业航天的比例,一直都超过58%。虽然在全球太空事业和产业的总投入中,近几年来,商业航天都已经占到了75%以上的份额,但是作为占比为四分之一的军事和深空探测领域,其应用场景,依然不可小觑。
 
而且,和在商业航天中的占比类似,卫星星座技术的军事应用中,通信同样占了半壁江山。
 
2018年10月,美国先进高轨军事通信卫星星座的第4颗卫星,成功入轨。而在行业内流传的该卫星的采购价格,让大家感慨不已:18亿美元一颗
 
这颗6.17吨重的卫星,运行在地球同步轨道上,能够同时为6000个军事终端提供8.191M/s的具备抗干扰和反侦察技术能力的可靠战时通信服务。
 


2018年4月,日本“煌-1”军用通信卫星发射成功,采用X波段的煌系列卫星,是日本最早的专用军事卫星,结束了其长期以来租用民用通信卫星的历史。
 
俄罗斯的军事通信星座,采用了高轨和低轨并行发展的策略。其高轨通信星座,由地平线和彩虹两个系列构成。其中,9颗地平线军事通信卫星,定点在东经140°、103.1°、96.5°、90.1°、80°、53.1°和40°,西经11°和14°。
 
兵法有云:“言不相闻,故为之金鼓;视不相见,故为之旌旗。夫金鼓旌旗者,所以一人之耳目也。人既专一,则勇者不得独进,怯者不得独退,此用众之法也。故夜战多金鼓,昼战多旌旗,所以变人之耳目也。
 
三军可夺气,将军可夺心。是故朝气锐,昼气惰,暮气归。善用兵者,避其锐气,击其惰归,此治气者也。以治待乱,以静待哗,此治心者也。以近待远,以以逸待劳,以饱待饥,此治力者也。无邀正正之旗,无击堂堂之阵,此治变者也。”
 


信息和指令的传输,要求具备足够的准确性和及时性。
 
在太空时代,军事通信星座的重要性,无需多言。
 
本文需要额外指出的是,早在海湾战争时期,军事行动对商业卫星服务的临时采购行为,就应当被视作新一代太空作战体系的萌芽了。
 
而在近十年的高轨通信卫星完成阶段性建设之后,低轨巨型星座的军事通信潜力被格外重视起来,小火箭认为,原因有四:
 
1 低轨巨型星座在完成组建后,拥有更好的全球覆盖性能和更大的总容量,可以适应新时代的要求;
 
2 低轨巨型星座的连排级甚至单兵级终端尺寸更小,使用更加灵活方便;
 
3 低轨巨型星座在应对软硬杀伤方面,拥有更好的弹性和更好的生存能力,在被局部毁伤后,能够更加快速地进行应急补网发射;
 
4 低轨巨型星座拥有更低的建设成本和更高的性价比。在预算有限的情况下,卫星的制造和发射成本低轨星座的单星成本在百万美元量级,高轨星座的单星成本在十亿美元量级。


美国高轨抗干扰先进军用通信星座,由6颗卫星组成,其卫星采购成本和发射成本,全部加起来,已经超过120亿美元。

如果以同样的预算来发展低轨巨型星座,以星链卫星平均单星100万美元价格(大量订购包发射)来算,足够支撑1.2万颗卫星的量产与入轨。
 
综上,就可以解释,为什么美军手头已经有了耗费120亿美元建成的由6颗卫星组成的先进高轨抗干扰通信星座和耗资在相当量级的由11颗卫星组成的宽带军用高轨通信卫星星座之后,依然坚定地支持星链低轨巨型星座的发展,成为其首批启动大客户了。
 
目前,原计划的宽带军用高轨通信卫星星座的第12颗卫星的预算已经转移给低轨巨型星座,这笔预算,已经足够支持一个由600颗卫星组成的低轨军用通信子星座的研制和入轨运营了,剩余的预算还可以支持对这些分批入轨的卫星进行技术迭代升级。
 
预备自身升级能力的弹性,是低轨星座对高轨星座的另一个优势。高轨通信卫星,一旦入轨,后续的硬件升级基本上就不会有了,然后咱们就只能期待其在轨可靠运行15年了。
 


要知道,在15年的时间跨度中,在技术层面,一定会产生大量革新和创新。

低轨星座,可以在后续发射的卫星中,以2年到3年的在轨寿命为一个产品迭代大周期,以1周到1个月的发射间隔为一个产品迭代小周期,实现对新技术的尝鲜式使用
  
二,军事遥感
 
遥感技术的军事应用,其历史悠久,可以追溯到海湾战争之前。
 


在平时,遥感卫星的应用场景也是很多的,比如融合了SAR雷达卫星地形图和可见光遥感图像后,能够生成复杂地形作战态势和对峙情况三维图,方便进行战略部署和战役决策。
 
在星座技术成熟之前,各国主要依靠单颗遥感卫星或少量几颗遥感卫星的组合来实施军事遥感作业。
 


这就给大家引入了一个概念,就是:卫星过顶。
 
军用遥感卫星,通常运行在近地轨道,比如重18吨的锁眼侦察卫星,其典型轨道为近地点262公里,远地点650公里的椭圆轨道;或者大量运行在轨道高度为600公里附近的太阳同步轨道的遥感/侦察卫星。
 
这些卫星的典型轨道周期为90分钟左右。对于固定基地和其他关键地区的例行拍摄,为每天在固定的当地时间飞临目标上空的模式。
 
被侦察一方在摸清规律或者具备轨道计算能力之后,就能够在卫星过顶(在己方上空附近)的时候,采取遮蔽关键物体、暂停演练活动等方式来进行对抗。
 
而到了星座时代,实施遥感观测的,将会是一系列相互关联的卫星,其数量在100颗以上。
 
这样,过顶时间这个概念,将逐渐失去意义。
 
如果遥感卫星的低轨星座规模达到140颗的量级,就能够实现全球任意一点10分钟内均可拍摄到的战术技术指标(结合大侧摆能力)。
 
如果遥感卫星的低轨星座规模达到1600颗的量级,对于重点目标来说,时刻在顶,随时可拍摄的情况就会出现。
 
如果在340公里轨道高度上部署7500颗卫星,则就会出现这样的情况:只要星座的拥有方想要实施拍摄,那么就可以全球无死角24小时不间断直播了。

而且这样的巨型星座拥有较高的抗损能力,难以通过软杀伤或者硬杀伤个别卫星的方式来应对。
 
而在非全面战争爆发的前提下,通过大量播撒空间碎片来封锁全部近地轨道的应对方式,则因为过于极端而难以成为常态化应对手段。
 
因此,大规模卫星星座提供的遥感能力,是可以兼具高分辨率和高可靠性以及三维成像和快速反应这四个能力的优良太空基础设施。
 

说起分辨率,早些年,大部分人主要关注的是空间分辨率,也就是遥感卫星是否是亚米级,比如锁眼卫星的可见光中心波长取500纳米的时候,按衍射极限分辨率为0.051弧秒。

按其典型近地点高度,可知其理论最佳空间分辨率为6厘米。
 
而实际上,到了如今,分辨率的另外两个内涵:时间分辨率和光谱分辨率,显得愈发重要了。
 
光谱分辨率越高,卫星能够提供的图像服务的种类也就越多。因为物体的温度和其辐射的红外线之间有严格的对应关系,所以高光谱分辨率也就能够快速分辨出真假弹头、埋藏在沙漠下方的装甲装备、躲藏在密林中的作战人员等等。
 
大规模遥感星座,可以在不同的卫星上配备不同的镜头和传感器,实现对多种光谱的广泛摄取,甚至可以针对特定场景来临时发射入轨定制化的遥感卫星。
 
时间分辨率越高,卫星能够提供的图像的更新速率也就越快。
 
早些年,人们手头拿到的遥感卫星的图像,通常为数星期之前,甚至数月之前拍摄的。
 


如今,对于重要城市,出于城市规划和城市管理的需要,已经能够做到每48小时更新一次高清卫星图像了。
 
在战时,卫星星座提供的高时间分辨率的支持,对于提升作战效能是非常有用的。


比如,按某型弹道导弹的打击精度,为实现对带有多条跑道和多个机堡的面目标实施打击时,需要进行三波次打击才能达到毁伤效能85%的指标。
 
而如果此时有大规模遥感卫星进行实时毁伤评估支持的话,所使用的弹道导弹的数量会大幅减小。
 
按小火箭2017年的仿真计算,第一波打击后,准备实施发射的第二波弹道导弹原地待命,由太空中的遥感卫星星座对目标毁伤情况进行智能化评估,对尚未命中的目标进行自主标定,同时形成初始弹道诸元装订建议数据包;

30秒后,第二波弹道导弹点火升空,仅打击第一波未能摧毁的目标,所发射的数量,仅需原计划的第二波次的四分之一,但为了确保摧毁,尤其是确保对时间敏感目标的摧毁,第二波次使用两枚导弹来打击同一目标。
 
计算后,认定,已无需第三波次的发射。
 
实际作战时的判据,则由太空中的大规模遥感卫星星座来进行判断。
 
整个过程,仅需要12分钟,远少于传统三波次打击的时间(省掉了第三波次的装填和发射时间)。

所用弹道导弹的数量,仅为传统打击方式的一半,毁伤效能则为95%以上,优于原定指标。
 
其作战效能提升的主要原因,是高空间分辨率和高时间分辨率的性能,在大规模遥感星座上得到了兼顾,第二波次的弹道导弹,为有的放矢,不再按照传统的毁伤概率模型进行盲射,而是专门针对第一波次的漏网之鱼进行加倍火力密度打击。

我国东南沿海部分地区夜间太空拍摄影像原始图。

我国东南沿海部分地区夜间太空拍摄影像 小火箭计算中心增强图。

这宛若夜空中美妙星云的亮色,是诸多城市。

泉州,福建省东南沿海地级市,简称 泉 、鲤,别名鲤城、刺桐城,北承福州,南接厦门。宋元时期为世界第一大港口,中国海洋文化重镇。同时,泉州还是海上丝绸之路的起点。


厦门, 简称 厦 或 鹭,别称鹭岛, 是福建省副省级市、计划单列市,中国经济特区,东南沿海重要的中心城市。


太空原始数据:

ISS Exp 62-09


图像增强:小火箭计算中心

图片标注:小火箭 邢强


拍摄瞬间轨道参数:

近地点387.7公里,

远地点396.84公里,

倾角51.65度。

 
三,跟踪高超声速飞行器
 
长期以来,人类对洲际弹道导弹和战术弹道导弹的拦截技术的发展,从未停歇。
 


近几年来,洲际弹道导弹的多弹头分导技术的发展和再入弹头的机动能力的发展,使得人们从末段拦截向中段拦截拓展,发展出了能够在弹头尚未分离且洲际弹道导弹的第三级在开普勒弹道段就能够被拦截的技术。
 
然而,所有这些技术,都基于同一个法则:弹道导弹的飞行力学。
 
洲际弹道导弹,有90%以上的时间飞行在非主动段,完全按照主动段关机后的状态,在地球引力的作用下,以符合弹道学的方式来运行。即使是后来有了中段变轨技术,也难以在太空产生大横程变化。
 
因此,一直以来,人们对洲际弹道导弹的拦截,基于对关机点7个参数的跟踪和后续的弹道学计算。(关机点时刻、关机点空间坐标的3个位置坐标值和3个投影方向的速度值)。
 
红外预警卫星,同样是基于这样的认识,重点关注从发射到发动机关机时的状态,进而进行弹道外推,为拦截弹的初始制导提供依据。
然而,当远程高超声速武器出现之后,弹道导弹的红外预警卫星就有些力不从心了。
 


高超声速飞行器并不会简单按照仅受地球引力的有心力学弹道进行飞行,而是拥有极强的横程变化能力和大范围机动突防的能力。
 
传统的红外预警卫星,仅关注发射点附近的情况,因卫星的数量不够,覆盖范围有限,难以进行全程跟踪。
 
实际上,早些年,在高超声速飞行器刚刚成为各国研究的热点之时,美国空军意识到了这个情况,于是在原有的5颗高轨红外预警卫星的计划之外,又添加了一个由24颗低轨红外预警卫星组成的小规模星座。
 
这个低轨星座能够对高超声速飞行器进行较为持续地跟踪。
 


但是,后来他们难以回答两个问题,导致低轨红外预警星座项目被取消掉了。
 
这两个问题是,

第一:高轨红外预警卫星为什么一下子花光了所有预算;

第二,小规模低轨星座真的能够实现对高超声速飞行器的全球跟踪么?
 
如今,五年时间过去了,咱们大概能够替他们回答这两个问题了。
 
天基红外预警卫星主要由宇宙神系列运载火箭进行发射。

2006年12月,波音和洛克希德马丁公司的军用卫星发射业务合并,成立了联合发射联盟ULA,形成了事实上的垄断。
 



动辄1.8亿美元的中型运载发射报价和4.35亿美元的重型运载发射报价,使得早期几颗高轨天基红外预警卫星快速花光了原本可以用来发射更多卫星的预算。
 
当然,这个情况,美国空军在2016年已经深刻体会到了,于是在当年力排众议,和商业航天企业SpaceX公司签署了GPS三代星的发射合同,发射报价9700万美元。
 
这是三赢的局面,美国能够以更低的成本和更快的节奏扩充太空基础设施;

美国空军能够在有限的预算资源前提下完成更多想要做的事情;


SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭的商业发射业务报价为6250万美元一枚(当时的报价,如今已经降低为5000万美元,这个咱们在2017年就有过详细计算和预测,并且准确预测到发射价格会降低到5000万美元),而对军方的发射,报价提升了不少,是很划算的买卖。
 
小规模低轨星座能够实现高超声速飞行器的全球跟踪呢?
 
答:在有限预算情况下,不能。要想让少量红外遥感卫星覆盖全球,其轨道高度需要超过1000公里,甚至需要超过2000公里。这就需要有更好的更昂贵的红外载荷来提供足够的分辨率。
 
这就使得卫星的造价大幅提升了。
 
解决方案是什么呢?
 
答:以量取胜。
 
把红外预警卫星星座的规模,增大到数以千计的话,在550公里轨道高度,就足够覆盖全球了,而且因为轨道高度足够低,使用较为廉价的红外载荷同样能够实现足够的分辨率。
 
而且,大规模的卫星星座可以让卫星以量产的方式来出厂,大幅摊平研发成本和生产线建设成本。
 
因此,可以这样说:高轨天基红外预警卫星的出现,使得另一方被迫选择发展高超声速飞行器以增强突防能力;而高超声速飞行器的大量部署使得高轨天基红外预警卫星的持续跟踪能力受到了挑战,不得不引入低轨巨型红外预警星座来进行协助。




四,被动拦截
 
洲际弹道导弹的弹道最高点在1500公里左右,考虑到低轨巨型星座的部署情况,未来仅星链星座就有19个轨道层。每次发射,上升段和下降段都要穿透19个轨道层。
 
而这些卫星之间的间距,相较于其和洲际弹道导弹相对速度来说,还是比较小的。洲际弹道导弹的第二级、第三级和弹头,今后都需要穿透这些低轨星座中的卫星。
 


以星链星座为例,其典型轨道高度为550公里,轨道倾角为53°。
 
每条轨道有60颗卫星均布而成,其间距弧长为722.5公里,以该卫星的轨道速度(7.6公里/秒),每隔95.1秒,后面的卫星就能够取代前面卫星的位置。
 
对于340公里轨道高度来说,这个时间间隔为91.67秒(7.707公里/秒的轨道速度)。
 


取斜穿轨道层时,单颗星链卫星30平方米的特征面积(考虑太阳能帆板)和巨大的卫星数量和弹道导弹第三级和弹头在弹道坐标系竖直方向的投影速度,可知,被动拦截碰撞的概率达到了不可忽略的程度。
 
这里,要了解的一个事实是:洲际弹道导弹具备一定的长度,并非一个质点,而且越接近弹道高点,其竖直方向的投影速度越小,在弹道最高点,竖直方向的投影速度为0。
 
考虑到弹道导弹的发射方位角,弹头和低轨卫星在太空的相对速度为一个以12公里/秒为中心的近正态分布曲线。
 
如果各国的低轨巨型星座的方案都能够如期实施的话,十年后,近地轨道的卫星数量将会在10万颗的量级,因意外碰撞而发生的被动拦截概率将会持续上升。
 
而对于强调二次核反击能力的一方来说,因为被动拦截概率的存在,而出现了“关键决断时刻”。(小火箭暂且起了这个名字,或许今后可以在探讨中改个更响亮的名字。)
 
所谓关键决断时刻,是这么来的:
 
主动进攻方,既有大规模低轨巨型星座,又有大量的洲际弹道核导弹。他们在主动发起进攻之前,先在弹道导弹发射点的地球180°相位位置上方主动引爆若干颗低轨卫星,从而引发凯斯勒效应。
 
而因为低轨巨型星座的轨道周期为90分钟,这些海量碎片尚有45分钟才能影响到发射方,洲际弹道导弹从发射到命中目标的特征时间为30分钟,所以主动发射洲际弹道导弹的一方,有足够的时间窗口来对目标实施一轮核导弹的饱和打击。
 
让被打击的一方反应过来的时候,立即实施二次核反击。但是,此时低轨空间已经因凯斯勒效应(卫星碰撞产生的碎片击中其他卫星产生更多碎片的连锁反应)而充满了大量太空碎片,弹头被数以千万计的碎片打击而悉数毁在太空。
 


(空间碎片与弹头的相对速度在10公里/秒量级,一枚硬币大小的小碎片,其碰撞动能和一枚7.62毫米的步枪子弹的出膛动能相当。)
 
这就是主动进攻的一方,通过率先引爆低轨卫星,以海量碎片封锁近地空间轨道,并且在彻底完成封锁之前,抓紧时间实施一轮饱和核打击的情形。
 
被打击的一方,因近地空间轨道被封锁,已失去了实施核反击的能力。
 


这种可能性,造成了关键决断时刻:当有一天,近地轨道空间发生卫星碰撞事件或者卫星爆炸事件的时候,己方预警卫星同时判断对方可能发射了洲际弹道导弹,此时作为防御一方,是否应该提前实施核反击?
 
如果己方预警卫星的警报,事后被证明是虚警,那岂不是自己成了主动发起一场核大战的一方?
 
如果己方预警卫星的警报,其实是真的,那此时不发射核导弹,岂不是错过了唯一的反击机会?
 
其实,在日常情况下,天基红外预警卫星报警的情况还是比较多的(比如北欧的探空火箭科学发射就引发了俄罗斯核反击洲际弹道导弹力量的全体动员)。
 
在没有低轨巨型星座之前,针对这种报警,大家有30分钟左右的时间用来决策,因此可以静待其他探测手段获得的信息,进一步核实情况。
 
在大规模低轨巨型星座时代,一次碰撞就很有可能诱发凯斯勒效应,而使得近地轨道在一年或者几十年的时间里无法穿透任何航天器。

用于实施核反击的机会,稍纵即逝,此时,决策就相当难了。
 


咱们再稍微换一下场景:
 
太空发生了星座之间的卫星碰撞,出现了短暂的凯斯勒情况,比如持续1小时。在这1小时的时间里,一团巨大的碎片云笼罩在某国上空500公里处,使其短暂失去了发射洲际弹道导弹的能力。那么,核威慑与核平衡,在这1小时的时间里,就被打破了。
 
作为手握核发射按钮的你,想不想抓住这个千载难逢的机会,给对方来两波饱和打击?
 
作为处于对抗状态的你,已经受到过对方实施核打击的威胁了,而一团巨大的碎片云使得自己一方会在接下来的1小时暂时失去核反击能力。为了防止对方在这个时候对自己实施非对称的核打击,是否应该先发制人打一波核导弹出去呢?
 
这就是考虑人性的小火箭谜题了。
 
低轨巨型星座的大规模部署,使得空间碰撞的概率大幅增加,同时使得碎片对洲际弹道导弹的被动拦截概率增加到了不可忽视的程度,那么,该如何建立新的机制来维护和平(实际上就是维护核平衡)呢?

五,主动拦截
 
对于陆基主动拦截洲际弹道导弹和海基发射拦截卫星的试验,人类已经做过多次了。
 


以动能拦截弹头和KKV为代表的大气层外拦截技术,已经臻于成熟。
 
把动能拦截弹头(比如标准系列反导导弹)放到低轨巨型星座的卫星平台上,就能够成为天基反导拦截平台了。
 
因为低轨巨型星座本身具备预警、跟踪和战时通信传输的能力,所以在天基反导平台上部署的拦截头,有着比陆基和海基拦截弹更好的信息优势。
 
另外,天基拦截弹本身就具备7.5公里/秒的初始速度,同时具备居高临下的优势位置,比起陆基和海基拦截弹来说,无需经过大动压和大过载的加速上升阶段,能够借助整个卫星星座和自身的红外导引头来从容不迫地跟踪目标。
 
并且,天基拦截弹与大规模巨型星座平台的结合,使得拦截弹的数量可以数以万计。
 


即使是现有拦截弹的弹头与类似标准-3导弹的第三级的结合,就足够填补大规模星座中的卫星与卫星之间的间隙了。
 
有关天基被动拦截与主动拦截的大规模计算,小火箭已经在2018年完成并给出结论,这里不再赘述。

 
六,太空门闩
 
由此,进一步推论出可以控制各国能否进入太空的一种能力,小火箭暂且将其称为太空门闩。
 
低轨巨型星座的规模到了一定程度后,各国的运载火箭的发射都要考虑碰撞和干扰的情况了。
 


这个和各国民航客机的数量增加之后,全世界需要一个统一协调的机制来进行航空空域管理的道理是类似的。
 
在2020年这个特殊年份之前的这几年,平均每天都有10万个航班起降。
 
听起来,这个数量好像比在轨活跃卫星的3000颗要多不少。
 
其实不然,太空繁忙程度和全球民航客机的繁忙程度很快将会达到同一量级。
 

民航客机有起飞,有持续飞行,也有降落。降落后的飞机,暂时不再占有天空。
 
而卫星,每时每刻都在太空飞行,另有10万多个具备威胁能力的空间碎片。
 
如果要横向比较民航飞机和在轨活跃卫星的话,小火箭认为,需要放在同一个时间尺度下,比如每一秒,每一个瞬间。
 
这就更有趣了:同时在天空中飞行的民航客机的数量,近5年来,从3354架到12956架之间。

2017年1月1日,元旦期间的凌晨1点多,地球大气层内,地面之上,有3354架民航客机正在飞行,为近5年来天空飞机最少的时刻。
 

这么说来,2020年是个里程碑式的一年。
 
在这一年,人类在轨活跃卫星的数量将超过3000颗,这个数量,已经和近几年来全球同时在天空中飞行的民航飞机的数量相当了
 
再过一年,人类在轨活跃卫星的数量将超过全球同时在天空的民航客机的数量
 
民航客机已经有了严格的空域管理和复杂的协调机制。
 
而卫星,相对来说则还没有实现全球的实时协调。
 
欧洲卫星和星链卫星当年的协调案例,开了一个不太好的头。
 

而当一国或者少数几个国家掌握大规模低轨星座之后,考虑到碰撞安全问题,一定会对全球的卫星发射进行干预。
 
今后会有上万颗卫星运行在340公里轨道层。
 
而国际空间站和其他长期有人值守的空间站,都运行在400公里轨道高度。
 
对空间站的货运补给和载人往返通勤,都将穿过340公里轨道层和目前星链星座最喜欢使用的380公里轨道电推卫星停泊层。
 
那么,拥有巨型星座的一方到底愿不愿意开动发动机变轨,给载人航天任务让出一个发射窗口呢?
 


实际上,这不好说。从博弈现实角度来看,不能确定;从技术实施的可靠性角度来看,不能保证。
 
在此,小火箭可以确定的是,今后如果没有大规模低轨巨型星座为太空资源基础的话,就会面临对方设置的太空门闩。人家给开门,火箭就能发射;人家不方便开门,就只能干着急。
 
小火箭期待在低轨巨型星座与载人火箭发射和深空探测任务发射之间,早日形成国际规范和大家都愿意遵守的国际惯例。
 
七,无人机指挥层
 


无人机的发展,在很大程度上已经改变了战争的形态。
 
而大规模无人机,以蜂群的方式,组织起来的打击模式,更是让防御一方倍感压力。
 
为了应对蜂群式打击,这些年来,大家充分探讨,得出了这样的初步结论:需要打击蜂群无人机的指挥控制节点,打破其组织架构的核心才有破解的可能。
 
于是,就有了用防区外打击武器来敲掉蜂群无人机的指挥车、地面中继天线等打法。
 
但是,到了低轨巨型星座时代,无人机和卫星之间,已经可以直接通信了。
 
虽然要想实现宽带通信,还是需要披萨盒大小的天线,但是把每一架无人机当作物联网终端,以广播形式发布控制指令的话,只需一根小指头大小的天线足够了。
 


这样的话,蜂群无人机,一旦起飞,就势如蝗虫了。
 
防御一方,只好用传统防空手段来打击机体本身了,到时候,地面上已经没有指挥控制节点了。
 
而防御一方短时间内也很难发射足够多的反卫武器来打击低轨卫星星座。
 
实际上,很多防御方甚至都没有自己的反卫能力。
 


上升到复杂大系统级的进攻组织,唯有具备同样大系统的防御组织可与之抗衡。
 
否则,只有地面传统力量的防御方,在面临由低轨星座指挥的海量无人机和无人地面武器的打击的时候,将会深刻体会到技术代差的内涵。
 
八,导航增强
 
精确制导武器,在现代战场上的使用比例,从10%提升到了90%。

精确制导武器的投放平台也日趋多样。
 


由此,包括导航干扰和导航诱导在内的导航战,已经成为了现代战争中制电磁权的重要组成部分。
 
另外,无论是工程建设还是战略战役部署,对于超高精度的导航定位的需求,都是比较高的。
 
传统来说,具备覆盖上百公里能力的RTK和广域精度增强的PPP技术,能够把导航定位的精度提升到厘米级。
 
而低轨巨型星座时代到来后,有关增强导航的技术,就可以从地面搬到太空了。
 
目前,小火箭能够想到的低轨星座增强导航的技术,包括:用低轨天基导航增强载荷的飞行速度快和几何图形关系变化明显的特点,加快超高精度定位的收敛过程。
 


按小火箭计算中心2019年5月的3次验证,同样的PPP导航增强技术,纯粹使用地面增强辅助的话,达到厘米级的精度,需要16分钟、21分钟和30分钟。

把低轨卫星的载荷加入进来,达到厘米级的精度,需要的时间,均在1分钟以内。

这对于增强远程火箭炮发射单元或者战术弹道导弹发射单元的生存能力,是非常有利的。
 
未来的战场,或许发生在己方传统势力范围之外。当地很难预先大量部署地面导航增强设备。

而若有特别的精度要求,通常来说,需要派遣敢死队,深入敌后,架设地面导航增强设备。而如果有了星座辅助导航增强手段,则可以大幅减少这方面的战斗减员牺牲。
 
蜂群无人机携带的简易制导武器,或许会大量应用在城市巷战中。
 


在高楼大厦林立或者立交桥范围巨大的城市打车的好友们,或许有体会,就是这些地方的卫星导航定位不太好用。这就是导航信号被遮挡造成的情况。
 
低轨星座,可以把补充和适当增强导航星座的能力。实际上,美军在新一代铱星上已经部署了导航增强载荷。该载荷发送到地面的信号强度,是GPS导航卫星信号的1000倍(30dB)。
 
在今后蜂群无人机进行城市巷战和室内行动,或者在峡谷山地地区进行作战的时候,将会接收到传统导航星座和低轨增强星座的同时服务。
 
九,由态势感知到精细控制
 
近几年来,大家喜欢探讨的一个词就是空间态势感知。
 


到了巨型星座的时代,仅仅感知,是不够的。
 
巨型星座,尤其是低轨巨型星座,往往会配备电推进发动机。
 
这些发动机,用于星箭分离后的自主升轨,用于避免碰撞的轨道机动,最终也会用于主动撞击或者离轨操作。
 
而当在太空拥有大量具备大范围变轨和精确定轨能力的卫星的时候,人们的期望又怎会仅仅停留在感知层面呢。
 
低轨星座卫星,一旦配备了感知系统,的确会成为有力的太空感知平台。
 
而如果再加上机械手或者微波设备,就不仅仅能看得见,还能摸得着了。
 
今后,卫星星座出于维护和在轨组装和在轨生产的需要,一定会有操作和互操作的能力。
 
于是,低轨卫星就具备了俘获其他卫星的潜力。
 

另外,通信卫星载荷和主动热控制的需求,促进了现代卫星太阳能帆板功率的大幅提升。第一批星链,60颗小卫星的太阳能电池板总功率,已经超过了硕大的国际空间站发电总功率。
 
有了功率基础,就可以在低轨星座上部署微波或者激光星间链路或者杀伤设备了。
 
当一个轨道层的卫星协同一致,实施干扰的时候,阻断其轨道层以上的目标卫星与地面的联系,从而获取信息权。
 
平时用于在轨维护的卫星,在战时则可以对卫星实施杀伤,或者可以通过破坏卫星电推进发动机或者太阳能帆板的方式,实施难以被对方所察觉的破坏。

 
结束语
 

有很长时间没有探讨卫星星座的军事应用场景了。
 
小火箭认为,太空领域的和平,需要巧妙的博弈与交流。而只有博弈双方有了相当规模的太空基础设施的时候,交流才有可能是愉快和融洽的。太空博弈,讲究的,是太空实力的门当户对。
 
在军事通信、军事遥感、高超声速飞行器跟踪、被动拦截、主动拦截、设立太空门闩、构建无人机指挥层、导航增强和空间精细控制这九个应用场景中,小火箭设想了出了一个高轨和低轨卫星大规模星座介入后的未来战争形态。
 
在被动拦截一章,小火箭提出了“关键决断时刻”理论,给出了供大家探讨的一个谜题。
 


在此,再次呼吁,全世界工程师应当以提升人类的生活水平和探索未知世界为己任。
 
探讨军事应用场景,无非是想要以技术来谋求发展,用实力去维护和平。
 


全文结束,感谢大家!



针对iOS系统的打赏二维码已经补充↑↑↑。
感谢您对小火箭的支持!

您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存