当前位置 : 首页 > 美国军事 > 军事实力 > 作战研究 > 内容

高边疆战场:美国太空战的理论与实践

来源:科技中国 责编:ldzldz 作者:孟繁泉 时间:2009-03-14

目前,多数太空军事资源主要用于支持战略通信、攻击预警、战略核武器目标引导、武器控制和验证等用途。太空军事资源需要投入巨大的人力、财力和物力,因此其准备数量非常有限,仅有部分国家军队中的高层“用户”才有权使用此类资源。然而,经过几十年的发展,太空技术已经取得了长足的进展,太空军事技术也获得了新的发展契机。

  在过去的20年中,太空技术和服务在可用性、多样性和能力已经得到了大幅提高。因此,太空能力已经开始影响我们日常生活中的各个方面。太空技术实现或改善了民用市场中的多种产品和服务,如移动电话、视频会议、卫星广播,以及车持和车载全球定位系统(GPS)等。同样,国际股票市场中的各类交易、精确的天气预报、全球电视直播都需要依靠太空系统的支持。

  自太空技术诞生之初,它就是为军事服务的。《美国21世纪国家安全委员会第三阶段报告》指出:“如果不依靠太空中的各类系统,美国军队将无法在世界上的任何地点进行重大的作战任务。”最近,美国战略司令部司令官詹姆斯·卡特怀特上将也曾指出:“太空技术对于美国的国家安全具有举足轻重的作用。美国的经济、人民的生活质量和美国的国防都与太空中的自由行动权密切相关。”

  在诸兵种联合作战中,基于太空的作战能力是确保部队响应能力和及时反应能力的关键。在伊拉克战争的各主要作战阶段中,基于太空的作战资源为部队提供了强大的不间断卫星通信能力、全天候情报、监视和侦察(ISR)、精确的天气预报,以及近实时的定位、导航和计时(PNT)数据。从南亚的海啸灾难人道救援到费卢杰的逐屋巷战,太空技术一直在发挥着巨大的作用,为军队的决策、规划和决定性作战行动提供全程支持。事实上,基于太空的产品和服务已经成为军队作战行动中的“家常便饭”,使更多的作战人员(受众)获得单向透明的战场图景。以下我们将重点介绍美国军队在利用太空技术方面得取得的进展和未来的发展方向。

  从广袤太空到泥泞大地——全高度作战

  在美国陆军中,陆军太空及导弹防御司令部(USASMDC)是专门主管太空作战的部门。同时,该司令部也是美国陆军的战略司令部,其战略职能受美国战略司令部(USSTRATCOM)的管辖。该司令部的职能包括进行太空作战和为陆军部队提供规划、集成、控制及协调能力,支持美国战略司令部的太空、全球打击、全球一体化导弹防御、全球信息战,以及全球指挥、通信、计算机、情报、监视和侦察(C4ISR)作战任务。此外,该司令部还负责联合一体化导弹防御和全球弹道导弹防御等职能。至2005年9月,该司令部已经具备了完整的作战能力。该司令部下辖的部队驻扎在美国本土的科罗拉多州,其研究、开发和采购部门则驻扎在亚拉巴马州的亨兹维尔。

  目前,陆军太空及导弹防御司令部的主要作战单位包括第一太空旅(临时番号):负责为作战部队指挥官提供太空作战所需要的士兵、民间雇员和装备。该旅下辖三个营-第1太空营、第193太空支援营(科罗拉多陆军国民警卫队)和第1卫星控制营(已于2005年10月重新编为第53信号营)。这些部队的职能是为部队提供太空战支持和太空控制能力。此外,该司令部还领导着在美国本土和海外的多个地区性卫星通信支持中心和国防卫星通信系统作战中心,负责为作战部队提供及时、可靠的卫星通信能力。美国陆军太空及导弹防御司令部的第100导弹防御旅(陆基中阶防御)是太空作战和导弹防御的联合体。该部队总部驻扎在科罗拉多州的科罗拉多泉,下属第49导弹防御营(驻阿拉斯加州格雷利堡)负责操纵陆基一体化弹道导弹防御系统。通过与其它军种的导弹防御作战能力相结合,并利用各类拦截弹、陆基、海基、空基和天基传感器、战斗管理指挥及控制系统,陆基一体化弹道导弹防御系统可为本土、海外驻防部队、友军和美国的盟国提供分层导弹防御能力,拦截各个飞行阶段的弹道导弹。正所谓攻守结合,相得益彰,该部队的作战能力对付的不仅仅是敌方的来袭导弹,也包括敌方的卫星系统,形成了美国太空作战部队的雏形。

  为当前的战斗提供支援

  21世纪充满了不确定性和不可预测性。目前的全球反恐怖战争和诸多动荡热点都为太空战提供了难得的发展机遇。在美国人看来,最大的威胁并不是敌对国家,而是非国家的作战力量。同时,由于美国眼中的敌国开始获得更先进的军事技术、武器和装备,全球通信、天基频谱成像和自动化能力已经成为一把双刃剑。这些能力既可威胁到美国本土的安全,也会使美国军队在海外的作战能力受到极大的削弱,进而影响到美国的全球利益。在这一背景下,太空战已经不能继续停留在情报、侦察、监视、指挥和控制等软杀伤或间接杀伤的层面上,进攻层面上的考虑,例如阻止敌对力量获得同类能力,已经变得更为重要。

  从阿富汗战争和伊拉克战争的经验来看,非对称战争和游击战可以很大程度上避开美军作战行动的锋芒,使美军的固有优势无法发挥出来。这些“敌人”使用最简单的通讯方式(口耳相传+移动电话)、依靠简朴的后勤补给、融入平民和利用大众媒体等手段成功地生存了下来,并且在继续作战,这对高科技的美军而言无疑是巨大的挑战。因此,美军必须依靠多军种联合作战能力来应对这种挑战。所谓联合作战就是全天候、不间断地跟踪和打击敌武装力量。天基(太空)作战能力则是提供此类支持的关键。美国国防部长拉姆斯菲尔德曾经指出:“在过去的几年中,我们已经意识到,太空和信息技术不仅仅是作战的必备条件,而是核心的作战能力。”

  为作战部队提供有效支援的关键就是利用太空技术优势在军事行动的各个阶段提供相关的产品和服务,其中包括持续的监视、卫星通信、JBFSA、ISR、PNT数据、频谱成像、导弹预警,以及对太空的控制。与军事行动关联最密切的作战要求处于一个不断变化的过程中,但目前的绝大部队需求主要体现在5个方面:

  作战人员需要及时了解可在战斗中使用的信息。各层指挥员和士兵必须获得及时、精确的位置信息-自身位置、友军位置、敌军位置。位置信息是所有信息要求的核心内容。解决了这些问题就能够增强部队的情况感知能力和对环境、敌人和友军的了解。

  支援必须具有灵活性。用IT行业的语言来说,战场局势的快速发展需要具有响应性和可定制的解决方案。首先,战斗人员必须通过采用新的方法和新的思想来充分利用现有系统。其次,战斗人员与系统开发人员必须确保未来的系统以及对现有系统的改造能够满足作战人员的需要。

  所提供的支援必须形成一个多军种的联合框架。各军种作战能力的结合能够形成互补和相互加强的局面,并可最大限度地减少单一军种存在的弱点,使整体效果大于各单独军种能力之和。美国陆军参谋长舒梅克上将曾特别强调:“我们的未来就是多军种的联合作战,这一点无可辩驳。为了迎接远程作战中遇到的各种挑战,陆军必须从战术层面上开始接纳和融合兄弟军种的作战能力。”

  作战人员必须能够在非对称环境下的运动过程获得支援。在传统的军事作战中,敌军部队通常比较容易发现,而且很容易被消灭。在适合机动作战地地域中,敌军会采和相对较大的军队编制和大型武器装备。同时,敌方发射的电磁信号很容易被截听,从而暴露其位置和部队规模。这些识别特性使我方作战人员能够组织适当规模的作战部队来歼灭敌方的有生力量。相反,在游击战中,敌方采取小规模或个人行动,作战地域情况复杂,而且很难将其与平民区分开来。作战人员需要获得更多、更准确的信息,及时跟上敌人的变化。

  作战人员必须及时得到有意义的信息。在瞬息万变的战场上,时间就意味着生命。实时的敌方行动信息和导弹预警信息等内容对于部队作战行动的成败起着关键的作用。而传统的系统很难做到信息的及时筛选和准确分发,太空科技和基于IP的技术将在此过程中扮演重要的角色。

  变革中的太空作战

  在过去,只有一些技术先进国家的高层人员才能利用各类太空资源,但现在太空技术得到了普及,几乎所有的国家和非国家作战人员都可以利用太空技术产品和服务来提高自己的作战能力。而这些作战能力中很大一部分都是利用商用的太空技术产品。因此,所有的军事行动参与者都可以得到诸如卫星通信、高清晰度卫星图像和GPS导航等能力,但它们自己却根本不需要研制、拥有和发射卫星。同时,技术的进步也使更多的人掌握了寻找漏洞并攻击C4ISR系统的能力。据美国空军太空司令部司令兰斯·罗德称:“在伊拉克战争中,萨达姆·候赛因的部队曾经试图干扰美国的GPS信号。但空军发现了这一企图,找到了干扰源,并将其彻底摧毁。”

  目前,美国陆军正在经历一场大的变革,主要目的是实现其作战能力的模块化,提高部队的部署能力和杀伤力。这些轻型化的高移动性部队将具有更强的生存能力,能够以自给自足的方式在非线性、非毗邻战场上执行作战任务。在部队部署能力提高的同时,部队的应变能力也成为加强的重点。在远程部署时,部队通常以空运或海运方式输送,并要求具备部署后立即投入作战的能力。未来的作战部队将充分融合太空、空中、陆地和海上打击力量,在战争的任何阶段都可实现“先敌发现、先敌理解、先敌行动和果断歼灭。”

  美国空军前副部长彼得·提兹最近指出:“我们的目的是透明度。我们要看到一切,知道一切,但同时又要阻止敌人获得同样的能力,防止它们取得对我们不利的任何知识。”太空技术部队已经成为美国陆军中必不可少的组成部队,其太空作战任务主要集中在5个基本的任务领域:

  支持更高的可部署性并减少战场足迹。

  在部署和部署后实现战场态势的及时理解。

  在非线性战场上提供精确机动、火力打击、持久作战能力和信息。

  实现继续的信息和决策优势。

  在作战的各个阶段为部队提供保护。

  伊拉克战争中的太空战

  2003年3月21日,驻沙特阿拉伯苏丹王子空军基地的美军联合空中作战中心(CAOC)一派繁忙,众多的计算机和电视屏幕上显示着有史以来最复杂的空中战役景象,空中的数以千计的战斗机、轰炸机、加油机、预警机、电子战飞机和无人机的作战行动都需要由CAOC来协调。但在这些飞机上方的太空轨道中,还有一些对战争胜败更为关键的军事资源-卫星。这些卫星由空军太空司令部和国家侦察办公室负责管理,提供精确导航、及时天气数据、关键导弹预警及红外信息、监视、侦察和通信能力。事实上,如果没有这些太空中的系统,所有的空中作战都无法执行,太空作战能力已经成为此次战役的核心组成部分。

  2002年秋季,当全世界开始关注伊拉克局势的发展时,美国已经开始紧锣密鼓地部署其在各个高度的军事资源。 2002年11月,美军中央司令部的空军部队开始在加利福尼亚进行代号为“内部观察2002”的军事演习,并在演习中设立了高级太空指挥官(SSO)的职位,全面管理和协调与太空作战有关的所有行动。在战时,SSO将在CAOC中与开展自己的指挥工作。

  经过2002年11月至12月与CAOC小组的联合演练,美军太空作战小组于2003年2月进入海湾战区,战前的主要工作是定义SSO与美国中央司令部之间的关系,确保在战争中实现准确的导弹预警能力和应付伊拉克可能对全球定位系统(GPS)发动的干扰攻击。

  在开战前,美军关注的重点是及时、有效地在整个战区内实现导弹预警。美军相信当时伊拉克仍然拥有一定数量的“飞毛腿”导弹和其它较小的导弹(如“阿巴比尔100”),因此美军需要动用各类天基、空基、陆基和海基传感器组建全面的探测网络。而所有这些传感器获得的信息都将通过不同的通信链路汇总至CAOC的太空作战室。在战争期间,CAOC成功地探测到了26枚伊拉克共发射的导弹/火箭,最终这些导弹和火箭没有对美军造成任何人员伤亡。

  在战斗打响前,情报显示伊拉克可能拥有GPS干扰能力。由于美军大量依赖GPS导航,因此美军对GPS受干扰后对战役可能造成的影响进行了详细的分析和评估。美国空军第14航空队还专门为此提供了GPS干扰及导航工具(GIANT),用于评估GPS受干扰后可能对武器和武器平台产生的效果。根据这些评估,美军任务即使GPS受干扰,武器的精度也不会受到太大的影响。同时,美军还开发出一些锁定GPS干扰机的技术,成功地摧毁了这些干扰源。

  当伊拉克战争于2003年3月21日正式打响之际,美军投入了其大部分的太空作战能力。在作战行动之前,美军联合作战中心即指示空军第50太空联队的第2太空作战中队对伊拉克战场部署GPS增强战场支持(GETS)技术。这项能力可以将最新的时钟和星历数据上传至卫星,确保GPS的最佳精度。在整个战争期间,军用GPS的导航精度一直非常高,可见的误差通常都不足两米。

  在战争期间,导弹预警传感器和通信的表现都比较好。在作战行动开始后不久,伊拉克军队从伊拉克南部向科威特发射了多枚短程弹道导弹。美军的传感器发现了这些导弹并发出预警。在搜索和救援被击落飞行员行动中,国防支援项目(DSP)卫星也发挥了巨大的作用。

  军事卫星通信在战争中也功不可没。在战争期间,出入CAOC的数据流都通过千兆网络传输。卫星通信的带宽比战前提高了600%。美军的国防卫星通信系统(DSCS)卫星在战争中改变了运行轨道,在战区上空保持5颗卫星的通信容量。因此,该地区的卫星通信速率达到了约700Mbp,占战区中所有通信流量的80%。此外,军事卫星通信在改进加密传输能力后,传输一条空中作战任务命令只需要6秒,而在过去需要整整一小时的时间。这样,空中作战的敏捷性和及时响应能力就得到了大幅度的提高。此外,全球广播服务(GBS)也可提供超过350Mbps的全球吞吐量,每天可将1.25TB的数据分发给各个作战单位,并可传输超大的文件和视频流,例如将无人机(UAV)拍摄的实时视频传输到中央司令部的各个职能区域。各作战部队(尤其是海军特种作战部队)还可建立自己的GBS通信能力,在进入驻地后几分钟的时间内便可获得当前的情报、图像和视频广播。在这方面,最好的例子就是在巴格达的曼苏尔区追杀萨达姆的行动。美军根据情报确定了萨达姆的位置。在收到中央司令部批准打击的命令后,CAOC的时间敏感目标作战室通过军事卫星通信与一架B-1B轰炸机建立了联系,同时向该机传送了目标的GPS坐标。接下来,B-1B轰炸机乘员将坐标输入联合打击弹药(JDAM精确制导炸弹),在收到打击命令后的几分钟内就将炸弹投向了目标。如果不是萨达姆腿快,这次快速打击将是致命的。

  太空作战中的必备技术

  模块化、即插即用、可重新配置的卫星技术。长期以来,太空装备的采购都是一项长期性的工作,需要提前几年甚至十几年确定太空系统的规则和能力。虽然这种方式可以确保充足的单一胜任太空飞行器库存,但其成本极为高昂,也不可能对不断变化中的威胁做出及时的响应。为了提高系统的响应能力,美国空军研究实验室(AFRL)正投资开发一系列灵活的解决方案,采用模块化、即插即用式组件实现结构、布线和接口的重新配置能力。也就是说,使系统的特性能够“即时改变”,甚至改变太空飞行器的任务能力。在这些开发工作中采用了许多为个人计算机开发的标准商业组件,如通用串行总线(USB)、SpaceWire和以太网协议。这些商用组件可以有效地减少装配和集成组件所需的时间。最终的目标是根据作战人员的要求在6天的时间里改变战术性太空支援能力。我们所知的奔腾和PowerPC处理器都是可重新配置系统的典型,但这些商用产品不可能在太空的辐射环境中生存下来。因此需要对这些芯片做防辐射增强处理,并固化在专用的系统中。

  具备及时响应能力的发射。在有效载荷具备及时响应能力的同时,整个太空系统也必须接受全面的端对端工程改造。目前AFRL正在与美国国防部高级研究及计划局(DARPA)等部门联合开发一种新型的运载器。该运载器能够在接到任务后6天的时间内将500千克的有效载荷送入低地轨道(LEO),发射的成本仅需600万美元。该项目有一个非常拗口的名字 - 通过CONUS小型发射运载器实现的部队应用及发射(FALCON SLV),负责发射运载器的开发。另外还有一项名为发射技术一般性应用(GALT)的计划,主要开发低成本、及时响应型安全系统。两个项目的结合将产生低成本的及时响应型发射器,为未来战场中的作战人员提供更好的太空作战保障。除上述计划外,为了确保太空作战中各系统的稳定性和可靠性,空间环境方面的研究也是必不可少的。例如研究太阳耀斑对导航及通信卫星的影响等。