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太空戰(zhàn)中的天基武器技術(shù)

2020-09-08 00:23潘晨王海蘭
科學(xué)24小時 2020年9期
關(guān)鍵詞:天基編隊武器

潘晨 王海蘭

未來能否實(shí)現(xiàn)太空作戰(zhàn),天基武器技術(shù)是關(guān)鍵。當(dāng)今世界軍事強(qiáng)國圍繞太空主導(dǎo)權(quán)的爭奪日趨激烈,推動了太空技術(shù)的快速發(fā)展。近年來,太空技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的運(yùn)用越來越廣泛,軍事與太空技術(shù)的捆綁也越來越緊密。太空軍事技術(shù)包括太空投送、太空態(tài)勢感知等。這些技術(shù)不僅是維護(hù)國家安全的重要支撐,而且也是國家綜合實(shí)力的顯著標(biāo)志,其發(fā)展決定著未來太空作戰(zhàn)的形態(tài)、作戰(zhàn)理論的創(chuàng)新以及部隊編制體制的調(diào)整。

天基武器技術(shù)的昨天

20世紀(jì)50年代末至60年代末是天基武器技術(shù)由實(shí)驗驗證到初步形成的階段。在這一階段,美蘇兩個大國都在探索未來空間爭霸的可能性,也投入了大量人力和財力研發(fā)載人航天器和衛(wèi)星,并進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗探索。美蘇相繼發(fā)射了偵查、監(jiān)視和預(yù)警衛(wèi)星,并測試了軌道打擊系統(tǒng)和反衛(wèi)星武器。這一階段的發(fā)展重點(diǎn)是發(fā)展載人航天技術(shù),包括運(yùn)載、出艙、對接、返回等技術(shù)。

20世紀(jì)70年代初到80年代末是天基武器技術(shù)由應(yīng)用試驗到快速發(fā)展的階段。這一階段,相關(guān)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,軍事衛(wèi)星為各類軍事行動提供了精確保障,商用衛(wèi)星也在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。這一時期在載人航天方面,側(cè)重于發(fā)展保障人類外太空長期執(zhí)行任務(wù)的能力。而在天基武器技術(shù)方面,美國在1983年便提出了“星球大戰(zhàn)”計劃,2年后就利用反衛(wèi)星技術(shù)摧毀了一顆在軌衛(wèi)星。蘇聯(lián)則在這一階段進(jìn)行了約20次反衛(wèi)星實(shí)驗。

20世紀(jì)90年代至近年,天基武器技術(shù)日臻完善,進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用階段。從1981年美國的航天飛機(jī)首飛,到1986年提出研發(fā)面向未來的、可重復(fù)使用的空天飛機(jī)(最近進(jìn)行了第6次驗證飛行的X-37B屬于此類),可以看出航天大國逐步將其應(yīng)用范圍從戰(zhàn)略層面向戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)層面擴(kuò)展,建立起以戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用為主的天基武器系統(tǒng),目標(biāo)直指未來太空戰(zhàn)爭。

天基武器技術(shù)的今天

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,太空中的各類偵查、預(yù)警、導(dǎo)航、通信衛(wèi)星等信息系統(tǒng),對地表、空中甚至深海的軍事行動產(chǎn)生越來越大的影響。作為目前天基技術(shù)的重要組成部分,太空態(tài)勢感知系統(tǒng)是戰(zhàn)場上的倍增器,其重要程度與日俱增,美軍把太空感知建設(shè)作為太空武器化的首要步驟,又將發(fā)展星鏈網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和衛(wèi)星編隊飛行技術(shù)列為重中之重。

星鏈網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指的是航天器之間信息傳輸和交換的技術(shù)。前期快速組網(wǎng)階段,關(guān)鍵在于快速發(fā)射、設(shè)計小型化和可控成本三個方面。首先,在發(fā)射技術(shù)方面,目前美國的“星鏈”計劃,是由分布在低、中、高軌道的上萬顆衛(wèi)星組成的一整套偵查預(yù)警系統(tǒng)。要在軌道中布置如此眾多的衛(wèi)星,肯定要突破傳統(tǒng)的運(yùn)載模式,目前“星鏈”計劃采用的發(fā)射技術(shù)是一箭多星技術(shù)。其次,要提高發(fā)射效率,這要看衛(wèi)星設(shè)計在小型化、多功能方面能否有所突破,小衛(wèi)星成本低、體積小、重量輕且部署快,能大大降低衛(wèi)星的發(fā)射成本。最后,要降低發(fā)射成本,火箭的重復(fù)回收、快速再發(fā)射技術(shù)就十分關(guān)鍵了。美國的商用火箭公司SpaceX已經(jīng)測試了相關(guān)的回收再發(fā)射技術(shù),有效地提升了經(jīng)濟(jì)效益。在后期的實(shí)際運(yùn)用上,鏈接技術(shù)要讓眾多衛(wèi)星成為一個整體,有效彌補(bǔ)原本小型化設(shè)計時可能帶來的缺陷。鏈接技術(shù)在運(yùn)用時,需要在多顆衛(wèi)星之間建立統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。同時,由于衛(wèi)星相對位置的不確定性,需要采取實(shí)時跟蹤技術(shù)來增加精度。此外,為了提高通訊效率,還要采用有效的算法來矯正相關(guān)的誤差。

衛(wèi)星編隊飛行技術(shù) 指的是多顆衛(wèi)星為完成任務(wù)而采取特定動作的技術(shù),包括組成編隊和姿態(tài)控制。組成編隊時,區(qū)域內(nèi)多顆衛(wèi)星能按照計劃各自變軌形成衛(wèi)星群;姿態(tài)控制方面,要做到全過程統(tǒng)一,就需要運(yùn)用集成軌道動力學(xué)和軌道導(dǎo)航技術(shù),以及多星管理、協(xié)同工作、自主運(yùn)行等技術(shù)。在多星管理方面的要求十分復(fù)雜,因為編隊中某個衛(wèi)星的任何一個動作都會對編隊全局產(chǎn)生影響。同時,在協(xié)同工作方面,外太空中的參照點(diǎn)可能隨時發(fā)生變化,特別是衛(wèi)星變軌后,要做到迅速整理隊形,保持監(jiān)測目標(biāo)的不丟失,就要求編隊內(nèi)的衛(wèi)星建立統(tǒng)一的邏輯。最后,在自主運(yùn)行方面,要求衛(wèi)星不僅要控制自身的編隊姿態(tài),也要靠慣性制導(dǎo)、光學(xué)遙感等技術(shù)來捕捉編隊位置。

當(dāng)然,任何技術(shù)都有弱點(diǎn),由星鏈網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和編隊飛行技術(shù)所構(gòu)成的太空態(tài)勢感知體系,最易受到敵方軟殺傷的打擊,這種軟殺傷主要采用了干擾技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在干擾技術(shù)方面,首先是干擾衛(wèi)星系統(tǒng),使其工作失常,主要方式是采用定向干擾,對軌道范圍內(nèi)的衛(wèi)星進(jìn)行直接壓制,使其偏離軌道而無法正常工作;其次是干擾通信,阻斷信息鏈接,采用的方式有發(fā)射大功率雜波、欺騙干擾等。網(wǎng)絡(luò)攻擊方面和我們所熟知的黑客攻擊方式相類似,采取情報收集、漏洞監(jiān)測和實(shí)施攻擊這“三部曲”。網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)更新迭代迅速,而老舊衛(wèi)星的防護(hù)、硬件水平相對滯后,所以網(wǎng)絡(luò)攻擊容易奏效。

天基武器技術(shù)的未來

現(xiàn)有的太空武器或空間設(shè)備都是在地面工廠制造好后,由火箭送入太空的,這不僅意味著這些設(shè)備的重量將受到制約,其形狀、性能也會大打折扣,而且太空設(shè)備十分精密,入軌使用后一旦某個部件損壞,就可能導(dǎo)致整個設(shè)備的癱瘓。隨著現(xiàn)有3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展,未來太空3D打印技術(shù)也將不斷完善,甚至替代地面的制造、組裝工作。太空3D打印有諸多好處:一是在真空中打印具有天然的優(yōu)勢。目前的電子束3D打印還需特別搭載真空設(shè)備,且受真空環(huán)境大小的制約,無法制造體積大的物件,而在太空中打印則沒有限制。二是材料唾手可得。目前在太空中有無數(shù)的太空垃圾,這些垃圾都是由衛(wèi)星的碎片組成的,可重復(fù)使用率極高,未來或可不用單獨(dú)從地球發(fā)送打印原材料。三是太空打印物體大小不受限制。太空3D打印機(jī)既可以打印小的子彈,也可以打印大型的天基電磁脈沖炮。這種技術(shù)有效降低了未來的太空部隊對地面制造裝備系統(tǒng)的依賴,提升了軍事活動的靈活性和機(jī)動性。

在未來的太空戰(zhàn)中,納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會提高天基武器的戰(zhàn)斗力。例如碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的材料,它既能導(dǎo)熱也能導(dǎo)電,導(dǎo)電能力是傳統(tǒng)材料的萬倍以上,同時在高溫后能迅速恢復(fù)其原有形狀。在未來的太空戰(zhàn)中,納米技術(shù)能用于制作電子軌道炮的彈道導(dǎo)管,或者抵擋敵方激光武器、電子脈沖和高能微波攻擊的覆蓋材料。此外,納米材料可能還具備自愈性質(zhì),通過合成修復(fù)技術(shù)制造的聚合材料,能在設(shè)備受到撞擊后主動填補(bǔ)裂縫,防止設(shè)備進(jìn)一步損壞。在武器系統(tǒng)中,納米電子技術(shù)能提高武器的智能化程度,其構(gòu)成的微小機(jī)電系統(tǒng)不僅提高了天基武器的信息化程度和安全性,也使天基武器的性能更加強(qiáng)勁。例如納米衛(wèi)星、納米導(dǎo)彈等小型化設(shè)備能有效突破對方的防御系統(tǒng),同時打擊效果也沒有絲毫折扣。在未來的太空戰(zhàn)場上,巨型武器和納米武器將同時存在,相互補(bǔ)充。在納米技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的情況下,太空戰(zhàn)場將變得更加透明,擁有納米技術(shù)優(yōu)勢的國家將具有更大的威懾力。

在未來的太空戰(zhàn)爭中,對地球造成最大威脅的就是小行星武器化技術(shù),該技術(shù)指的是通過“誘捕”近地的太空隕石,然后利用發(fā)動機(jī)加速的攻擊方式垂直打擊地面目標(biāo)。這種攻擊方式威力巨大,據(jù)測算,直徑約10米的小行星就能造成相當(dāng)于廣島核爆的威力。防御這種攻擊十分困難,因為即使通過天基武器及時攔截到了行星武器,其破裂后的碎片也可以間接或直接打擊大氣層內(nèi)的設(shè)備。

一般來說,使用小行星武器化技術(shù)可分為三個階段:首先,尋找、定位小行星,或者直接從月球開采加工;其次,將重型推力火箭與其對接后,安置于月球“軌道倉庫”,以便隨時發(fā)動打擊;最后,在明確打擊的戰(zhàn)術(shù)路徑之前,先要確定適合打擊的行星,太大容易造成全球災(zāi)難,太小則容易在進(jìn)入大氣層時被燒毀或擊落。同時還要確保自己的太空設(shè)備不在打擊路徑上,提前機(jī)動變軌,并要預(yù)測行星武器被攔截后碎片覆蓋地表的范圍,確保同盟國不受巨大影響。當(dāng)然,小行星武器化是一項十分危險的技術(shù),使用它直接打擊地球的可能性并不大。

傳統(tǒng)的原子彈爆炸是不可控的核裂變,它在短時間內(nèi)釋放出大量能量。這種裂變的方式其實(shí)只是利用了原子很小的一部分,且裂變后還會產(chǎn)生放射性污染,原料也有限。而可控核聚變能慢慢地把能量釋放出來,可以說研發(fā)可控核聚變技術(shù)就是制造一個人造太陽。

可控核聚變技術(shù)有諸多好處:首先,在未來要實(shí)現(xiàn)長時間的星際航行,關(guān)鍵要解決太空推進(jìn)問題,可控核聚變技術(shù)可以使用氫基物作為補(bǔ)給,而這種元素在宇宙中是十分常見的。其次,可控核聚變技術(shù)不僅能開啟人類探索宇宙的步伐,讓星際飛船以亞光速航行,而且可以為天基定向能武器提供源源不竭的能量。目前,掣肘天基武器發(fā)展的一大重要因素就是無法保障其基本運(yùn)行。雖然美軍目前已經(jīng)開展了地基、?;?、空基激光武器的測試,但其后勤設(shè)備上往往帶有大量的輔助發(fā)電設(shè)施,而天基激光武器的成型還需要未來可控核聚變技術(shù)的加持。最后,可控核聚變技術(shù)對于天基武器的設(shè)計也會產(chǎn)生較大的影響,目前我們可以看到衛(wèi)星、空間站等設(shè)備都帶有巨大的太陽能板,這種設(shè)計并不適應(yīng)未來的太空作戰(zhàn)環(huán)境,敵方可以輕易攻擊外露的供電系統(tǒng),如果將動力系統(tǒng)安置在防護(hù)層內(nèi)部,那么就大大提升了天基武器的生存能力。

隨著近年來太空技術(shù)的迅猛發(fā)展,外太空、高邊疆已成為維護(hù)國家安全和利益的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。傳統(tǒng)大國、強(qiáng)國必將為奪取太空制權(quán)而全力尋求關(guān)鍵技術(shù)的顛覆性突破,構(gòu)建戰(zhàn)略打擊力量體系,對敵形成不對稱威懾??梢灶A(yù)見,未來的太空將成為“技術(shù)強(qiáng)者”的天下。

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