1、衛星技術概述

引用美國宇航局的話，“衛星是圍繞行星或恒星運行的衛星、行星或機器”（NASA，2015）。由于它們的姿態，衛星被獨特地定位，以提供一個超視距通信平臺和地球廣闊表面區域的鳥瞰視圖。這些能力為任何能夠使用此類技術的人提供了戰術優勢。?根據這一認識，當時的蘇維埃社會主義共和國聯盟（蘇聯），即現在的俄羅斯，在1957年開發并發射了第一顆人造地球軌道衛星，人造衛星Sputnik 1（PS-1）。?美國緊隨其后的是CORONA等秘密衛星項目，NSA、CIA和其他情報機構將利用衛星技術獲取蘇聯導彈位置的情報（Dickson，2001）。根據從UCSUSA衛星數據庫（USCUSA，2021）收集的信息，從1957年到現在，天空已經從一顆人造衛星變成了大約4852個，截至12/31/21。為了獲得對后續材料的欣賞，了解大氣的各個層、軌道類型以及這些軌道內的衛星軌道是至關重要的。?這將為展示衛星定位和攻擊的多種方法的有效性奠定基礎。

人們可能會傾向于忽略這些層對衛星進攻和防御的任何實際影響。例如，每個層將具有沖擊特性。?對流層和平流層比高層大氣密度大。?它們將產生更多的阻力和摩擦，對任何快速地面部署的防御衛星或平臺產生表面加熱。?用于ICBM攔截的典型導彈是雷神RIM-161 SM-3，其飛行速度約為3公里/秒或約6700英里/小時（主要導彈防御系統，2012年）。X-15只以每小時4520英里的速度飛行，并遇到1200華氏度的空氣動力學加熱溫度（德萊頓飛行研究中心，nd.）。?應當注意，這樣的溫度將熔化鋁、鎂、鋅和鉛。?在更高層，大氣壓力的降低將決定推進系統和需要考慮增加的太陽和宇宙無線電干擾。?不同軌道距離的增加增加了射彈飛行時間和目標復雜性。?例如，許多衛星距離地球表面在100到22000英里之間。?額外的行程時間將允許目標衛星的國家有額外的時間執行其OODA（觀察、定向、決定、行動）循環，以應對措施。

2、軌道的類型和形狀

傾斜度：眼眶傾斜度是指角度或傾斜度的大小。在衛星繞地球運行的情況下，該角度被稱為衛星軌道與行星赤道之間的角度。?通常，這種軌道被稱為近赤道軌道、極軌道或傾斜軌道。

有兩種一般的軌道形狀，圓形和?橢圓形。圓形軌道是離地球的固定距離，被指定為LEO、MEO和HEO，這將在下一節中詳細描述。?該軌道通常用于衛星保持固定地球位置的地球同步軌道。?另一個軌道形狀是橢圓形的，由關于正在軌道運行的行星的兩個不同點限定。?最近的點是近地點，最遠的點是遠地點，它將在任何攻擊或資產保護確定中發揮作用。

軌道主要在155至1243英里的高度范圍內（250-2000公里）。這個軌道級別的衛星根據高度在大約84-127分鐘內完成地球軌道。?這種低高度要求較快的軌道速度以保持離心力和重力之間的平衡，其大約為17500mph或7.8km/s。?以這種速度，國際空間站（ISS）將每天繞地球一周16次，間隔90分鐘（歐洲航天局，nd.）。?這一軌道上的衛星的例子是遙感衛星，如天氣、地面測繪、氣候變化、海洋學觀察/監測、間諜/監視以及哈勃和國際空間站。

衛星軌道的分類：

1）小型、便宜的運載火箭可以將衛星推進低軌軌道。

2）更快的軌道速度使得在反衛星武器（ASW）被部署對抗它的情況下，移動的目標更快。?從長遠來看，AR15突擊步槍中使用的典型55粒北約5.56x45毫米子彈的飛行速度約為3250英尺/秒（991米/秒）（維基百科，2001年）或略高于3500英里/小時，而衛星的飛行速度約為17500英里/小時。

3）較低的軌道使得成像和監視更加清晰

4）較低地接近地面減少了衛星和地面站之間的通信等待時間，其將在5至10毫秒的低范圍內。

5）低地球軌道（LEO）也可以有效地用于衛星通信。?獅子座軌道的范圍從250英里到1000英里，信號時間延遲只有5到10毫秒。?這一優點還包括降低通信鏈路的功耗，平均功耗為0.5W（Perez，1988）。

3、軌道阻塞和碎片

在討論實際的反衛星武器（AWS）及其系統之前，最后一個關鍵的話題是環繞地球的大量物體以及誰擁有它們。正如本章開頭所述，從1957年到現在，天空已經從一顆人造衛星變成了12/31/21年的4852顆。

活動衛星的數量使實際退役衛星和目前在軌道上的其他空間碎片的數量相形見絀。在討論反衛星武器（AWS）系統時，必須確定誰和什么物體環繞地球，并了解60多年來，衛星、實驗和運載火箭部件的失效積累了空間碎片。?這個問題非常令人擔憂，以至于國防部和美國宇航局聯合使用空間監視網絡（SSN）、光學望遠鏡、DebriSat、Haystack X波段雷達和Long跟蹤已知軌道平面內碎片的持續時間暴露設施（LDEF）（NASA軌道碎片計劃辦公室，nd.）。同樣，歐洲航天局（European Space Agency）也跟蹤一個軌道碰撞風險評估小組，該機構位于德國達姆施塔特的歐洲空間行動中心（ESOC）的空間碎片辦公室。?（歐洲航天局，nd.d.）?值得注意的是，與普遍看法相反，并不是所有的空間碎片都被編目和跟蹤；統計分析和建模被用于小于10厘米或4英寸的物體（NASA，2021）。?根據歐空局的測量，截至2022年7月11日，觀測到以下衛星和空間碎片數據：

4、空間武器化與衛星磨損方法

在獲得與衛星的殺傷接近度的許多方法中，只有少數原理，直接強調或殺傷（DA-ASAT）和共軌（Co-ASAT）。這兩個原則允許部署直接能源武器、反衛星導彈、殺手衛星以及使用自然和人工碎片等方法。?下面將提供可用于摧毀衛星或衛星星座的直接和間接攻擊的示例。?了解自20世紀60年代以來執行的多次反衛星試驗造成的空間碎片的存在以及空間碎片在故意破壞衛星資產方面所能發揮的作用也是至關重要的。最初，美國和俄羅斯進行了太空武器試驗。

碎片場破壞：每個軌道層都有不同數量的碎片。獅子座不僅非常飽和，而且有最快的旅行物體。?任何類型的碰撞都會導致一連串的碰撞，也稱為凱斯勒綜合征。?簡言之，該概念基于兩個或更多物體的碰撞。?雖然與碰撞和運動定律相關的物理學不在本文的研究范圍之內，但有必要理解，以如此高的速度行進的物體，即使是質量微不足道的物體，也會發生高能碰撞，從而產生以相等的力朝相反方向移動的較小物體。?這些較小的物體將與其他碎片碰撞，碰撞將繼續導致碎片風暴。?如前所述，低軌軌道具有許多實體，包括功能衛星和國際空間站(ISS)。?已經注意到衛星碰撞，第一次已知的碰撞發生在1991年，當時俄羅斯的宇宙1934被宇宙926的碎片擊中。?然后，在1996年，法國的Cerise衛星被Ariane 4火箭碎片擊中。2005年，美國的上一級火箭被中國火箭第三級火箭的碎片擊中。2009年，一顆銥衛星與俄羅斯的宇宙-2251"相撞，造成毀滅性后果（歐洲航天局，nd.d.）。

擁有或操作衛星。衛星的重要性及其向軍隊提供實時情報的能力是眾所周知的。?一些國家可能不具備其對手的技術能力，但希望破壞收集Satint的能力，或破壞其與地面、海軍和航空部隊的通信、指揮和控制能力，以公平競爭。?這樣的國家可能缺乏執行衛星管理的資源，甚至缺乏跟蹤和瞄準軌道中物體的技術。?然而，他們可以利用碎片場摧毀對手的空間資產，并造成預期的破壞。?例如，朝鮮已經開發并試射了火星-12彈道導彈。?據報道，這枚火箭已經達到2111公里或1311英里的高度。?如前所述，近地軌道通常低于2000公里。?（戰略與國際研究中心，2022年）。?這種姿態提供了在LEO軌道和MEO軌道較低部分內的任何地方遞送有效載荷的能力。?如所討論的，跟蹤和撞擊快速移動的對象是復雜的操作。?然而，高爆轟的輸送不包含接近復雜程度的水平，而是將產生類似的結果。?這種情況將引發一系列反應，在這些反應中，空間碎片將成為不斷增長的彈片云，隨著正在進行的碰撞中其他物體的破壞，彈片云將增加。?這可以消除幾乎每個國家的觀測、監測和通信衛星。?過剩導彈助推器的日益擴散使這種情況成為可行的威脅載體。

5、地空導彈

在成功發射人造衛星后，美國很快意識到俄羅斯在太空方面的優勢，可以監視美國的設施。此外，還設想俄羅斯將開始在軌道上部署核項目，提供首次打擊能力。?美國在1958年的最初反應是開發和測試ASAT武器Bold Orion或（WS-199B），一種空射導彈。?測試和開發繼續進行，直到1959年10月在LEO成功進行了近攔截測試，導彈到達Explorer 6衛星4英里（6.4公里）以內（Pike，2016）。?這被1960年俄羅斯人用同軌裝置“DubbedIstrebitel”斯普特尼科夫（衛星驅逐艦）（Zak，2013年）。

從20世紀50年代到70年代初，選擇的戰術方法是使用核彈頭和高爆彈頭來消耗敵方衛星資產。1963年，美國、蘇聯和英國簽署了《有限核禁試條約》，認為任何此類爆炸都可能對雙方和盟國造成附帶損害。?應當指出，這項條約不包括使用其他動能型武器。?到了20世紀70年代，戰術改變了，研究開始使用動能殺傷武器，這種武器可以以極端的力量打擊目標。?

2008?美國在低軌道擊落其間諜衛星（Oberg，2021）。

2021年，俄羅斯擊落了它的衛星（Litovkin，2021）。

這些衛星中的每一顆都產生了大量的碎片，2021年的事件導致國際空間站上的人員在多個軌道上避難（Mogg，2021），直到碎片場不再被視為危險。這些碎片將在軌道上保留幾十年。SM-3導彈可以說明動能殺傷武器/彈頭（KKW）的概述，它是一種DA-ASAT命中殺傷系統，釋放一個獨立的21英寸（530mm）、輕型Exo大氣攔截器殺傷車，將以大約10km/s（22000 mph）的速度接近目標（GAO，2011）。

在這個速度下，撞擊相當于“...130”兆焦耳動能，或相當于10噸卡車以每小時600英里的速度行駛。"（雷神公司，2007年）。?從長遠來看，這大致相當于一輛標準校車以747商用飛機的最高速度撞上物體。?其結果將是目標的粉碎和產生額外的高速空間碎片。DA-ASAT挑戰包括先前確定的與LEO相關的障礙。首先也是最重要的是，數據衛星將需要具有足夠力的推進系統來獲得姿態。?雖然有些導彈可以到達低至中低近地軌道，但較少的導彈可以到達較高的地區。?如果姿態障礙被克服，則該軌道中的物體以高速行進，使得執行目標識別、跟蹤和捕獲非常困難。?這將在目標通過之前留下很少的時間來開發發射溶液從射程。雖然有許多成功的說法，但由于明顯的原因，失敗的嘗試很少被討論。?不斷提到的一個考慮因素是不斷增加的空間碎片。?任何DA-ASAT都必須導航通過以“高”高超聲速頻譜速度行進的碎片，并具有作為其儀器一部分的高級目標識別設施。值得注意的是，所示的導彈系統只是許多設計中的一個，每個公司、國家及其相關工程師將采用不同的方法。

共軌（CO-ASAT）：這些武器系統被放置在軌道上，目的是從其軌道停機坪上靠近目標衛星機動，并能機動到目標衛星的較高或較低平面并通過各種手段摧毀目標衛星。這種ASAT設備可以具有雙重目的。?偽裝為天氣、通訊或有其他非強制性意圖，可能會使它們留在軌道上，而不會引起人們對其偽裝任務的注意，直到被召喚采取行動。?這個ASAT類也可以在多個軌道上追逐另一個軌道體，直到它足夠接近執行其殺死協議。Kosmos-2543的活動觀察到了這種機動，以匹配Kosmos-2535的軌道進行會合，并能夠改變前后軌道位置（Chabot，2019）。?如表2-7所示，俄羅斯/蘇聯自1982年和美國1年以來進行了9次共軌試驗。1982年以前，有17次俄羅斯/蘇聯的同軌道相關試驗在1963-1981年間得到證實。?由于國家秘密，很難知道發生了多少與消滅敵方資產有關的同軌道衛星活動。

6、直接碰撞或動態殺傷

在DA-ASAT探測中討論的技術以及高速撞擊如何對目標衛星造成廣泛損害。概念是相同的，除了殺傷車是一種軌道裝置，可以轉換軌道平面以追求目標。

射頻干擾機將允許攻擊衛星在另一顆衛星附近機動，并干擾其發送和接收信號。攻擊衛星可以使其軌道與目標衛星足夠接近，從而通過頻譜感知執行認知干擾。?這項技術將允許攻擊者感知目標使用的發送-接收頻率，并使用“檢測和干擾”策略。?即使目標衛星試圖執行抗干擾緩解，攻擊衛星也可以通過檢測滑動能窗分析等技術繼續其頻譜分析。?（Tianq，Pham，&Blasch，2012年）干擾可能只需要存在很短的時間就可以造成干擾，尤其是如果目標位于LEO。

微波轟擊已經成為一種可行的星-星沖突攻擊方法，高功率微波（HPM）在電子電路上使用窄帶和超寬帶（UWB）脈沖輻射損壞目標電子電路的實驗證明了這一點（SAEMedia Group，2008）。?在目標附近機動的具有微波能力的ASAT可以發射微波，產生能量傳遞，從而在目標衛星內建立額外的電壓。?這將產生數千伏的電壓，導致目標的電子導體產生電壓和熱量，這將導致半導體、處理器甚至熔化關鍵部件。?空間研究已經使用光伏射頻天線模塊（PRAM）技術證明了這一點。?“PRAM將陽光轉換為微波功率傳輸。”?（Trevistick，2020）提供電力。

7、網絡攻擊

（Nichols等人，2022）衛星也將有類似的漏洞。衛星接收來自地球站的通信，在許多情況下，接收來自多個地球站的通信，所有這些都需要認證。?這意味著需要通信和安全協議來服務于接收傳遞證書所必需的請求、確認和握手。?這可能受到DoS(拒絕服務)攻擊，其中衛星在嘗試服務請求時可能變得不堪重負，并且無法與合法源進行認證，從而影響其從其基地接收指令的能力。?根據軌道和衛星的速度，它可能會通過與特定地面站的通信窗口，并且必須前進到下一個。?正如在軌道上討論的優點和缺點，低軌軌道需要較少的功率來與地面通信，并且通常具有較小的天線和較低功率的發射機。?軌道上的另一顆衛星或衛星星座可能提供更集中的信令，并在目標衛星進入其與地面的通信窗口并造成中斷之前開始攻擊。?這是可能發生的眾多網絡攻擊之一。?類似的網絡情況也發生了，黑客控制了一顆退役衛星，并通過Anik F1R衛星（Paganini，2022）廣播了他們的會議。

激光武器用于共軌攻擊衛星，由于有效燃燒目標衛星材料所需的功率量，激光在這一點上可能不是一個實際的解決方案。然而，許多工作正在進行中，以創造更強大的激光器，需要更少的功耗。?還應該注意到，由于距離擴展、大氣電離、大氣擴散和地下空間攻擊，額外的能量不會損失。?然而，確實存在使用激光使目標失明的技術。?這在反監視和探測方面是有用的，特別是在探測高超音速導彈發射時，這種導彈發射信號不如標準洲際彈道導彈明顯。

化學噴霧器將是一種更隱蔽的攻擊方法，在這種方法中，目標將被噴灑化學劑，該化學劑將導致衛星表面的腐蝕，并最終危及系統，該系統已經由于熱變化和與高速行進相關的力而處于應力下。"由于軌道運行期間周期性進出遮陽板，衛星外表面上的低軌軌道會產生熱應力。?在LEO，這種情況每90分鐘發生一次，大約在+100?° C到-100?° C之間。這種溫度變化會在材料中產生熱應力，而CTE的差異將導致金屬表面上的氧化層剝落，并導致新鮮材料不斷暴露在原子氧環境中。"?（歐洲空間局，nd.d.）。?這種腐蝕性材料的分散會降低太陽能電池板及其部件的效率，并最終構成衛星的結構完整性。

在過去的十年里，隨著立方體衛星的進步、更便宜的交通工具、改進的機械臂、相機系統、更快的計算能力、用于精確目標識別和捕獲的先進軟件以及改進的自主響應，衛星機器人機構已經指數級地進步。這些改進使設備能夠截獲和捕捉快速移動的物體。?最近，美國、英國和中國已經開始進行幾項實驗，以清除太空碎片為幌子，測試這項技術，以清理較低軌道。?這些國家進行了技術示范，相互提出了重要的擔憂理由，因為用于清除碎片的相同技術對反對派資產也有同樣的作用。?以下是反映所測試技術的已知努力。

8、高超聲速導彈平臺

除了氣象、通訊和間諜衛星，還有軌道平臺。下圖確定了11個不同類型的15個不同平臺。

1963年，112個國家簽署了《外層空間條約》，該條約基本上禁止在空間使用核武器。"《外層空間條約》的主要規定包括禁止空間核武器；限制將月球和所有其他天體用于和平目的；規定所有國家應自由探索和使用該空間；禁止任何國家對外層空間或任何天體主張主權。?該條約雖然禁止在天體上建立軍事基地、試驗武器和進行軍事演習，但并沒有明確禁止在太空中的所有軍事活動，也沒有明確禁止在太空中建立軍事空間部隊或在太空中放置常規武器。"?（維基百科，2003年）。?反對核武器的具體宣言為其他可能的系統打開了大門，例如發射不需要核彈頭的動能系統，因為它們的高超音速將通過釋放相當于千噸的TNT（取決于重量、密度和最終撞擊速度）產生毀滅性的結果。

一個已知的武器平臺是高超音速武器的發展，這是不斷升級的軍備競賽的一部分。從第6本書中快速回顧一下，這些車輛的速度大于5馬赫（>3,806英里/小時），姿態低于90公里（295,276英尺）。?低軌軌道上的大多數物體以17500英里/小時的速度飛行，這些速度被稱為高超音速，范圍為10-25馬赫。?記錄了一些阿波羅指揮模塊（CM）以36馬赫的再入速度飛行（史密森國家航空航天博物館，nd.d.）。

一般來說，有兩種類型或類別的高超聲速導彈。第一種是巡航導彈類型，也稱為高超聲速巡航導彈（HCM），它通過SCRAM推進系統保持速度，以及高超聲速滑翔飛行器（HGV），它利用重力和空氣動力學來獲得其速度和穩定性。

本主題的重點將是HGV以及它將如何作為天基攻擊載體應用。目前，探測發射或部署高超音速導彈的方法有限。自冷戰時期以來，標準防御戰略的重點是探測洲際彈道導彈的發射和攔截。?高超音速技術已經成為觀察、定向、決定和行動OODA回路決策戰略過程中的游戲規則改變者（Devost&Courley，2022）。?過程受到影響，因為觀測周期被延遲，這是過程的開始。?應該注意的是，大多數早期預警技術都是針對洲際彈道導彈水面或海軍發射的紅外特征進行優化的。?這種標識的減少然后壓縮了其他過程可用的時間，包括定向能力。?這種減少進一步縮短了被圍困實體采取行動的時間，因為這些設備太快了。?例如，如果我們使用摘自第六冊高超音速武器第12章的下表：

它顯示了這種武器的移動速度。HGV在23馬赫上空繞高層大氣移動，在10馬赫時繞低層大氣移動是不現實的，這可以在8分鐘內覆蓋1000英里。

在這種情況下，有能力觀察導彈助推器的紅外特征。此外，由于助推器的高度約束，HGV的目標將較少。?在空投部署場景中，高度限制將被刪除。?此外，根據一天中的時間，觀測衛星將不存在來自地面的紅外熱信號，以供探測和報告；獲得HGV已經發射并開始其重返軌道的早期確認可能很困難，這可能類似于下圖所示的大氣跳躍。

這將提供HGV隱身，因為它可以從不同的全球位置降落，并開始其目標活動。一旦進入大氣層，它將具有機動能力，并且由于它的高海拔，它會混淆敵人對實際目標的跟蹤。?此外，如果主目標不再可用，則可以選擇多個備選。?應注意，隨著HGV變低，選項更少。?在指定點，HGV將以最大速度降落在目標上，釋放盡可能多的動能和破壞。

盡管有條約和國家協定，使用從太空發射的高超音速武器是一個必須考慮的問題。對于那些表現出違反條約或違反既定交戰準則和規則的傳統的國家來說，擁有首次打擊能力是一種太大的誘惑。?任何忽視這一點的國家都可能在其滅亡時這樣做。

編輯：黃飛

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