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主题:【原创】敢上九天斩月(修订版) -- 晨枫

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  • 家园 【原创】敢上九天斩月(修订版)

    报告老铁:有关的讨论虽然都在淘客那边的时事版里,但这篇是讨论军事,不是时事,能不能开恩,留在这里?

    老红提到这次反卫星拦截是迎头攻击,这一事实十分重要,所以对原文加以增订,顺便也改掉一点打错的字。增加部分用蓝字标出。

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    外电报导,中国在1月11日成功地从西昌基地发射了一枚反卫星武器,用动能撞击击毁了高度在865公里轨道的报废气象卫星“风云1C”号。美国已经提出抗议,澳大利亚和加拿大也提出了抗议,日本和英国表示关注,估计还会有更多国家做出某种姿态。

    在公开歼10战斗机之后,反卫星武器是更为重要的一个进展。这表明中国的武器发展战略已经从威慑转为制胜。也就是说,中国不再满足于迫使敌人不敢轻易对中国挑起战端的被动战略,而是转入该打就打、将战争引向中国设定的轨道的主动积极的战略。60年代试验成功、70年代开始形成初步战斗力、80年代实战化的中国核武装对保卫中国的国家安全有至关重要的作用。但核武器是一种两败俱伤的战略威慑武器,不到危及民族存亡之际不能轻易动用,所以对于常规冲突的战术价值有限。歼10战斗机就不说了,反卫星武器的战术价值也要比核武器高很多,战术使用上的灵活性是核武器不可比拟的。换句话说,中国在小打小闹的摩擦和全输全赢的豪赌之间,开始有了更多、更细的选择。这对中国的国家安全政策取向将产生深远的影响,但本文将集中讨论这一发展的军事上的涵义。

    当今美军在军事技术上没有对手可以相提并论,这里面固然有航母、B-2轰炸机、F-22战斗机等先进装备的因素,然而非常重要但不常受到重视的是整个战斗支援体系,其中包括各种军用卫星。如果有一天,美国所有的军用通信卫星、GPS卫星、侦察卫星(包括照相侦察、雷达侦察、电子情报收集、红外导弹预警)一起失效,美军的作战方式将发生根本性的混乱,战斗力将大打折扣。中国成功地试验了反卫星能力,自然引起美国和西方的极大关注。从某种意义上说,反卫星试验的成功,对美国和西方的震动比歼10还大。

    在地球轨道上运行的卫星的大约速度为第一宇宙速度,也就是约7.8千米/秒,或者约28400千米/小时。更快就要像太阳轨道逃逸,更慢就要开始向地球坠落。若按海平面的音速算,这差不多就是28倍音速!为了尽量减少大气层对卫星的减速作用,卫星通常运行在大气层外的轨道。根据不同的需要,卫星可以运行在近地轨道(像侦察卫星、地球资源调查卫星、气象卫星)、中轨道(像GPS卫星)和同步轨道(像通信卫星、电视广播卫星)。不管什么轨道,基本都是没有空气的真空,所以反卫星武器不可能靠空气动力控制舵面来实现机动瞄准,而是靠变轨发动机燃烧大量燃料,以一定的速度抛射一定质量的燃气,打破原有的动量平衡,来实现变轨和机动。换句话说,反卫星导弹难以满世界追击卫星,而是在轨道基本重合的时候,利用少量变轨和机动,就击中目标。由于轨道运行极高的速度,即使轨道基本重合,也就是速度大体相当,貌似“微小”的速度差也是很可观的,直接撞击还是能保证摧毁目标。另一方面,这也使得反卫星截击对制导精度要求极高,否则失之毫厘,差之千里。

    反卫星战斗部可以是核战斗部、爆炸破片战斗部或直接撞击的动能毁伤战斗部。核武器的威力巨大,在太空中,核战斗部的有效杀伤半径可以达到1000多千米,即使制导精度不高,也容易确保摧毁。但空间核爆炸的副作用太多。巨大的杀伤半径可能把很多无辜的卫星一起格杀勿论。空间核爆炸也可以使地球上很大一片区域的输变电系统和通信系统发生故障,像58年美国空军在太平洋上空400千米试验核武器时,整个太平洋地区的输变电和通信都受到影响,夏威夷的路灯熄灭,防盗警报乱响,还有3颗美国卫星也因此失能。对近地空间使用率最高的美国来说,核战斗部可能对自己卫星的损害还大于对敌人卫星的损害。60年代时,近地轨道上的威胁除了卫星,还有部分轨道核武器,也就是带核战斗部的卫星,平时在轨道上运行,战时再入大气层攻击地球上的目标,几乎没有预警时间。由于这个东西出核事故的可能性太大,美苏都同意禁止了,签署了公约。没有了这个危险,加上损人不利己,反卫星核战斗部很快就放弃了。

    常规的爆炸破片型战斗部在近地空间的效果不好。由于没有空气,爆炸形不成气浪,冲击波迅速耗散,剩下的只有破片的杀伤作用。爆炸产生的破片的形状、大小和散射方向不容易控制,效果也随离目标的距离急剧下降。为了确保杀伤效能,必须把导弹引导到离目标卫星很近的地方,还不如直接撞击。

    真正有效的还是最简单的直接撞击的动能毁伤战斗部。动能毁伤战斗部可以是简单的实心物体,也可以是张开的网。由于没有空气阻力,张开的网捕获面积大,但不影响拦截飞行。只要强度足够高,而不是在碰撞的瞬间就粉碎,网上任何一点与目标发生撞击,都可以将整个动量传递上去,达到毁伤的效果。美国成功地试验过蜘蛛网状的拦截装置,现在在研究用高强度Mylar塑料薄膜作为拦截装置,目的不是击碎卫星,而是将卫星强力包裹起来,使之失能,但不造成空间碎片,以免危害美国自己的卫星和载人或无人空间飞行。动能毁伤战斗部的制导精度要求当然最高,而中国这次成功的反卫星试验正是采用直接撞击的动能毁伤。

    卫星在轨道上的高速飞行,可以比作在流速很高的江河里的船舶,只是在随波逐流,而不是在靠自身动力破浪前进。拦截卫星,就好比从岸边划出一只小船,要撞击江中高速随波逐流的大船。不过近地轨道有一个好处,没有向大江大河中那么多的湍流。这条江河的流速尽管高,但很均匀。由于小船本身的速度相对于流速来说并没有太大的优势,所以小船出发的时机和地点十分关键,否则光靠小船自身的机动能力不足以击中大船。换句话说,卫星的地面轨迹应该通过反卫星导弹的发射点,靠反卫星导弹自身动力将难以侧向拦截或追击在其他轨道上的卫星。

    反卫星导弹可以从地面发射,也可以从空中发射。地面发射时,需要确保卫星的地面轨迹通过反卫星导弹的发射场。固定的地面反卫星导弹发射场几乎没有实战价值,但机动的反卫星导弹发射架还是可以有效地阻止敌国卫星通过我方敏感地区的上空。地面发射的优点是发射条件容易控制,技术保障容易实现,导弹也可以比较大,理论上“射高”可以更高。

    空中发射的机动性比地面发射要大得多,容易找到和卫星地面轨迹重合的发射点。空中发射的目的不是为导弹提供较高的初始速度,反卫星导弹需要的初始速度比战斗机在高空爬升时能提供的要大得多,这点初始速度差不多可以忽略不计。但空中发射的缺点也是显而易见的。战斗机必须在时机、发射姿态、高度、爬升速度等发射诸元上精确控制,否则光靠反卫星导弹是追不上卫星的。这对飞行员、飞机和地面控制的要求非常高。另外,空中发射也限制了导弹的尺寸和重量,像F-15上发射的ASAT就只能攻击近地轨道上的卫星,对于更高轨道上的卫星就无能为力了。美国曾经打算部署100架具有反卫星能力的F-15,但整个计划的开支由最初的5亿暴涨到53亿,尽管在85年成功地击中了一颗在500千米轨道的保费卫星,试验也暴露了不少问题,整个计划后来被取消了。空射反卫星导弹的尺寸如果更大,也可以用大型运输机,就像美国曾经计划中的用C-5“银河式”运输机发射MX洲际导弹一样。这样还是受空中释放导弹时难以达到必须的定位、定向、定时精度的困扰。常年腾出一批本来就很稀贵的大型运输机是一个不小的负担,大型运输机的出动准备时间也比较长,抵消了一些空射的优点。前苏联曾经研究过用米格-31作为空射反卫星导弹的发射平台,但是好像没有最后试射。

    中国的反卫星导弹据说是从中程弹道导弹发展而来的。已知的中国最新中程弹道导弹都是采用机动发射,所以反卫星导弹的机动发射能力应该不成问题。但具有实战价值的反卫星导弹依然有相当的技术困难。反卫星导弹在近地空间具有机动能力,卫星也具有机动能力。如果反卫星导弹的机动能力不能大大高于卫星的机动能力,其反卫星拦截的效果就不可靠。但即使不能打下目标卫星,如果能迫使目标卫星在逃避和恢复原位的机动过程中大量消耗燃料,对提前结束目标卫星的使用寿命也是有好处的。应该说明的是,卫星的机动能力是有限的,基本上就是所谓的puffer jets,工作很短时间,一旦动起来了,就关闭发动机,直到到达新位置,再点火用发动机“刹车”,然后再次熄火,以节约燃料。几吨重的卫星就是很重的了,除了星载设备,剩给燃料的重量没有很多,和大型陆基导弹所能携载的燃料量根本不能比,所以只要设计得当,卫星的机动能力从本质上不如陆基反卫星导弹。反卫星拦截的另一个困难是,目标卫星可以通过改变轨道,不直接从地面目标上空飞过,而是从较大的斜距上通过。这样,作为侦察卫星,侦察精度要下降;作为GPS卫星,地面的定时、定位都要发生混乱;作为接力式的通信卫星(在相继飞过的卫星之间接力,以容许小功率、小天线的卫星通信),通信的效率就要下降。总之,这将和空军与防空之间的对抗相似:防空不是万能的,但没有防空是万万不能的。

    在燃料不足的情况下,反卫星导弹进入近地空间后,只能是大体无动力的共轨飞行,只是在完成最后拦截的时候作一段机动飞行。用前面急流行舟的比方,就是在大体漂流的基础上,做最后的冲刺。但在反卫星导弹能够携载足够的燃料的情况下,就可以在相当大的一部分飞行轨迹中都作机动飞行。也就是说,不再漂流,而是像鱼雷一样地可以穿浪而行,可以从各个方向攻击。这样,反卫星导弹可以不再局限于尾追方式的共轨攻击,而是可以迎头拦截或侧面拦截,大大增加相对速度,减少目标卫星的逃逸机会。另一方面,反卫星导弹也将有能力攻击机动性能力较差但轨道较高或者斜距较远的卫星,极大地增强战术使用上的灵活性。据美国《航空周刊和空间技术》报导,中国的这次反卫星试验是迎头拦截,说明中国的反卫星导弹具有相当强劲的动力和很大的燃料量。这是美国用F-15发射的ASAT所不具备的。另一方面,迎头拦截对制导精度的要求要比共轨追击高得多。简言之,中国的这次反卫星导弹试验的技术水平是相当高的。这和“神舟”系列飞船是一致的:在表面上,中国正在重复美苏20年前已经完成的事;但在实际上,这已经是螺旋形上升的一个更高层次。

    中国成功地试验了反卫星导弹,不仅证明了中国的又一个新的军事能力,也给了美国一个极大的难题。一次反卫星试验的成功不能说明中国的反卫星能力已经达到实战化的水平。要达到可靠的实战能力,应该还需要时日。在此期间,美国也可能发展相应的主动和被动防护能力,提高美国军用卫星在近地轨道上的生存力,这些都不是最大的问题。最大的问题是外层空间武器化的问题。外层空间早已军事化了,具有彻头彻尾军事用途的侦察卫星早已投入使用,未来也不可能将外层空间非军事化到禁止侦察卫星的程度。但外层空间武器化是另一个问题。美国单方面退出反导条约,就是为了在法理上甩开羁绊,放手研发用于外层空间武器化的技术,其中包括空间反导/反卫星武器、部分轨道轰炸机等。美国自信美国的技术已经到了临界阶段,工程开发已经不再是科学幻想,而占领新的制高点在军事上的意义实在太大了。这好比工业革命后不久的情况,英国的舰队可以在世界的大洋上自由巡弋,在世界各地的海岸上自由登陆,这才有了日不落帝国,一直到海岸炮台的出现。反卫星能力就是空间的海岸炮台,这是进一步的空间作战能力的先声。美国绝对不愿意看到别的国家有这样的能力,哪怕只是非常初级的能力。那将极大地限制美国在空间的行动自由。但在道义上,美国没有办法在自己谋求空间作战能力的同时,理直气壮地要求别的国家停止发展这样的能力。美国不想卷入新的空间军备竞赛,美国的世界第一大但已经捉襟见肘的军费不容许这样做,但美国难以坐视空间绝对优势受到挑战,这才是美国最大的难题。

    反卫星导弹和大气层外的反弹道导弹有相似之处,两者都采用动能毁伤战斗部;激光反卫星武器比反卫星导弹更为先进,但这些都是另外的话题了。

    • 家园 【文摘】中国动能武器发展的路线图?

      外链出处

      大气层内飞行的KKV关键技术分析综述

      系统工程与电子技术SYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS

      1999年 第21卷 第10期 Vol.21 No.10 1999

      万自明 陈定昌 殷兴良

        摘 要 介绍了国外Kinetic Kill Vehicle(KKV——动能杀伤拦截器)的最新发展情况,论述了导引头安装方式与KKV独立飞行空域的密切关系;随后介绍了大气层内的KKV关键技术问题,并重点分析讨论了光学窗口与气动光学、喷流干扰效应、复合力控制等技术研究内容。

        主题词 大气层  导弹  武器系统  +动能杀伤拦截器(KKV)

      结论:

      5 结束语

        美国发展了三代KKV,一直坚持着KKV轻小型化方向,而导引头捷联安装十分有利于KKV的轻小型化。美国大气层外的KKV技术已达到工程实用水平,而大气层内的KKV技术有另外的技术难点,美国也已基本解决。另外,美国正向KKV通用化方面稳步迈进。借鉴国外KKV的发展经验,国内也应先研制大气层高层/大气层外拦截的KKV,导引头捷联安装,再依据具体的型号作战要求,研制有导引头随动平台的可大气层内飞行的KKV,分步实施,逐步积累KKV的相关关键技术成果,使KKV不断地轻小,并逐步达到通用化要求。具体讲来,应先解决大气层外KKV的关键技术问题,进行大气层外反导反卫星的演示验证:再研究并解决大气层内KKV的关键技术问题,进行KKV独立回路、闭合回路虚拟飞行风洞试验,并开展大气层内KKV直接碰撞杀伤TBM弹头的演示验证。另外,大气层内KKV的飞行高度先保证可高空飞行,再逐步扩展到稠密大气层内乃至低空。

      关键词(Tags): #KKV#路线图
    • 家园 读新闻后的笔记

      从网上搜到一些东西 算是帮晨兄补充一些背景材料。

      首先看这样一张图片,来自:U.S. Tries to Interpret China’s Silence Over Test ,Jan. 22, 2007, The New York Times

      点看全图

      原图在这里

      外链出处

      从这样图中可以清晰看出不同卫星在不同高度的分布。从一些基础知识出发,我试着分析一些技术上细节。此图采用是英制,即1 mile =1.609km。那么换算的结果是,各国低轨卫星主要占据了距地表160km到884km之间。图中看的清楚,美国绝大多数卫星,尤其是通讯卫星占据了偏高一些的轨道。也就是880km左右!而中国此次试验所用的卫星恰好也处于这段轨道层。

      关于轨道的划分从几个方面来看:

      轨道形状的划分为圆形和椭圆形轨道;

      轨道高度上区分可以划分高轨道和低轨道。不过这样划分可能没有太明确定义。国内版科普读物有这样划分:低轨道(500km以下),中轨道(500~2000km),高轨道(2000km以上)。

      那么若按运行的方向上划分又可分顺行和逆行轨道。顺行轨道的特点是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90度。逆行轨道的特征是轨道倾角大于90度。其实运行轨道角度划分上还有两个特例,赤道和极地轨道两种,如果轨道倾角为零,轨道平面与地球赤道平面重合。这种轨道叫赤道轨道。如果倾角为90度,这样轨道会经过两极,称为极地轨道。

      还有几个名词:同步轨道,对地静止轨道,太阳同步轨道。

      当轨道高度为35786公里时,卫星的运行周期和地球的自转周期相同,这种轨道叫地球同步轨道;如果地球同步轨道的倾角为零,则卫星正好悬在地球赤道上空,以与地球自转相同的角速度统地球飞行,从地面上看,好像是静止的,这种卫星轨道叫对地静止轨道,它是地球同步轨道的特例,有的地方叫对地同步静止轨道。对地静止轨道只有一条。另个轨道是轨道倾角大于90度时候。由于地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均匀,使卫星轨道平面在惯性空间中不断变动。具体地说,地球赤道部分有些鼓涨,对卫星产生了额外的吸引力,给轨道平面附加了1个力矩,使轨道平面慢慢进动,进动方向与轨道倾角有关。当轨道倾角大于90度时,力矩是逆时针方向,轨道平面由西向东进动。适当调整卫星的轨道高度、倾角和形状,可使卫星轨道平面的进动角速度每天东进0.9856度,恰好等于地球绕太阳公转的日平均角速度,这就是应用价值极大的圆形太阳同步轨道了!

      在静止轨道上均匀分布3颗通信卫星即可进行全球通信的科学设想早已变为现实。世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上。发射这类卫星,星上要携带远地点发动机,运载火箭把卫星送入大椭圆同步转移轨道后,地面再发出指令,让星上远地点发动机点火,将卫星移入静止轨道。而逆行轨道发射因为无法利用地球自转的部分速度,所以发射后要付出额外能量去克服地球自转。

      看看这个网址

      外链出处

      这是很不错的卫星轨迹跟踪网站。其中能看到中国风云卫星的运行,风云1和风云2运行可以明显看出这是风云一代属于运行在圆形太阳同步轨道的卫星,高度在850-874km之间。二代属于赤道对地静止轨道卫星。高度在35813-35855 km。那么照美国人那图显示,卫星摧毁在865km处,这也就推算出是风云一代卫星。其实我看了几颗美军用卫星,这些星星们跑的真的好快啊,几乎每一颗都是跑在倾角90度左右的轨道上。这些宝贝才是美国人担心的。至于更多民用的广播通讯卫星,他们集中赤道轨道周围呢。

      元宝推荐:晨枫,
    • 家园 此次反卫的几项关键相关技术在若干年以前就已经获得了突破.

      实际上如果说在3~4年前就试验成功的话,我一点也不会惊讶.

      在高层对中国军工的长期规划一直在按部就班的实施,即使在军工最不景气的80,90年代,对关键技术的预先研究工作也没有停止过, 我最早听到反卫方面的规划要上溯到十几年前.军工发展的转折点是99年的炸馆事件,此后政府加大投入再加上兜里正好有点钱了,经过6到7年的努力在近期内出现爆发式的全面突破是很正常的事情.

    • 家园 高产的晨老师,俺们的花也嗖嗖的往外飞
    • 家园 对于制导技术不过关的国家来说,常规的爆炸破片型战斗部

      也未尝不是一个很好的选择,毕竟诸如轨道对接这类技术只有极少数几个大国才有。

      对于二流国家,倘若把几百公斤的战斗部也搞个预制破片,抑或装满钢珠,只要能引导到几公里的地方(这个精度应该很容易实现了)破坏卫星正常工作概率还是蛮大的。

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