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太空态势感知:对抗轨道威胁的秘密武器

 星星啊月亮呀 2022-05-08 发布于北京

图-Lt. Nicole Breen,海军情报官和军士长。空军网络系统操作员 Kenneth Bangay 在科罗拉多州施里弗空军基地的国家太空防御中心工作。图片来源:凯瑟琳·达蒙拍摄的美国太空部队照片

当他国在 2007 年的武力展示中向自己的一颗气象卫星发射导弹时,专家称这次演示是新的反卫星军备竞赛的开始。快进到 2022 年,发现一艘他国太空拖船将一颗失效的导航卫星拖入地球同步带上方的墓地轨道。

美国空军太空司令部前太空控制官、现任 KBR 军事太空业务副总裁的布赖恩·杨说:“这种太空事件会让人们后颈毛骨悚然。”

KBR 是一家年销售额 60 亿美元的国防部和 NASA 承包商,于 2020 年斥资8 亿美元收购了专注于空间传感器和卫星跟踪的公司 Centauri。此次收购使 KBR 进入了“太空领域感知”业务,这是一个军事术语,用于跟踪太空中的物体并预测潜在威胁的能力。

今年 1 月,KBR 从空军研究实验室 (AFRL) 赢得了一份价值 3950 万美元的合同,用于分析自然和人为威胁对航天器、有效载荷和太空服务的影响。

Young 位于夏威夷的基黑,靠近 AFRL 毛伊岛光学和超级计算站点(也称为 AMOS)。KBR 与 AFRL 签订了几份合同来运营和维护传感器站点,并管理有关空间领域态势的研究项目。

-毛伊岛上的哈雷阿卡拉高海拔观测站归夏威夷大学所有。租户包括空军研究实验室的毛伊岛光学站 (AMOS)。图片来源:KBR

另一个主要客户是美国太空司令部的国家太空防御中心 (NSDC),该中心位于科罗拉多斯普林斯,由 300 名军事和情报官员以及私人承包商组成,负责监测太空对美国和盟国卫星的危害。

杨虽然多年担任美国空军太空操作员和军事承包商,但他说他以前从未见过他国“抓起一颗卫星并将其扔进墓地”——就像 1 月份时实践 21 号宇宙飞船与一颗报废的北斗二号导航卫星,并将其拖出地球静止轨道。

然而,近距离接近和近距离操作并不是什么新鲜事。“这种事情一直在发生,”他说。“而且我们一直在监控这些情况。”

杨指出,实践 21 演习的另一个不寻常之处在于它被公开了。这些事件是由一家名为 ExoAnalytic Solutions 的商业公司检测到的,该公司自 10 月发射以来一直在监测他国航天器。在私营部门拥有这些传感能力意味着可以揭示更多信息,而在 NSDC 从政府和商业来源收集和分析的数据通常是分类的。

作为 NSDC 联合商业行动小组的一部分,KBR 跟踪空间物体和活动。与 ExoAnalytic Solutions 或 LeoLabs 等纯商业空间领域意识公司相比,在该单元工作的公司受到更严格的报告结构的约束。

“现在我们可以谈论这些东西,因为那里的商业基础设施变得如此之好,”杨说。

威胁警告

空间态势通常与避免碰撞有关。美国太空司令部单位和加利福尼亚州范登堡太空部队基地的私人承包商跟踪卫星和碎片,以帮助防止在轨坠毁,这种能力被称为联合评估。当他们的航天器有与另一个物体相撞的风险时,他们会警告全球的卫星运营商。

NSDC 开展的空间领域态势工作完全集中在军事威胁上。“我们称之为迹象和警告,”杨说。该术语在情报界用于检测可能对美国利益构成威胁的事态发展的活动。

他说,尽管有大量的空间领域数据,但没有多少人知道如何处理这些数据或如何将其转化为有用的信息。

Young 说,KBR 磨练了其在适应症和警告方面的专业知识,以应对不断增长的美国军事需求。太空司令部有复杂的需求,例如,需要情报和技术来区分轨道碎片撞击等自然发生的事件与机动等故意行为。

他说,可以通过数据分析和算法来区分这两者,但这并不容易。“空间很大,到处都是东西。”

“有时你必须在正确的时间使用传感器在正确的位置,”Young 说。“这就是为什么汇总所有数据并能够吸收所有数据确实有助于跟上威胁的步伐。”

美国无法阻止他国移动自己的卫星。“但我当然想做的是知道他们何时四处走动,并且能够预测一下我是否需要保护自己或保护自己,”杨说。“所以这才是真正的症结所在。”

几十年来,空间领域态势主要是关于跟踪轨道碎片、更新军事空间目录和“确保物体不会相互撞击,”他说。“这对当今世界来说还不够好。”

'不。1 需要'

美国太空司令部司令詹姆斯·迪金森将军最近称太空领域感知是该司令部的“第一要务”。1 需要。”

他在 3 月 8 日的参议院军事委员会听证会上说:“我们需要加强对拥挤和复杂的太空作战环境的理解,包括正在发生的事情和时间,以及参与此类行动的人背后的意图。”

迪金森说,他国在太空的活动令人担忧,因为它的许多技术追求都是为了对抗美国。太空是他国军事理论和战略的核心。

迪金森说,他国军队的目标是通过削弱侦察、通信、导航和预警卫星来“聋哑”敌人。“实践-17 和 实践-21 是具有机械臂技术的卫星,可用于未来的系统,用于抓取和禁用其他卫星。”

他指出,他国的航天飞机“可以携带设计用于在轨道上禁用或捕获卫星的有效载荷”。

与此同时,俄罗斯“在太空中的不安全和不负责任的行为”强化了对足够空间领域感知能力的需求,迪金森引用了去年 11 月的反卫星导弹袭击,该袭击摧毁了一艘已报废的俄罗斯航天器,在近地轨道上散布了近 1500 块可追踪碎片。

处理碎片拥堵和反卫星威胁需要“对空间物体和能力的深入了解,无论其来源如何,”迪金森说。

-称为 STARSIM 的空军研究实验室建模和仿真工具可模拟执行空间域感知任务的网络或地面望远镜。图片来源:AFRL

驻洛杉矶的 KBR 运营部门主管 Shelly Bruemmer 说,人工智能和机器学习使识别太空威胁所做的许多工作得以实现。但在太空中的复杂行动,如他国对拖船所做的那样,给军方带来了新的挑战。

“困难的部分是确定意图,”她说。如果实践21号是在清理太空碎片,“这是他们试图展示的意图,还是他们试图展示的另一种能力?有时你不一定知道。”

KBR 为 NSDC 所做的部分工作是开发软件应用程序,以帮助可视化空间数据并使其更易于访问。

美国空军,现在是太空部队,在过去的五年中建立了一个地面光学和雷达空间传感器系统,称为空间监视网络。最近增加的是一个耗资 3.41 亿美元的雷达站,由诺斯罗普·格鲁曼公司在 2025 年之前开发,这是预计将在全球部署的三个新的深空雷达中的第一个。

军方还依靠地球同步空间态势感知计划(GSSAP)卫星来监测地球同步轨道带。同样由诺斯罗普·格鲁曼公司建造的 GSSAP 星座的第五颗和第六颗卫星于 1 月发射。这些卫星一直是国家机密,直到 2014 年美国空军太空司令部透露它们的存在。

在过去的几年里,美国空军研究实验室和太空部队一直在寻求利用商业公司的数据来加强太空监视。他们创建了所谓的统一数据库,这是一个基于云的平台,托管来自数十个商业、学术和政府组织的空间态势感知数据,并为用户提供数字店面。

布鲁默说,拥有如此多样化的原始数据来源对空间领域的认识很有帮助,“但你需要人们筛选这些数据并分析它,然后告诉你发生了什么。”

美国一直在努力做出回应

太空防御联合特遣部队指挥官托马斯·詹姆斯少将是美国太空司令部负责保护美国卫星的一个组成部分,他表示,多年来“我们一直看着他国和俄罗斯继续建设这些能力”以应对美国在太空。

“在我看来,每次发生像 2007 年他国试射这样的事件时,美国都在努力做出回应,并决定我们将采取什么措施来保护这些卫星,”詹姆斯 3 月 8 日在国家安全会议上说。空间协会网络广播。

詹姆斯说,在奥巴马政府期间,为了应对俄罗斯的太空活动,开始了更加协调一致的努力来应对反卫星威胁。2015 年,一艘俄罗斯航天器在地球同步带附近飞行,靠近法国和意大利的军事通信卫星,并在地球同步轨道上的两颗 Intelsat 卫星之间停放了五个月后,引发了警报。

在那次事件之后,国防部和情报界的领导人“聚在一起说,'我们必须有更好的方法来解决这个问题……我们需要把所有合适的参与者聚集在同一个地方,'”詹姆斯回忆道。

这导致在施里弗空军基地建立了联合机构间联合太空作战中心(JICSpOC)。该中心演变为现在的 NSDC。

他说,几个美国情报机构和所有美国军事部门都派驻在 NSDC 楼层。

詹姆斯说,鉴于威胁的复杂性,空间领域意识从未像现在这样重要。

“我们需要能够比对手更好、更快地看到、感知和理解。如果你不能做到这一点,那么你就无法获得优势。”

尽管有一些创新的方法——比如使用商业传感器来补充军队的太空监视网络——仍然存在“很多差距”,詹姆斯说。

俄罗斯的活动总是令人担忧,但在太空领域,“他国是我们的节奏威胁,”他说。

他将他国的石剑21维修车描述为两用系统。他说,捕获一颗失效的卫星并将其从有用的轨道上移走是一种合法的碎片清除行为。“但有人担心它也可能是一种威胁。”

他补充说,确定碎片清理和卫星抓取之间的区别是一项重大挑战。“如何确定敌对意图是一个非常复杂的过程。”

这不仅仅是识别系统的技术能力,还要对对手可能试图完成的任务进行情报评估。

詹姆斯说,关于太空领域的准确情报是一个难题。挑战之一是每个传感器——望远镜、雷达站和监视卫星——捕捉外层空间的不同部分,因此并不总是可能“保持”对可能特别感兴趣的特定物体的“监管”。

这需要分析师将来自所有这些不同来源的数据拼凑起来,以便他们能够确定物体的位置和可能的去向。

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