全知全能的太空态势感知系统.docx

全知全能的太空态势感知系统在美国白宫给出的文件美国太空优先事项框架中指出：“太空活动对我们的生活方式至关重要。它能够保障国家安全;促进经济就业;简化人民生活;刺激科技进步。国家太空能力能提供关键数据、产品和服务，推动各地的创新，获取和利用太空是一项至关重要的国家利益。”同时，我们正处于一个历史性的时刻：太空活动正在迅速加速，给社会的多个部门带来了新的机遇，全球太空治理、太空环境的可持续性发展以及安全可靠的太空活动对各国航天事业提出了新的挑战，蓬勃发展的太空活动成为了世界上各个强国在国内外实力的源泉。只有掌握了太空，民用、商业和国家安全领域才能占据优势，并利用这一力量领导国际社会来为子孙后代取得保护太空的好处。目录1 .太空态势感知系统的起源12 .太空态势感知能力介绍22.1.全球态势感知能力分布32.2.基于光学、频谱、雷达的太空态势感知技术42.2.1.频谱轨道计算技术：52.2.2.频谱指纹识别技术：52.3.关于SpaceHackerGroup53 .第六军种一一太空军之基础64 .全方位影响65 .结语71 .太空态势感知系统的起源对太空乃至地球上的目标进行探测、跟踪、识别和编号是太空态势感知系统的基本功能。整套系统分为天基与地基两部分，天基即是卫星和其他航天器组成的检测系统，而地基则由分布于各地区的光学雷达、天文观测台等设施所组成。美国于2001年启动太空态势感知倡议计划。之后，美军开始加速建设全球太空态势感知网络，并于2007年进行一体化空间态势感知计划，通过天基系统和地基系统既通过地面雷达和航天器监测空间环境，形成面向空间作战的太空态势感知能力。2013年，美国提出“弹性太空”的概念，着眼于增强自身太空资产的韧性，抗打击力。2015年，空天力量杂志刊登了美空军空间司令部首席科学家基尼迈克科尔与前首席科学家约翰达拉赫撰写的空间态势感知一文，清晰阐述了提升空间态势感知的重要性并提出了开展跨领域合作和国际合作以建设SSA能力的建议。2018年，美国国家太空安全战略发布，着重点落在产业经济、尖端技术和国家安全。该文件否认了人类开发外太空的一贯约定，要求美国利益优先。文件将美国太空利益归纳为两点：无阻碍进入太空的权利，无约束在太空自由航行的权利。这份文件本身己经“将'和平利用太空'视作一纸空文”，并强调了将太空军事化的必要性。2023年4月，美国明确拒绝接受关于各国在月球和其他天体上活动的协定限制，称太空非人类共有，设法在太空中发动“圈地运动。2023年6月和8月，美国相继颁布新版国防太空战略和太空力量两大重大战略和条令，并在国防太空战略中明确指出将太空由“支援域”转为“作战域”，尤为强调力量的整合以及与各方面的合作以塑造战略环境。美国至此已彻底摆脱原本过去以地基为主、天基为辅的思路，并开始大力部署天基太空态势感知系统。2 .太空态势感知能力介绍对空间目标进行探测、跟踪、识别和编目，称为空间态势感知(SpaceSituationa1Awareness),我这里称之为太空态势感知。目前，少数国家积极发展太空力量，太空中的物体数量呈现快速增长趋势，据ESA统计数据，截止2023年5月20日，太空中超过IoCm的碎片为34000个左右，ImmICm碎片大约为128亿。太空正变得非常拥挤和极具风险，根据数据显示，近几年太空相撞风险事故逐渐增多，未来太空相撞或许会成为常态事件。随着太空能力的不断发展，太空军事对抗成为未来的战争趋势，各个国家正努力发展自己的太空战能力。其中一项重要的能力为太空态势感知能力，卫星作为极具军事战略价值的目标，向来受到军方的特别关注，当前世界中部分国家都在建设针对卫星的攻击与防御能力。太空态势感知作为太空物体的“雷达”，具有目标识别和目标监测的重要核心能力，也是未来太空战的核心能力之一。2.1.全球态势感知能力分布美国拥有世界上最先进的太空监视网络(SSN),早在几十年前就建立起地基观测系统，由31部光学雷达和光学探测器分为16个太空中队。美国空间态势感知系统分为地基系统和天基系统，地基系统主要由雷达和光学系统组成，天基系统则主要由太空望远镜等光学遥感器和天基监视卫星组成。地基系统中含有著名的“太空篱笆(SpaceFence)”系统，由世界上最大的S波段雷达组成。美国“太空篱笆”项目己经发展到第二代，2023年3月7日，美国太空军官网宣布，部署在太平洋夸贾林环礁的第一部“太空篱笆”雷达正式启动，将美军太空态势感知能力提升到中低轨道厘米级，另一部雷达站将建设在澳大利亚的西澳大利亚州。天基系统包含天基中段实验卫星(MSX)、天基太空监视系统(SBSS)s地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、天基太空跟踪与监视系统(STSS)S太空实验卫星组成。据2023太空安全报告中数据指出，在2023年内，GSSAP卫星(2014-043B)在西经86°到东经170°范围内活动，多次机动侦察我国和俄罗斯军用及民用卫星。态势感知部分数据共享已经成为未来趋势，美国近几年签署了与多个国家的SSA数据共享协议。美国太空司令部于7月1日宣布，美国太空司令部与非营利实体自由太空基金会签署了第100份商业太空态势感知数据共享协议，以启动SSA服务和信息的双向流动。欧洲ESA于2009年启动实施空间态势感知(SSA)计划，有19个成员国提供资金参与，至2023年计划当前阶段的资金为9500万欧元。该计划侧重于三个主要的领域：空间天气(SWE)近地天体(NE0)、空间监视和跟踪(SST)0其中SST领域为监视太空中不活跃的卫星、废弃物和碎片。欧空局和多个国家的合作伙伴设施已经或正在开发重要的SSA基础设施，包括：空间天气协调中心，空间极，布鲁塞尔，比利时空间天气数据中心,ESARedu中心，比利时成立近地天体协调中心，ESA/ESRIN,意大利建立空间监视和跟踪数据中心，ESA/ESAC,西班牙马德里SSA中心，ESA/ESOC,德国达姆施塔特单基地测试雷达的开发和安装，西班牙桑托卡斯法国双基地测试雷达的开发和安装SSAF1yEye自动望远镜的初始设计，以实现全天近地天体扫描绰号为“F1yEye”的望远镜，类似于苍蝇复眼所利用的技术将图像分成16个较小的子图像用于扩大视野，在FIyEye中，一个Im等效孔径的镜子收集来自整个6.7ox6.7°视场，并馈送具有16个面的金字塔形分束器，然后由16个独立的相机成像成整个视野，将提供确定任何被探测物体轨道所需的分辨率。顺便说一句，虽然欧洲早在09年便启动该计划，但并没有在ESA相关网站看到任何实际性进展以及数据公开。俄罗斯的太空态势感知系统是除美国外最为强大的监视系统，早在苏联时期由原来的导弹预警系统发展而来。俄罗斯于近几年进行了改进，全名为：俄罗斯军事空间监视网络（SKKP）,SKKP对太空物体进行编目，跟踪并预测其轨道位置，其地面观测站比北美航空司令部还要多几倍。俄罗斯国家航天公司Roscosmos计划在南非、墨西哥和智利部署光电监测站，以提供近地空间危险情况的预警，包含三种不同用途的望远镜。南非OECOKM站为俄罗斯在全球四个专业站点的第二个，可以对120km到40000km高度实现物体的自主搜索和探测。名字为Mi1kyWay网络中还包括建设65个地面光学望远镜和地球观测卫星。中国当然也拥有和正在建设自己的太空监测网络#保密数据#除以上国家之外，法国军方使用GRAVES雷达来跟踪主要位于1EO的物体，而德国使用GSSAC下的GESTRA在多个位置进行跟踪。2.2.基于光学、频谱、雷达的太空态势感知技术光学观测技术通过大口径光学望远镜，结合追踪结构实现追踪在轨目标的目的。由于太空物体运行过程中会受到太阳光等光线的照射会反射部分光线，通过高灵敏度的地基光学望远镜可以发现物体的运行轨迹，并根据不同时间的反射轨迹进行打点，便可以绘制物体运行观察线。后通过图像背景中恒星的位置及多站联合计算，经过拉格朗口插值等插值算法进行轨道插值计算，再使用赤道坐标系计算出卫星的位置信息，从而计算出卫星的轨道信息，大口径高分辨率的光学望远镜可以对近地卫星和物体进行表征观测。由于天文观测技术已经非常成熟，光学观测具有较高的准确度，但由于受到光线的影响观察窗口有限，且受地球大气的视宁度影响较大，需要较好的观察地点、位置与天气条件支持。频谱观测技术为太空态势感知系统的能力之一，特殊条件下可以有效识别太空载荷。我在这里分为频谱轨道计算技术与频谱指纹识别技术两种。2.2.1.频谱轨道计算技术：频谱观测技术通过对卫星等目标的已知下行信号进行高精度测量，结合观测站精确地自身位置与频率、时钟标准源，并通过高灵敏度的无线电观测设备得到的信号频率信息，通过多普勒公式反向推算出被观测目标的位置。由于频谱观测的精确度无法达到高精度级别，且需要卫星频率数据与卫星轨道大数据支撑，可以作为未知载荷的辅佐识别技术，与光学观测和雷达观测结果相结合，补充太空态势感知能力。2.2.2.频谱指纹识别技术：卫星的设计由于种种原因，有效载荷存在功能差异大、协议封闭、定制化程度高等特点，这一定程度上给信号的侦收和破译带来技术上的难题。然而恰恰由于该特征，对卫星频谱的指纹识别技术可以有效发挥其作用。频谱指纹技术针对卫星建立频谱特征数据，其中包括频谱的频率、速率、功率、调制、编码协议、帧特征、信标ID等参数，建立卫星频谱大数据，可有效识别目标，形成太空态势感知部分能力。雷达观测技术往往采用激光测距雷达、脉冲雷达、红外雷达等雷达观测技术实现，激光雷达通过发射激光脉冲，通过激光返回时间来计算物体到雷达间的距离，并通过多站联合的方式计算误差，从而进一步分析物体的精确轨道，雷达技术已经非常成熟，但对于高轨道目标的测量能力有着较高的要求。2.3.关于SpaceHackerGroupSPaCeHaCkerGroUP又名太空安全小组，由国内卫星安全、太空安全、计算机安全等相关领域专家组成，为非营利技术组织。该小组的建设为了积累国内卫星安全、太空安全等领域的技术能力，在未来太空战中积累相应的数据和技术，我们拥有国内一流的卫星安全技术资源，并拥有一流的高性能光学望远镜资源，我们希望通过技术和资源的积累，为保护我们的国家安全贡献一份微薄力量。我们不对外招募成员，但无条件支持国内一流高校、科研机构以及其它单位的工作。由于针对卫星安全和太空安全研究时需要的资源较为昂贵，如有高校和科研机构需要部分资源的支持，可以与我们取得联系：spacehackergroup,我们希望能通过一起合作和进步，让国家在该领域的能力越来越强大。3 .第六军种太空军之基础太空态势感知系统生而为军事行动服务，美国于2019年建立的太空军正是检验太空态势感知系统是否完善的绝佳对象。太空军依靠太空态势感知系统进行任务活动，其中地基系统包含有著名的“太空篱笆”系统，该系统由世界上最大的S波段雷达组成。2023年3月7日，美国太空部队官网宣布，部署在太平洋夸贾林环礁的第一部“太空篱笆”雷达正式启动，将美军太空态势感知能力提升到中低轨道厘米级，另一部雷达站将建设在澳大利亚的西澳大利亚州。太空态势感知系统为太空军提供由天基与地基收集而来的大量信息。太空军的主要作战任务是对外太空的目标进行识别与打击，但同时也需要对其他兵种提供包括火力打击、信息等多方面支持，所以说太空态势感知系统一旦发展不平衡就会对太空军产生较大影响。至今，美国太空军已经有监视全球的太空监视网络，而且在数量和精度方面处于领先，这体现了美军在太空态势感知系统的天基、地基上的优势地位。此外，太空态势感知数据共享己经成为美国及其盟友进行军事合作的新方式，美国近年来与法、英、力口、新、澳等国签署了太空态势感知系统数据共享协议。美