2019年2月，據(jù)防務(wù)內(nèi)情網(wǎng)站報道，美導彈防御局“天基殺傷評估”（SKA）系統(tǒng)將于2019年3月進行最后一系列演示驗證試驗后很快投入使用。美國在2019年1月發(fā)布的新版《導彈防御評估》報告中指出，“美國防部正在投資和部署'天基殺傷評估'系統(tǒng)，'天基殺傷評估'旨在確認美國導彈防御系統(tǒng)是否成功攔截并摧毀了彈頭”。“天基殺傷評估”是美國導彈防御系統(tǒng)重要組成，但多年來美國防部、美國導彈防御局鮮少披露“天基殺傷評估”系統(tǒng)相關(guān)研發(fā)部署進展情況，為“天基殺傷評估”系統(tǒng)添加了幾分神秘色彩。

不太滿意的“眼睛”

相關(guān)研究表明，美國導彈防御局“地基中段系統(tǒng)”（GMD）中海基X波段雷達（SBX）和殺傷器（EKV）上紅外傳感器當前僅可識別與真實彈頭尺寸、重量有較大差別的氣球等簡單誘餌，對于類似彈頭形狀的重型誘餌幾乎不具備識別能力，且這些傳感器不具備攔截后殺傷評估能力，無法確定是否摧毀了來襲目標。此外，在導彈防御局“地基中段防御系統(tǒng)”進行的幾次攔截試驗中，如2001年IFT-06、2006年FTG-02、2010年FTG-06等幾次飛行試驗中，出現(xiàn)了一些與殺傷評估相關(guān)的問題。因此，美國迫切需要研制一種殺傷評估系統(tǒng)，提高導彈防御系統(tǒng)攔截效率，降低攔截成本。

在2014財年《國防授權(quán)法案》中，美國國會要求美國導彈防御局應(yīng)“為地基中段防御系統(tǒng)提供改進的殺傷評估系統(tǒng)，導彈防御局應(yīng)盡快開發(fā)并控制采辦風險，最晚在2019年12月31日前使系統(tǒng)具備初始運行能力”。2014年4月，導彈防御局啟動了“天基殺傷評估”項目，項目資金來源于2013年取消的“精確跟蹤空間系統(tǒng)”（PTSS），項目資金為651.5萬美元；在2015財年-2017財年《國防授權(quán)法案》中，美國國會通過“彈道導彈防御系統(tǒng)空間項目”（編號0603895C）為“天基殺傷評估”項目分別批復2329萬美元、2069萬美元、2069萬美元；2018財年《國防授權(quán)法案》中，美國國會將“彈道導彈防御系統(tǒng)空間項目”編號改為1206895C（增加了新的研究項目），為“天基殺傷評估”項目撥款3099萬美元，2019財年為項目撥款1648萬美元，截止到目前，總研發(fā)經(jīng)費達到了近1.2億美元。按照2019財年預(yù)算申請文件中的說法，“天基殺傷評估”系統(tǒng)計劃2019財年實現(xiàn)在軌運行。

寓軍于民，“銥星”暗藏神秘設(shè)備

“天基殺傷評估”系統(tǒng)由22顆“天基殺傷評估”傳感器載荷組成，傳感器載荷寄宿在商業(yè)衛(wèi)星上。單個傳感器載荷重約10千克（22磅），由1個高速光譜傳感器、1個高速偏振成像傳感器和1個高速偏振非成像傳感器組成。光譜傳感器用于對攔截中的輻射、熱和光譜等信息進行成像，偏振傳感器用于確定攔截時產(chǎn)生物質(zhì)（碎片、顆粒、等離子體、氣體等）的粒度分布，確定彈頭的類型。

“天基殺傷評估”系統(tǒng)主要用于解決以下幾個方面的問題：

確定是否攔截目標；

確定攔截目標的類型（常規(guī)彈頭、核彈頭、生化彈頭還是誘餌）；

確定是否是正面撞擊；

確定目標是否被摧毀。

迄今為止，美國國防部和導彈防御局未公布“天基殺傷評估”具體寄宿在哪種衛(wèi)星上，結(jié)合美國2017財年導彈防御局預(yù)算申請文件以及第二代“銥星”發(fā)射計劃，推測“天基殺傷評估”載荷部署在第二代“銥星”通信衛(wèi)星星座中的22顆衛(wèi)星上，于2017年1月開始隨第二代“銥星”衛(wèi)星發(fā)射入軌。

第二代“銥星”衛(wèi)星由66顆衛(wèi)星組成，位于780千米高度86.4°傾角的近地軌道，在6個軌道平面上，每個軌道有11顆衛(wèi)星。第二代“銥星”系統(tǒng)為寄宿載荷專門分配了空間，可寄宿重50千克，體積30×40×70厘米、平均功率50瓦、峰值功率200瓦內(nèi)的載荷。每顆衛(wèi)星可被寄宿多個載荷，載荷可向下或向衛(wèi)星運行速度矢量方向安裝。

2019年1月，隨著“銥星”星座最后一批衛(wèi)星由SpaceX公司“獵鷹9”火箭成功發(fā)射入軌，“銥星”星座正式組網(wǎng)運行。2019年2月，據(jù)防務(wù)內(nèi)情網(wǎng)站報道，“天基殺傷評估”系統(tǒng)將于2019年3月完成最后一系列試驗后正式投入使用。

“天基殺傷評估”系統(tǒng)由約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室研發(fā)，該實驗室最初還負責“天基殺傷評估”系統(tǒng)初期的運行和維護工作。

“天基殺傷評估”系統(tǒng)如何工作？

“天基殺傷評估”系統(tǒng)使用被動輻射制冷的單像素光電二級管傳感器，本身幾乎不具備導彈跟蹤能力，需要依賴導彈防御指揮控制系統(tǒng)獲取關(guān)于攔截位置的信息，提前定位傳感器，觀察導彈攔截時產(chǎn)生的撞擊“云”擴散的速率、強度以及光譜隨時間的變化，將結(jié)果與之前試驗測試結(jié)果進行比對，進行殺傷效果評估，隨后將殺傷評估信息傳送到地面指揮控制系統(tǒng)，確定是否需要發(fā)射攔截彈進行二次攔截。

導彈攔截是一個復雜的物理過程，攔截彈和彈道導彈相對速度大多在1千米/秒~10千米/秒，有時甚至達10千米/秒以上，撞擊產(chǎn)生的動能在100兆焦~2吉焦，慢速撞擊時主要產(chǎn)生碎片，高速撞擊時會產(chǎn)生較多汽化材料。導彈攔截過程中具體可觀察物質(zhì)包括碎片、顆粒、等離子體、氣體等，通常撞擊產(chǎn)生的光強度在1毫秒或更短時間內(nèi)達到峰值，在10毫秒~50毫秒內(nèi)達到第二峰值。

“天基殺傷評估”系統(tǒng)的研發(fā)重點包括基于物理的攔截事件模型、可以以時間為橫坐標記錄攔截信息的高速傳感器、用于傳輸殺傷信息的基于導彈防御系統(tǒng)架構(gòu)的傳感器、新型殺傷評估傳感器技術(shù)、殺傷評估算法等。約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室首先對基于物理的目標攔截特征進行建模，通過基于桑迪亞國家實驗室開發(fā)的耦合熱力學和流體力學（CTH）激波物理代碼和自己研發(fā)的材料碎裂特征模型，研發(fā)了一種“再入飛行器攔截特征殺傷評估”（RISK）模型。

約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室研發(fā)了高速光譜傳感器（HSS）、高速偏振成像傳感器和高速偏振非成像傳感器。高速光譜傳感器由一個工作在1.5~1.7微米的短波紅外（SWIR）成像器和一個3.3~4.9微米的中波紅外（MWIR）成像器組成，光柵平均像素間距約為0.77納米，瞬時視場僅40微弧度，分辨率約為3~4納米，對于彈道導彈的跟蹤范圍大于1000千米，仰角小于3°。偏振傳感器由工作在近紅外光、短波紅外和中波紅外的3個偏光計組成，偏光計利用太陽光作為輻射源，通過測量偏振度來判斷碎片的位置信息。

為了收集攔截頻譜，對攔截目標載荷進行識別和分類，建立攔截殺傷評估信息數(shù)據(jù)庫，約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室使用哈雷阿卡拉天文臺上口徑達1.6米的望遠鏡對攔截過程進行跟蹤觀測。哈雷阿卡拉天文臺位于美國夏威夷群島所屬毛伊島哈雷阿卡拉山頂，海拔達3000米以上，不受云層遮擋。在導彈防御局進行了幾次攔截試驗期間，約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室搜集了“愛國者”、“薩德”、“宙斯盾”、“地基中段防御系統(tǒng)”幾次攔截試驗數(shù)據(jù)。

進一步提升美國反導能力

綜上所述，得出以下幾個結(jié)論。

1.“天基殺傷評估”系統(tǒng)有助于美降低導彈防御成本，提高導彈防御效率

“天基殺傷評估”系統(tǒng)項目保密性較強，美國國防部、導彈防御局較少披露項目研發(fā)進度，美國一眾媒體也鮮少報道相關(guān)信息。對于“天基殺傷評估”系統(tǒng)寄宿衛(wèi)星平臺、以及系統(tǒng)能力相關(guān)信息更是從未主動公布，一定程度上凸顯了“天基殺傷評估”系統(tǒng)的重要性。“天基殺傷評估”系統(tǒng)雖不具備攔截前識別真假彈頭的能力，但“天基殺傷評估”系統(tǒng)可用于確定導彈防御系統(tǒng)是否攔截了真正的彈頭，幫助美軍作戰(zhàn)指揮官判斷是否進行二次攔截或?qū)嵤?zhàn)略反擊，對于降低導彈防御成本，提高導彈防御效率具有重要意義。

2.軍民融合發(fā)展，借助于商業(yè)航天技術(shù)可有效降低軍工項目研發(fā)風險和成本，加快研發(fā)進度。

美國導彈防御局借助于商業(yè)航天技術(shù)，通過寄宿商業(yè)衛(wèi)星、借助于商業(yè)發(fā)射的方式，一方面提高了項目采辦效率，加快了研發(fā)進度；另一方面分擔了研發(fā)風險，降低了整個項目的研發(fā)成本。整個“天基殺傷評估”系統(tǒng)僅花費4年多的時間就實現(xiàn)了在軌運行，整個系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)費也僅為1.2億美元。據(jù)相關(guān)分析，美國導彈防御局正在進行架構(gòu)設(shè)計的“空間傳感器層”項目，旨在對高超聲速武器進行“從生到死”的跟蹤，也將采用寄宿商業(yè)衛(wèi)星的方式進行部署，預(yù)計2019年開始進行原型設(shè)計，20年代中后期即實現(xiàn)在軌運行。

3.美國將大力推動天基導彈防御傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和相關(guān)技術(shù)研發(fā)

近年來，隨著復雜彈道導彈和臨近空間威脅的發(fā)展，美國高度重視天基導彈防御傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在2018財年《國防授權(quán)法案》中專門增加1350萬美元用于彈道導彈防御系統(tǒng)傳感器替代方案天基傳感器架構(gòu)研究。在2019財年《國防授權(quán)法案》中又增加7300萬美元用于研究天基傳感器架構(gòu)。2019年1月發(fā)布的《導彈防御評估》報告中將重視天基導彈防御層級列為導彈防御戰(zhàn)略要素之一，多次強調(diào)了發(fā)展空間傳感器的重要性和緊迫性。

結(jié)語

“天基殺傷評估”系統(tǒng)是美國天基導彈防御傳感器未來發(fā)展愿景中的重要組成，將與下一代“過頂持續(xù)紅外”（OPIR）、“空間傳感器層”（SSL）、“精確火力控制跟蹤”（PFCT）系統(tǒng)組成美國未來天基傳感器網(wǎng)絡(luò)。當前有分析指出，“天基殺傷評估”系統(tǒng)可以區(qū)分攔截的是真彈頭還是輕型誘餌，對于重型誘餌和側(cè)面撞擊的情況，由于缺乏相應(yīng)試驗，殺傷評估能力尚有待驗證?！疤旎鶜u估”系統(tǒng)至今已進行超過1000次試驗，隨著美國導彈防御局后續(xù)攔截試驗次數(shù)的增多，“天基殺傷評估”評估系統(tǒng)將逐漸融入美國導彈防御系統(tǒng)，降低導彈攔截成本，提高攔截效率。

在這些系統(tǒng)中，下一代“過頂持續(xù)紅外”系統(tǒng)部署在地球同步軌道（GEO）和高軌道（HEO），主要負責彈道導彈助推段預(yù)警；“空間傳感器層”部署在低軌道（LEO），主要負責對高超聲速武器進行“從生到死”的跟蹤；“天基殺傷評估”系統(tǒng)部署在低軌道（LEO），主要進行攔截殺傷效果評估；“精確火力控制跟蹤”（PFCT）系統(tǒng)具體信息基本沒有，只能根據(jù)圖來推測部署在低軌道（LEO），軌道高度高于“空間傳感器層”，預(yù)計在1500~2000千米，主要用于彈道導彈中段跟蹤。

（作者系北京航天情報與信息研究所研究人員）