科技行者如何进行太空战?又该如何避免太空战?

如何进行太空战?又该如何避免太空战?

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2019年7月25日 10:26:11 MIT Technology Review
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卫星在现代生活当中扮演着重要角色,对卫星的攻击亦被视为一种战争行为。但可怕的是,此类攻击也许已经出现。

来源:MIT Technology Review 2019年7月25日 10:26:11

关键字:太空 卫星

去年3月,印度成为继俄罗斯、美国与中国之后,世界上第四个能够成功击毁轨道卫星的国家。印度的Mission Shakti是一种装载于直升机之上的反卫星武器(ASAT)——更直白地讲,这是一种能够从地面附近发射的导弹。一般来说,这类反卫星武器包含有“杀伤部”,即一块拥有自导航能力的金属部件,安装在弹道导弹顶部。在导弹离开大气层后不久,该杀伤部即脱离导弹主体并在接近目标时进行小幅航向修正。无需任何爆炸物,在轨道运行速度之下,单凭动能其足以对卫星造成致命损害。

如何开展太空战?又该如何避免太空战?

早在卫星刚刚诞生之时,人们就萌生了将其击落的念头。美国第一次反卫星武器测试可以追溯至1958年,虽然未能成功,但当时距离Sputnik发射升空还不足一年。在冷战期间,美国与苏联都开发出先进的反卫星武器。美国拥有能够从战斗机上发射并可消灭短文卫星的核弹头导弹(于1985年测试成功)。中国则在2077年首次成功完成了反卫星武器的测试。

尽管摆出了战斗姿态,但还没有哪个国家敢于真正摧毁他国卫星——这是因为大多数拥有这种能力的国家,同时也具备核大国身份。但随着卫星与平民生活以及军事行动中的各个层面交织在一起,人们越来越有可能让攻击卫星视为一种值得尝试的冒险性手段——并最终引发世界上第一次全面的太空战争。

至少在某种意义上,超级大国几乎在进入人造卫星时代的同时已经开始发动太空战争,包括利用卫星侦察敌人的行动并协调我方部队。在冷战期间,美国和苏联都在利用太空优势监控可能发生的核攻击与核武器部署动向。在那个时候,太空行动已经成为核打击的必要前提。

如今,越来越多的民用基础设施开始依赖于GPS与卫星通信,因此对其发动攻击可能导致大规模混乱。此外,军方也更多依赖于卫星:武装无人机的数据与视频输入——包括美国军方用于覆盖阿富汗及伊拉克的死神无人机——都能够通过卫星发送至其他人类作战人员。情报与图像信息也由卫星进行收集,并传送至世界各地的作战中心处。安全世界基金会华盛顿办公室主任Victoria Samson表示,“当人们谈到太空中的战争时,往往认为接下来将要发生的一切都将带来灾难性的影响。没错,而且这一切正在变成现实。”

太空领域的对抗,开始呈现出与地面部队战斗类似的状态——换言之,针对卫星的攻击不再成为核灾难的必然序曲。因此,华盛顿特区智库CSIS太空安全项目负责人Todd Harrison表示,“目前太空中的威慑不再像冷战时期那样明确。”像朝鲜与伊朗这样的小国,也开始掌握了能够摧毁太空大国卫星系统的武器。

所谓太空对抗,并不是说一定得炸下几颗卫星来。其它一些相对温和的方法包括网络攻击,以及干扰卫星与地面站之间的数据流。就目前来看,一部分黑客恐怕已经拥有了这种攻击能力。

举例来说,2008年挪威地面站曾遭遇一场网络攻击,并导致NASA的Landsat卫星遭遇长达12分钟的干扰。同年晚些时候,黑客劫持了NASA的Terra地球观测卫星,并除了发送命令之外并未执行其它操作。目前尚不清楚黑客是没有能力执行其它操作,还是故意没有这样做。虽然当时一些评论人士认为是中国发动了攻击,但至今仍没有确凿的证据能够揪出幕后的黑手。专家警告称,黑客完全能够关闭卫星通信,导致其彻底瘫痪。此外,他们也可以下达命令烧尽全部推进剂,或者将成像传感器指向太阳以造成永久性的物理损坏。

另一种常见的攻击方式是阻塞或者欺骗卫星信号。这种方式比较简单粗暴,而且执行方式也远低于黑客入侵,毕竟所需要的一切装备都有现成的商用版本可供选择。

通常来说,这类安装在卡车后部的干扰器采用与GPS或者其他卫星通信系统相同的工作频率,能够有效阻挡其信号传播。安全世界基金会太空政策专家Brian Weeden指出,“他们一般会在这些用于干扰卫星信号的设备周边加上一点伪装以掩人耳目。”这种干扰会破坏从地面基站到卫星的命令信号,或者在信号到达最终用户之前向其注入大量噪音。

也有人强烈怀疑俄罗斯在挪威与芬兰组织北约作战演习期间,一直在干扰双方的GPS信号,甚至在其他冲突当中也曾使用类似的策略。Weeden指出,“俄罗斯绝对曾利用干扰器对整个乌克兰地区的太空系统实施攻击。”但由于主动干扰与无意干扰很难被区分开来,这就让归因工作变得相当困难(美国军方就经常意外阻塞自己的通信卫星)。美国国防情报局(DIA)最近发布的一份报告称,中国目前正在开发能够针对各种频率的干扰器,其中也包括军用通信频段。据信,朝鲜曾从俄罗斯手中购买干扰器,而且伊拉克与阿富汗的叛乱分子也曾使用过这种干扰器。

与此同时,攻击者也可以发出伪造信号,用以误导地面上的GPS或者其他卫星接收装置。这种作法的难度同样不高。2013年夏季,得克萨斯大学的一些学生使用一部公文包大小的设备欺骗GPS信号,并导致一艘价值800万美元的私人游艇在地中海航线上偏离数百米。他们的行为并未被发觉(他们后来主动承认了此次攻击)。俄罗斯方面似乎也将欺诈行为作为保护关键基础设施的一种重要方式。有分析人士认为,普京总统在四处走动时可能会借此隐藏自己的位置以避免遭遇无人机的暗杀。

除了消除对个人加以锁定的可能性之外,这种干扰与欺诈行为还能够在敌人心中种下怀疑的种子,让他们不知道在特定时刻是否还能继续信任自己的通信设备。更重要的是,这些干预能够随时停止,这也让归因变得极为困难。

但有时候,有些人也可能打算直接干掉空中的卫星——这时候,就轮到激光武器粉墨登场了。

目前还没有哪个国家能够通过在太空中投射激光的方式击落卫星。无论是采用电驱动还是使用化学品,都很难为这种激光器提供足够的功率支持。

然而,在理论上,高功率激光器确实可以通过地面站发射或者安装在飞机上,目前各主要太空大国也都在投入研究经费以研发此类武器。尽管机载激光已经完成了在大气层内对导弹进行的摧毁性测试,但还没有证据表明有任何国家在利用激光摧毁太空中的目标。DIA方面的报告显示,中国已经拥有地面激光,能够在明年年初摧毁近地轨道上的卫星光学传感器(到2020年中期,预计其将能够破坏卫星的物理结构)。一般来讲,激光武器的意图并不是将卫星从空中击落,而是破坏其图像传感器,使其无法拍摄敏感区域内的图像。这种损坏可能是暂时的,除非激光强大到足以产生永久性的破坏。

另外,激光也需要拥有极为精确的瞄准机制;而且为了提升攻击效果,其还需要复杂的自适应光学设计以抵消大气层产生的干扰——这一点类似于某些大型地面望远镜。然而,已经有部分未经证实的证据表明已经存在上此类实现能力。2006年,美国官员声称美国成像卫星在经过中国领土时,曾经被中国的激光瞄准。

Harrison解释称,“这种情况一直没有得到太多重视。这更多属于一种侵略行为的灰色地带。目前各国虽然正在推动普适的行为极限与挑战认定规范,但此类作法仍然不足以构成国家间冲突。”

2016年11月,航空航天公司AGI的商业航天中心发生了一些奇怪的迹象。在发射后不久,一颗据称用于测试高性能太阳能电池与新型推进剂的中国卫星开始接近其它一些中国通信卫星,停留在其附近的轨道之上,而后继续先进。其最极限的停留距离距另一颗卫星只有几英里远。2017年与2018年,这颗卫星又先后趋近其它卫星。去年12月发射的另一颗中国卫星则在到达地球同步轨道的某特定范围之内后,似乎又发射出第二颗飞行物体。

有怀疑的声音认为,中国正在演练一种所谓“共轨攻击”的新方法——其将某个物体送入目标卫星附近的轨道,通过操纵实现自动泊停,而后等待攻击命令。当然,这样的演习倒未必一定是基于恶意,毕竟卫星检查或修理等情况也需要这种泊停能力。然而,同轨泊停也可能被用于阻挡或者窥探短文卫星的数据,甚至对其发动物理攻击。

俄罗斯也一直高度关注地球同步轨道。其Olymp-K卫星一直在进行定期移动,有一次甚至插入两颗Intelsat商业卫星之间。另一次,它又跑到距离法国-意大利军用卫星旁边,以至于法国政府宣称这很可能是一次“间谍活动”。同样的,美国也已经测试了一系列能够在太空当中实现机动移动的小型卫星。

几十年以来,作为太空空间中的主导者,美国目前面临着最为严重的威胁。DIA报告指出,中国与俄罗斯都对军队进行了重组,以便在太空战当中发挥更为重要的作用。(特朗普总统提出的复兴太空力量的想法虽然在民间广受嘲讽,但仍可能在军事指导方针当中发挥重要作用。)美国军方担心美国正在甚至已经失去优势。Harrison指出,“俄罗斯与中国在开发反太空系统方面的进展,要快于我们卫星保护手段的发展速度,这使得我们越来越容易受到太空攻击的影响。”

作为回应,美国军方开始提高卫星被发现以及遭受攻击的门槛。例如,计划于2022年发射的新型实验性GPS卫星NTS-3将拥有可编程的可操纵天线,能够以更高功率广播以对抗干扰。其设计能够在失去与地面控制器的连接之后继续保持准确,同时可检测出阻塞信号到底来自哪里。

另一种解决方案则在提升单一卫星弹性水平之外,尝试建立星座通信体系,从而令每颗卫星不再独立工作。这正是Blackjack项目的基本思路,这一由DARPA提出的全新计划希望在近地轨道上建立低成本军事通信卫星网络。

美国战略司令部怀念John Hyten将军在今年4月的国家空间碎上指出,这些星座也可用于控制核武器。他表示,核指挥与控制不需要依赖于强化的通信链路,而将经由“近乎无限的通道,通过各个空间元素实现,包括强化军事空间、商业空间以及不同类型的链接等等……这使得对手也许永远无法摸清信息是如何传递的。”

1967年的《外层空间条约》明确禁止在太空或者像月球这样的“天体”上使用大规模毁灭性武器。条约同时禁止在天体上建设“军事基地、设施以及防御工事”,但并未约束地球轨道区域。虽然各主要航天大国很久之前就已经接受了这项条约,但随着各国鹰派言论与行动变得愈发普遍,条约中提出的和平利用太空环境的目标似乎正变得越来越遥不可及。

几十年以来,联合国一直努力敦促各国在禁止太空空间“武器化”方面达成共识。来自超过25个国家的代表于今年3月在日内瓦的一次非公开会议上讨论了一项新的条约。英国埃克塞特大学太空事务律师Hitoshi Nasu表示,“打破僵局的最大难题,在于各主要大国之间仍然持续保持互不信任的态度。”目前,他正在与同事合作撰写关于如何在太空空间内实施国际法的指南。

但正如冷藏时期的情况一样,阻止太空冲突的唯一方法就是首先明确表达意愿,而后建立抵御冲突的能力。Harrison总结道,“目前我们还没有为这样的冲突做好充分准备,而这种准备工作的缺失正是威慑力的根源,并最终给太空冲突埋下导火线。”