美军首次激光反卫星试验浅析

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1、美军首次激光反卫星试验浅析 秦 致 远1997 年 10 月 17 日 ， 美 国 陆 军 在 新 墨 西 哥 州 白 沙 导弹 靶 场 进 行 了 激 光 反 卫 星 试 验 ， 这 种 试 验 对 美 国 元 疑 具有 重 要 的 军 事 意 义 ， 而 对 国 际 社 会 及 人 类 和 平 利 用 外 层空 间 却 是 不 祥 之 兆 。 现 根 据 外 刊 报 道 ， 对 试 验 情 况 做 些分 析 。 试验用的目标和激光器 这 次 试 验 的 “ 靶 星 ” 是 “ 微 型 探 测 技 术 综 合 ” 卫 星 3 号 (MSTI 3)。 该 系 列 卫 星 原 是 美 国 弹 道

2、 导 弹 防 御局 (BMDO)根 据 “ 微 型 探 测 技 术 综 合 ” 计 划 研 制 的 ， 1994 年 10 月移 交 给 空 军 ， 共 发 射 3 颗 ， 主 要 用 作 试 验 、 鉴 定 与 导 弹 防御 有 关 的 微 型 传 感 器 和 其 他 探 测 技 术 的 试 验 平 台 。 首 颗星 MSTI 1 于 1992 年 11 月 发 射 ， 在 轨 道 只 正 常 工 作 5 个 月 ， 8 个月 后 脱 轨 陨 落 ； 第 二 颗 星 MSTI 2 于 1994 年 5 月 发 射 ， 4 个 月后 信 号 中 断 ， 与 地 面 控 制 人 员 失 去 联

3、系 ； 第 三 颗 星 MSTI 3 于 1996 年 5 月 17 日 发 射 ， 轨 道 高 度 420 千 米 ， 倾 角 97 周 期 93 分钟 ， 重 211 千 克 (其 中 有 效 载 荷 52 千 克 ， 推 进 剂 21 千 克 )， 星载 传 感 器 组 件 是 一 个 地 面 分 辩 率 为 9 米 的 三 波 段 望 远 成 像系 统 ， 包 括 256 256 元 锑 化 铟 短 波 长 (2.5 3.3 微 米 )和 中 波长 (3.5 4.5微 米 )红 外 相 机 以 及 498 768 元 可 见 光 (0.6 0.8 微米 )硅 电 荷 耦 合 器 中 (

4、CCD)相 机 ， 卫 星 设 计 寿 命 1 年 ， 这 次 试验 进 行 时 ， 该 卫 星 仍 在 轨 正 常 运 行 。 本 次 试 验 使 用 了 两 种 激 光 器 。 一 种 是 “ 中 红 外先 进 化 学 激 光 器 ” (MIRACL)， 即 氟 化 氘 化 学 激 光 器 ， 功 率 220 万 瓦 ， 波 长 3.6 4.8 微 米 。 另 一 种 是 “ 低 功 率 化 学 激 光器 ” (LPCL)， 其 波 长 与 “ 中 红 外 先 进 化 学 激 光 器 ” 的 相 同， 对 其 功 率 值 有 两 种 说 法 ： 一 种 说 法 是 MIRACL 的 万 分

5、 之 一 (即 200 瓦 左 右 )， 另 一 种 说 法 是 30 瓦 。 试验的基本情况 美 国 陆 军 有 一 项 “ 应 急 能 力 演 习 ” (CCE)计 划 ， 这次 反 卫 星 试 验 属 于 该 计 划 第 一 阶 段 的 内 容 。 1997 年 7 月 ，陆 军 正 式 向 国 防 部 申 请 进 行 激 光 反 卫 星 试 验 。 同 年 10 月 2 日 ， 国 防 部 长 科 恩 批 准 了 陆 军 的 申 请 。 这 次 激 反 卫 星 试 验 由 美 国 陆 军 空 间 与 导 弹 防 御司 令 部 (SMDC)负 责 。 试 验 前 ， 美 军 声 明 不

6、会 对 卫 星 造 成 破坏 ， 并 对 使 卫 星 上 的 红 外 传 感 器 达 到 饱 和 (即 暂 时 失 效 )和使 传 感 器 遭 到 破 坏 两 种 情 况 下 的 激 光 功 率 阈 值 进 行 了 预估 。 在 1997 年 10 月 17 日 试 验 中 ， 将 MIRACL 激 光 器 的 功 率 限 制在 两 者 之 间 。 试 验 是 在 白 沙 导 弹 靶 场 的 高 能 激 光 系 统 试 验 设施 进 行 的 。 10 月 4 日 和 6 日 曾 进 行 过 试 验 尝 试 ， 但 因 软 件 故障 和 天 气 等 原 因 未 进 行 发 射 。 8 日 ， 用

7、 LPCL 激 光 器 进 行 了一 次 发 射 ， 对 卫 星 进 行 跟 踪 、 定 位 。 17 日 ， 用 MIRACL 激 光器 进 行 了 2 次 发 射 ， 第 一 次 发 光 功 率 较 低 ， 持 续 时 间 不 到 1 秒 ， 目 的 是 收 集 数 据 ， 观 察 卫 星 如 何 受 激 光 的 影 响 ；第 二 次 发 功 率 较 高 ， 持 续 时 间 小 于 10 秒 ， 目 的 是 收 集 卫星 在 受 到 激 光 武 器 攻 击 时 的 信 息 ， 地 面 传 感 器 显 示 结 果表 明 ， 激 光 准 确 地 击 中 卫 星 ， 但 激 光 腔 被 局 部

8、损 坏 ， 并由 于 下 行 数 据 传 输 线 路 故 障 ， 未 接 收 到 卫 星 传 下 来 的 数据 。 为 验 明 情 况 ， 分 别 于 10 月 17 日 和 21 日 利 用 LPCL 激 光 器 进行 了 2 次 发 射 ， 均 使 星 上 传 感 器 达 到 饱 和 ， 并 收 到 卫 星 传回 的 数 据 。 对试验的初步分析 卫 星 寿 命 和 天 气 条 件 是 选 择 试 验 时 间 的 主 要 考虑 因 素 这 种 试 验 以 正 常 在 轨 运 行 的 卫 星 为 目 标 星 才 有 实际 意 义 。 1997 年 10 月 ， MSTI3 卫 星 已 经 超

9、 过 其 设 计 寿 命 5 个 月， 随 时 都 有 可 能 “ 寿 终 正 寝 ” 。 在 卫 星 已 超 期 服 役 但 仍在 轨 道 正 常 运 行 时 尽 早 进 行 试 验 ， 既 有 实 际 意 义 ， 又 可降 低 试 验 费 用 。 另 外 ， 10 月 份 天 高 气 爽 ， 空 气 透 明 度 较高 ， 适 合 进 行 这 类 激 光 试 验 。 MIRACL 激光器光腔受损可能与发射功率较低有关 使 红 外 传 感 器 饱 和 与 使 其 遭 到 破 坏 之 间 所 需 的激 光 功 率 差 几 个 数 量 级 。 美 陆 军 为 避 免 破 坏 星 上 传 感 器、

10、影 响 试 验 数 据 的 采 集 ， 根 据 估 算 结 果 对 MIRACL 激 光 器 的运 行 功 率 进 行 了 限 制 ， 使 之 在 未 满 功 率 运 行 的 情 况 下 对卫 星 照 射 ， 以 获 取 星 载 红 外 探 测 器 从 饱 和 至 被 毁 坏 过 程的 数 据 。 试 验 开 始 时 激 光 器 以 较 低 功 率 运 行 ， 随 后 功 率跃 升 ， 致 使 激 光 腔 内 的 能 量 形 成 非 正 常 分 布 ， 光 腔 遭 到局 部 的 微 弱 损 坏 。 1996 年 初 ， MIRACL 激 光 器 曾 以 50 万 60 万瓦 的 功 率 运 行

11、 过 ， 并 成 功 击 落 俄 罗 斯 制 造 的 火 箭 弹 。 据此 分 析 ， 这 次 试 验 的 激 光 功 率 低 于 50 万 瓦 。 据 陆 军 称 ，此 次 试 验 的 运 行 功 率 仍 在 设 计 指 标 之 内 ， 只 是 以 前 没 用此 功 率 运 行 过 。 卫星按原定计划没有遭到破坏 到 达 卫 星 上 的 激 光 功 率 大 小 ， 除 与 卫 星 所 在 轨道 高 度 有 关 外 ， 主 要 取 决 如 下 因 素 ： 地 面 激 光 器 输 出 功率 、 激 光 束 质 量 、 跟 踪 瞄 准 精 度 和 大 气 对 激 光 传 输 的 影响 。 考 虑

12、到 400 多 千 米 的 距 离 和 大 气 影 响 等 因 素 ， 50 万 瓦的 功 率 值 可 能 不 足 以 造 成 星 上 传 感 器 永 久 性 损 坏 。 而 且， 星 上 传 感 器 对 LPCL 激 光 器 的 最 后 2 次 发 射 均 作 出 了 反 应， 这 就 表 明 MIRACL 激 光 器 的 2 次 发 射 均 未 使 星 上 的 红 外 传 感器 受 到 损 坏 。 低功率激光器也可能使星上传感器暂时失效 美 国 华 盛 顿 时 报 1998 年 1 月 2 日 的 一 篇 署 名 文章 称 ， “ 即 使 低 功 率 激 光 器 的 几 秒 钟 照 射 ，

13、 也 可 以 干 扰空 间 传 感 器 。 ” 根 据 美 国 现 有 的 跟 踪 瞄 准 能 力 ， 在 大 气条 件 比 较 好 的 情 况 下 ， 30 瓦 的 激 光 照 射 也 可 能 使 星 上 传感 器 作 出 反 应 ， 或 使 其 饱 和 即 暂 时 失 效 。 因 为 星 载 256 256 元 锑 化 铟 红 外 探 测 器 是 专 门 用 来 探 测 导 弹 发 射 和 收 集地 面 与 大 气 状 况 随 季 节 、 时 间 变 化 数 据 的 ， 具 有 很 高 的探 测 灵 敏 度 。 但 该 文 说 ， “ 小 型 激 光 器 造 成 的 破 坏 已 经引 起

14、五 角 大 数 和 军 方 许 多 官 员 的 警 觉 ， 因 为 它 表 明 ， 低功 率 激 光 器 仅 需 短 暂 照 射 ， 就 可 毁 坏 空 间 传 感 器 。 ” 这种 说 法 值 得 研 究 。 两点看法 这次试验标志着激光反卫星武器开始走向实用化 美 国 激 光 武 器 经 过 近 30 年 的 发 展 已 经 取 得 显 著 进展 ， 其 战 术 、 战 区 和 战 略 级 激 光 武 器 技 术 已 经 接 近 成 熟， 这 次 试 验 表 明 美 国 在 激 光 武 器 的 发 展 方 面 又 前 进 了 一步 ， 已 经 或 即 将 拥 有 激 光 反 卫 星 能 力

15、 。 但 是 ， 美 军 在 部署 激 光 器 之 前 ， 还 需 要 通 过 各 种 方 式 来 验 证 其 实 战 能 力， 因 此 ， 美 国 今 后 还 有 可 能 继 续 进 行 这 类 试 验 。 空间控制将成为未来战争的重要任务 未 来 战 争 将 是 高 度 信 息 化 的 战 争 ， 卫 星 可 全 天时 、 全 天 候 、 近 实 时 地 获 取 战 场 信 息 ， 是 直 接 支 援 战 场作 战 行 动 的 不 可 替 代 的 手 段 。 随 着 美 军 作 战 行 动 和 武 器装 备 对 空 间 系 统 依 赖 性 的 提 高 ， 美 军 已 提 出 了 空 间 控

16、 制的 思 想 。 美 军 参 联 会 1994 年 颁 发 的 军 事 肮 天 作 战 理 论 声 称 ， 空 间 控 制 包 括 对 太 空 环 境 的 监 视 、 威 胁 预 警 ， 对已 方 航 天 系 统 的 保 护 和 对 敌 方 航 天 系 统 的 干 扰 、 破 坏 等。 美 国 在 1997 年 9 月 新 公 布 的 空 间 政 策 中 也 声 称 ， 要 积 极发 展 控 制 空 间 和 防 止 潜 在 对 手 利 用 空 间 的 能 力 。 美 国 进行 激 光 武 器 反 卫 星 试 验 ， 旨 在 试 验 高 能 激 光 照 射 卫 星 的效 果 ， 可 为 美 军 采 取 措 施 降 低 其 航 天 器 易 损 性 、 提 高 生存 能 力 ， 以 及 发 展 实 用 的 激 光 反 卫 星 武 器 ， 提 供 试 验 数据 。 美 军 在 1997 年 不 仅 进 行 了 激 光 武 器 反 卫 星 试 验 ，