关于IDA助推段导弹防御研究的更多评论

2018年8月10日上午7:40
大卫赖特
前的贡献者

第1部分这篇文章讨论了其中的一个方面2011年信从导弹防御局(MDA)向当时的参议员凯尔介绍了IDA关于天基导弹防御的研究。这封信还提出了几个其他问题,我在此发表评论。

  1. 导弹防御卫星对反卫星(ASAT)攻击的脆弱性

为了能够在导弹发射后不久击中导弹,天基拦截弹(SBI)必须在低空轨道上运行;讨论的典型海拔高度为300至500公里。在这个范围的低端,大气阻力足够大,给SBI提供非常短的轨道寿命,除非他们携带燃料来主动补偿阻力。在接近500公里的轨道上可能不需要。

使用地面雷达和光学望远镜可以很容易地跟踪这些低空的拦截器。它们也可以用相对便宜的短程和中程导弹到达;如果这些导弹携带寻的杀伤载具,例如那些用于地面中段导弹防御的载具,它们可金宝博的网址以用来摧毁天基拦截弹。就在远程导弹攻击之前,对手可以对天基拦截器发起反卫星攻击,在防御星座上打出一个洞,然后对手可以通过这个洞发射远程导弹。

另一种情况是,不希望美国部署天基导弹防御系统的对手可以在天基拦截导弹部署后不久将其击落。

国际开发协会的报告说,这些卫星可以被设计成防御这种攻击。这是怎么回事呢?

由于ASAT拦截器将比SBI更轻和更机动,卫星不能依靠机动来避免被摧毁。

一颗携带单一拦截器的卫星无法通过攻击反卫星系统来保护自己,原因有二。首先,短程或中程导弹的助推段比远程导弹的助推段短得多,对于为助推段拦截设计的拦截弹来说,这段时间太短了。其次,即使SBI被设计为具有允许在中间阶段和助推阶段拦截的传感器,使用SBI来防御ASAT武器将从轨道上移除拦截器,而ASAT武器将通过从星座中移除工作的SBI来完成其工作。一个可行的防御战略需要在每个位置至少部署两枚拦截弹,一枚用于防御反卫星武器,另一枚用于执行导弹防御任务。

国际开发协会的报告假设,它所描述的用于防御船只的拦截卫星将每颗携带四枚拦截弹。如果该系统旨在防御反卫星攻击,那么四枚拦截弹中的一些必须设计为中途拦截。卫星最多可以携带三枚这样的拦截弹,因为至少一枚拦截弹必须设计用于防御的助推阶段任务。如果对手想要在星座上打一个洞,它可以向卫星发射四枚反卫星武器,并压倒防御拦截器(回想一下,反卫星武器是由相对便宜的短程或中程导弹发射的)。

此外,即使反卫星被拦截弹击中,反卫星攻击也很可能成功。如果防御SBI的拦截弹击中了一颗接近的反卫星,它将把反卫星撞成碎片云,碎片云将沿着反卫星的原始质心轨迹飞行。如果这次拦截发生在反卫星武器的轨道被设定为与卫星相撞之后,碎片云将继续朝那个方向飞行。如果云层碎片击中卫星,很可能会摧毁它。

  1. 每颗卫星有多个拦截器

重要的是要记住,在防御卫星上增加多个拦截器会大大增加卫星的质量,从而增加其发射成本和总体成本。

天基拦截弹的绝大部分质量都是燃料,用于将拦截弹加速出轨道并机动命中导弹(导弹本身是机动的,因为它处于加速和转向的助推阶段)。例如,美国物理学会的研究假设拦截弹的空杀伤装置(传感器、推进器、气门等)只有60公斤,但加了燃料的拦截弹的质量将超过800公斤。

在这颗防御卫星上增加第二枚拦截弹将使总质量再增加800公斤。一颗卫星有四个拦截器和一个包括太阳能电池板和通信设备的“车库”,总质量可能达到3到4吨。

  1. 空间碎片产生

参议员凯尔要求MDA就天基导弹防御系统是否会产生“重大的永久性轨道碎片”发表评论。美国导弹防御局的回答表明,至少对于一种产生碎片的机制(拦截远程导弹),该系统可以被设计成不产生长寿命的碎片。

然而,至少有三种不同的潜在碎片生成机制需要考虑:

  • 用SBI拦截导弹

当两个紧密的物体以非常高的速度碰撞时,它们会分裂成两个不断膨胀的碎片云,这些碎片云沿着原始物体的质心的轨迹扩展。在这种情况下,来自拦截器的碎片云的质心速度可能会大于地球逃逸速度(11.2公里/秒),因此大多数碎片将不会进入轨道或落回地球。导弹的碎片将在亚轨道轨道上运行;它会落回地球,不会产生持久的碎片。

  • 使用SBI作为反卫星武器

如果配备了适当的传感器,天基拦截器可以瞄准并摧毁卫星。由于助推段防御所需的高拦截速度,SBI不仅可以打击低地球轨道(LEO)的卫星,还可以打击半同步轨道(导航卫星)和地球同步轨道(通信和预警卫星)的卫星。在轨道上摧毁一颗卫星可能会给这些轨道增加大量持久的碎片。

在大多数近地轨道卫星运行的800公里以上的高度,被摧毁卫星的碎片将在轨道上停留数十年或数百年。碎片在地球同步和半同步轨道上的寿命基本上是无限的。

中国2007年的反卫星试验创造了超过3000块碎片这些在地面上被追踪到的碎片占近地轨道被追踪碎片总数的20%以上。这次测试还产生了数十万个额外的碎片,这些碎片太小了,无法被追踪(小于5厘米),但由于它们的高速,仍然可以损坏或摧毁它们击中的物体。

然而,在2007年的试验中被摧毁的卫星的质量还不到一吨。如果一颗十吨重的卫星——比如一颗间谍卫星——被摧毁,它可以产生超过50万块残骸大于1厘米的:大于1厘米的这一事件可能会使近地轨道上的大型碎片总数增加一倍以上,这将大大增加卫星受损的风险。

  • 用地基反卫星武器摧毁SBI

如上所述,对手可能会使用陆基动能反卫星武器攻击天基拦截器。假设SBI(带车库)的非燃料质量为300公斤,卫星的破坏可能会产生5万多个直径大于5毫米的轨道物体。

如果SBI的轨道高度在400到500公里之间,这些物体的寿命将很短,因此这些碎片不会被认为是持久性的。然而,这些碎片从轨道上的衰变将导致通过国际空间站(国际空间站)轨道的碎片通量增加,国际空间站在大约400公里的高度环绕地球运行。由于国际空间站的轨道高度较低,残留的大气密度会使碎片迅速衰变,因此它所处的区域几乎没有碎片。因此,通过该区域的附加SBI碎片可能会显著增加。

特别是,如果SBI在500公里轨道上,单个SBI的破坏可使国际空间站高度上大于5毫米的碎片通量增加10%以上,持续3至4个月(太阳活动低时)或2至3个月(太阳活动高时)。当然,实际的攻击可能涉及破坏一个以上的SBI,这将增加这种通量。