更新: 2018年9月，UCS发布了一部动画和视频，解释了天基导弹防御的工作原理。点击这里查看．
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天基导弹防御系统的想法已经存在了30多年。它的持续吸引力至少有两个原因。
首先，它被视为一个全球系统，可以防御来自世界任何地方的导弹发射。
其次是在远程弹道导弹的“助推阶段”(发动机燃烧的几分钟)拦截它们的吸引力。在导弹燃烧时击中它可以避开躲避的困难诱饵和其他反制措施导弹可以在发动机关闭后在中途释放。防御系统是为了在中期阶段进行拦截，比如美国地基中段防御和宙斯盾系统，非常容易受到对抗措施的影响。
但是拦截弹要想在短暂的助推阶段击中导弹，就必须部署在导弹发射地点附近——这就是把拦截弹送入轨道的动机，这样它们就能越过发射场。
然而，天基防御的现实并不那么吸引人。
技术研究(例如，由美国物理学会(APS) (2004)而且国家科学与工程科学院(2012))表明，即使是拥有数百个天基拦截弹的系统也无法提供有效的防御，部分原因是拦截弹群很容易受到反卫星武器的攻击，也很容易被导弹的齐射所淹没。
然而，这将是极其昂贵的。的国家科学院研究得出结论，天基助推段导弹防御系统的成本是任何地面备选方案的10倍。它说，即使是一个“简朴而能力有限”的系统也至少要花费3000亿美元。
由于在空间中运行的物理特性，这些问题是系统固有的。几张图表可以清楚地说明原因——见下文。
基础和启示
目前尚不存在足以用于导弹防御的天基激光技术，因此正在讨论的防御系统将使用动能拦截器，这种拦截器将加速脱离轨道，与导弹发生物理碰撞。由于导弹的助推段只持续几分钟，为了拦截导弹，拦截弹需要在低空轨道(通常是300到500公里(200到300英里))上飞过发射场。
图1所示。轨道位于穿过地球中心的平面上。该平面与包含赤道的平面之间的夹角称为轨道的“倾角”。轨道的“地面轨道”是地球上卫星正下方的点组成的直线。（源）
拦截弹位于低空轨道这一事实有三个重要含义:
- 该系统在轨道上需要大量的拦截器:拦截器不能停留在地球上的一个位置上(让卫星在地面上某个点上看起来静止的轨道要高出100倍——在地球静止带，这是太远了)。相反，为了保持在轨道上，拦截器不断以非常高的速度移动(25倍于喷气式飞机的速度);以这个速度，它大约90分钟绕地球一圈。因此，它在地球上任何特定地点停留的时间都很短。
这意味着系统在轨道上需要许多拦截器，这样当前面的拦截器偏离位置时，其中一个就会进入位置。如下图所示，仅覆盖朝鲜就需要300到400枚在轨拦截弹，而覆盖全球防御则需要1000枚或更多。
- 对手将随时知道拦截器的位置:在这样的低空，拦截器可以很容易地被对手跟踪，对手可以计算出它们未来的位置，因为轨道上的物体以可预测的方式移动。因此，对手也将知道防御覆盖的任何漏洞。有可预见漏洞的防守不是有效的防守。
F搞笑。2.即使是射程1200公里(750英里)的导弹，也可以将反卫星武器提升到足以攻击300至500公里轨道上的天基拦截器的高度。
- 拦截弹很容易受到低成本地面武器的攻击:要将物体发射到轨道上，你需要将它们提升到高空，并将它们加速到非常高的轨道速度。这需要一个大型的太空发射火箭，而且非常昂贵，这导致在太空中创建一个大型拦截器星座的成本很高。
然而，当反卫星(ASAT)武器从拦截器上方经过时，只需将反卫星(ASAT)提升到拦截器的高度，而这可以用相对便宜的近程或中程导弹来完成。在300至500公里轨道上运行的拦截导弹很容易就能进入美国导弹的射程中国的东风- 21d导弹．图2显示了甚至像这样的导弹朝鲜的“劳动”或伊朗的“流星3”垂直发射可以达到足够高的高度来攻击这些拦截导弹，如果这些国家开发或获得了安装反卫星系统的能力。
估计覆盖朝鲜的天基拦截弹数量
本节展示了为什么天基助推段拦截器的物理需要如此大的星座。
为了防御来自朝鲜的发射而优化的系统，天基拦截器应该在图3中白色轨道上，倾角为45度o发射到赤道，并能携带拦截弹飞越朝鲜上空。
F搞笑。3.白圈是拦截器轨道的地面轨道，倾角为45度o到达赤道(红圈)。
图4显示了从朝鲜到美国东西海岸的导弹轨迹(黄线)。黄色圆圈表示在白色轨道上运行的天基拦截器可以拦截它下面的导弹的区域。这个圆的直径为1600公里(1000英里)，假设在低空轨道上有一个非常强大的拦截器，可以拦截朝鲜拥有的液体燃料导弹。而固体燃料导弹的燃烧时间通常较短，所以圆形会更小。
F搞笑。4.白色曲线是拦截器轨道的地面轨道。黄色圆圈是拦截器可以击中下方发射的导弹的区域。圆的直径为1600公里，假设拦截弹的δV = 4公里/秒，与APS和国家科学院的研究假设一致。
拦截器在轨道上快速移动，大约90分钟绕地球一圈。这意味着黄色圆圈只会在朝鲜上空停留3.5分钟。为了让一枚拦截弹始终保持在朝鲜上空，轨道上(黑色虚线圈)必须有其他拦截弹，当它们前面的拦截弹偏离位置时，它们就会移动到位(图5)。
F搞笑。5.当拦截器在轨道上移动时，黄色圆圈不会停留在朝鲜上空，其他的拦截器(这里用黑色虚线圈表示)必须就位以取代它的位置。
为了持续覆盖朝鲜上空，必须在整个轨道上部署拦截弹。在这里展示的例子中，需要25枚拦截弹来填满这个轨道，这样其中一枚就会一直在朝鲜的某个地方上空。因为你想要在两个圆之间重叠，你需要更多的东西——可能在轨道上有40到50个拦截器。
到目前为止，我们已经考虑到了拦截器在其轨道上的运动，但没有考虑到地球在这个轨道下旋转的事实。在图5所示的情况发生三个半小时后，朝鲜将向东移动4000公里(2500英里)。这一轨道上的拦截弹将不再能够拦截朝鲜发射的导弹:图6显示黄色圆圈不再包含导弹轨迹的任何部分。这意味着该系统将需要7到8个围绕地球运行的轨道，每个轨道上有40到50个拦截器，这样地球自转时，其他轨道上的拦截器就会在朝鲜上空。
F搞笑。6.比图5所示的情况晚3个半小时，地球将在轨道下旋转，黄色圆圈中的拦截器将不再能够拦截从朝鲜向美国发射的导弹。
图7显示了为覆盖朝鲜而优化的星座的8个等距轨道(白线)，总共有300至400颗拦截卫星。然而，这个星座只能持续覆盖朝鲜附近的纬度(红点)。低于35o在纬度上，一个国家可以发射导弹的覆盖范围会有很大的差距。星座在55岁以上没有任何覆盖o纬度，包括几乎整个俄罗斯(图8)。
F搞笑。7.8个轨道(白线)组成了一个星座，覆盖了朝鲜。
F搞笑。8.这数字显示了使用45°倾角等间距轨道平面的星座中拦截卫星的地面覆盖范围(灰色区域)，假设拦截卫星可以防御直径1600公里的区域。两条暗线是相邻飞机上两架拦截弹的地面轨迹。从灰色区域可以看出，该星座在南北纬30°~ 50°之间可以提供完整的地面覆盖，30°以下覆盖较少，55°以上没有覆盖。
要实现更大的全球覆盖范围，将需要一个由1000颗或更多拦截卫星组成的星座。图9显示了一个由24个轨道组成的星座，倾角为65o．每个轨道有40到50颗拦截卫星，这个系统总共将有960到1200颗卫星。
这样的系统仍然只能对付从同一地点齐射的几枚导弹。假设助推段拦截导弹可以防御图2中黄色圆圈所示的区域，它将在南北纬70度之间的所有纬度提供薄覆盖。
Fig 9。这张图显示了一个由24个轨道组成的星座，倾角为65o．每个轨道有40到50颗拦截卫星，这个系统总共将有960到1200颗卫星，可以覆盖70个地球o南北纬度。黄色圆圈是一枚拦截弹可以覆盖的区域，我们假设直径为1600公里，如图4-6所示。
最后两点说明:
- 在太空中部署中段拦截弹是没有意义的:中段拦截弹不需要靠近发射场，而且与地面系统相比，在太空中部署它们会导致非常昂贵的系统。
- 对于一个地理上的小国来说，特别是与水接壤的国家，朝鲜的助推段拦截可能来自空中无人机或船只，这是可能的选项目前正在研究中。
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