全知全能的太空態(tài)勢感知系統(tǒng)

全知全能的太空態(tài)勢感知系統(tǒng)在美國白宮給出的文件《美國太空優(yōu)先事項框架》中指出：“太空活動對我們的生活方式至關重要。它能夠保障國家安全;促進經濟就業(yè);簡化人民生活;刺激科技進步。國家太空能力能提供關鍵數據、產品和服務，推動各地的創(chuàng)新，獲取和利用太空是一項至關重要的國家利益?！蓖瑫r，我們正處于一個歷史性的時刻：太空活動正在迅速加速，給社會的多個部門帶來了新的機遇，全球太空治理、太空環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展以及安全可靠的太空活動對各國航天事業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，蓬勃發(fā)展的太空活動成為了世界上各個強國在國內外實力的源泉。只有掌握了太空，民用、商業(yè)和國家安全領域才能占據優(yōu)勢，并利用這?力量領導國際社會來為子孫后代取得保護太空的好處。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的起源1\o"CurrentDocument".太空態(tài)勢感知能力介紹2\o"CurrentDocument"2.1.全球態(tài)勢感知能力分布3\o"CurrentDocument"2.2.基于光學、頻譜、雷達的太空態(tài)勢感知技術4\o"CurrentDocument"2.2.1.頻譜軌道計笄技術：5\o"CurrentDocument"2.2.2.頻譜指紋識別技術：5\o"CurrentDocument"2.3.關于SpaceHackerGroup 5\o"CurrentDocument".第六軍種一一太空軍之基礎6\o"CurrentDocument".全方位影響6\o"CurrentDocument".結語7.太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的起源對太空乃至地球上的目標進行探測、跟蹤、識別和編號是太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的基本功能。整套系統(tǒng)分為天基與地基兩部分，天基即是衛(wèi)星和其他航天器組成的檢測系統(tǒng)，而地基則由分布于各地區(qū)的光學雷達、天文觀測臺等設施所組成。美國于2001年啟動太空態(tài)勢感知倡議計劃。之后，美軍開始加速建設全球太空態(tài)勢感知網絡，并于2007年進行一體化空間態(tài)勢感知計劃，通過天基系統(tǒng)和地基系統(tǒng)既通過地面雷達和航天器監(jiān)測空間環(huán)境，形成面向空間作戰(zhàn)的太空態(tài)勢感知能力。2013年，美國提出“彈性太空”的概念，著眼于增強自身太空資產的韌性，抗打擊力。2015年，《空天力量雜志》刊登了美空軍空間司令部首席科學家基尼?邁克科爾與前首席科學家約翰達拉赫撰寫的《空間態(tài)勢感知》一文，清晰闡述了提升空間態(tài)勢感知的重要性并提出了開展跨領域合作和國際合作以建設SSA能力的建議。2018年，《美國國家太空安全戰(zhàn)略》發(fā)布，著重點落在產業(yè)經濟、尖端技術和國家安全。該文件否認了人類開發(fā)外太空的一貫約定，要求美國利益優(yōu)先。文件將美國太空利益歸納為兩點：無阻礙進入太空的權利，無約束在太空自由航行的權利。這份文件本身已經“將'和平利用太空'視作一紙空文”，并強調了將太空軍事化的必要性。2020年4月，美國明確拒絕接受《關于各國在月球和其他天體上活動的協(xié)定》限制，稱太空非人類共有，設法在太空中發(fā)動“圈地運動。2020年6月和8月，美國相繼頒布新版《國防太空戰(zhàn)略》和《太空力量》兩大重大戰(zhàn)略和條令，并在《國防太空戰(zhàn)略》中明確指出將太空由“支援域”轉為“作戰(zhàn)域”，尤為強調力量的整合以及與各方面的合作以塑造戰(zhàn)略環(huán)境。美國至此已徹底擺脫原本過去以地基為主、天基為輔的思路，并開始大力部署天基太空態(tài)勢感知系統(tǒng)。.太空態(tài)勢感知能力介紹對空間目標進行探測、跟蹤、識別和編目，稱為空間態(tài)勢感知(SpaceSituationalAwareness),我這里稱之為太空態(tài)勢感知。目前.，少數國家積極發(fā)展太空力量，太空中的物體數量呈現(xiàn)快速增長趨勢，據ESA統(tǒng)計數據，截止2021年5月20日，太空中超過10cm的碎片為34000個左右，1mm?1cm碎片大約為128億。太空正變得非常擁擠和極具風險，根據數據顯示，近幾年太空相撞風險事故逐漸增多，未來太空相撞或許會成為常態(tài)事件。隨著太空能力的不斷發(fā)展，太空軍事對抗成為未來的戰(zhàn)爭趨勢，各個國家正努力發(fā)展自己的太空戰(zhàn)能力。其中一項重要的能力為「太空態(tài)勢感知」能力，衛(wèi)星作為極具軍事戰(zhàn)略價值的目標，向來受到軍方的特別關注，當前世界中部分國家都在建設針對衛(wèi)星的攻擊與防御能力。太空態(tài)勢感知作為太空物體的“雷達”，具有目標識別和目標監(jiān)測的重要核心能力，也是未來太空戰(zhàn)的核心能力之一。1.全球態(tài)勢感知能力分布美國擁有世界上最先進的太空監(jiān)視網絡（SSN）,早在幾十年前就建立起地基觀測系統(tǒng)，由31部光學雷達和光學探測器分為16個太空中隊。美國空間態(tài)勢感知系統(tǒng)分為地基系統(tǒng)和天基系統(tǒng)，地基系統(tǒng)主要由雷達和光學系統(tǒng)組成，天基系統(tǒng)則主要由太空望遠鏡等光學遙感器和天基監(jiān)視衛(wèi)星組成。地基系統(tǒng)中含有著名的“太空籬笆（SpaceFence）”系統(tǒng)，由世界上最大的S波段雷達組成。美國“太空籬笆”項目已經發(fā)展到第二代，2020年3月7日，美國太空軍官網宣布，部署在太平洋夸賈林環(huán)礁的第一部“太空籬笆”雷達正式啟動，將美軍太空態(tài)勢感知能力提升到中低軌道厘米級，另一部雷達站將建設在澳大利亞的西澳大利亞州。天基系統(tǒng)包含天基中段實驗衛(wèi)星（MSX）、天基太空監(jiān)視系統(tǒng)（SBSS）、地球同步軌道空間態(tài)勢感知計劃（GSSAP）、天基太空跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)（STSS）、太空實驗衛(wèi)星組成。據《2020太空安全報告》中數據指出，在2020年內，GSSAP衛(wèi)星（2014-043B）在西經86°到東經170°范圍內活動，多次機動偵察我國和俄羅斯軍用及民用衛(wèi)星。態(tài)勢感知部分數據共享己經成為未來趨勢，美國近幾年簽署了與多個國家的SSA數據共享協(xié)議。美國太空司令部于7月1日宣布，美國太空司令部與非營利實體自由太空基金會簽署了第100份商業(yè)太空態(tài)勢感知數據共享協(xié)議，以啟動SSA服務和信息的雙向流動。歐洲ESA于2009年啟動實施空間態(tài)勢感知（SSA）計劃,有19個成員國提供資金參與，至2020年計劃當前階段的資金為9500萬歐元。該計劃側重于三個主要的領域：空間天氣（SWE）、近地天體（NEO）、空間監(jiān)視和跟蹤（SST）o其中SST領域為監(jiān)視太空中不活躍的衛(wèi)星、廢棄物和碎片。歐空局和多個國家的合作伙伴設施已經或正在開發(fā)重要的SSA基礎設施，包括：空間天氣協(xié)調中心，空間極，布魯塞爾，比利時空間天氣數據中心，ESARedu中心，比利時成立近地天體協(xié)調中心，ESA/ESRIN,意大利建立空間監(jiān)視和跟蹤數據中心，ESA/ESAC,西班牙馬德里SSA中心，ESA/ES0C,德國達姆施塔特單基地測試雷達的開發(fā)和安裝，西班牙桑托卡斯法國雙基地測試雷達的開發(fā)和安裝SSAFlyEye自動望遠鏡的初始設計，以實現(xiàn)全天近地天體掃描綽號為“FlyEye”的望遠鏡，類似于蒼蠅復眼所利用的技術將圖像分成16個較小的子圖像用于擴大視野，在FlyEye中，一個1m等效孔徑的鏡子收集來自整個6.7°x6.7°視場，并饋送具有16個面的金字塔形分束器，然后由16個獨立的相機成像成整個視野，將提供確定任何被探測物體軌道所需的分辨率。順便說一句，雖然歐洲早在09年便啟動該計劃，但并沒有在ESA相關網站看到任何實際性進展以及數據公開。俄羅斯的太空態(tài)勢感知系統(tǒng)是除美國外最為強大的監(jiān)視系統(tǒng)，早在蘇聯(lián)時期由原來的導彈預警系統(tǒng)發(fā)展而來。俄羅斯于近幾年進行了改進，全名為：俄羅斯軍事空間監(jiān)視網絡(SKKP),SKKP對太空物體進行編目，跟蹤并預測其軌道位置，其地面觀測站比北美航空司令部還要多幾倍。俄羅斯國家航天公司ROSCOSMOS計劃在南非、墨西哥和智利部署光電監(jiān)測站，以提供近地空間危險情況的預警，包含三種不同用途的望遠鏡。南非OECOKM站為俄羅斯在全球四個專業(yè)站點的第二個，可以對120km到40000km高度實現(xiàn)物體的自主搜索和探測。名字為MilkyWay網絡中還包括建設65個地面光學望遠鏡和地球觀測衛(wèi)星。中國當然也擁有和正在建設自己的太空監(jiān)測網絡…##保密數據##除以上國家之外，法國軍方使用GRAVES雷達來跟蹤主要位于LEO的物體，而德國使用GSSAC下的GESTRA在多個位置進行跟蹤?；诠鈱W、頻譜、雷達的太空態(tài)勢感知技術光學觀測技術通過大口徑光學望遠鏡，結合追蹤結構實現(xiàn)追蹤在軌目標的目的。由于太空物體運行過程中會受到太陽光等光線的照射會反射部分光線，通過高靈敏度的地基光學望遠鏡可以發(fā)現(xiàn)物體的運行軌跡，并根據不同時間的反射軌跡進行打點，便可以繪制物體運行觀察線。后通過圖像背景中恒星的位置及多站聯(lián)合計算，經過拉格朗日插值等插值算法進行軌道插值計算，再使用赤道坐標系計算出衛(wèi)星的位置信息，從而計算出衛(wèi)星的軌道信息，大口徑高分辨率的光學望遠鏡可以對近地衛(wèi)星和物體進行表征觀測。由于天文觀測技術已經非常成熟，光學觀測具有較高的準確度，但由于受到光線的影響觀察窗口有限，且受地球大氣的視寧度影響較大，需要較好的觀察地點、位置與天氣條件支持。頻譜觀測技術為太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的能力之一，特殊條件下可以有效識別太空載荷。我在這里分為頻譜軌道計算技術與頻譜指紋識別技術兩種。2.1.頻譜軌道計算技術：頻譜觀測技術通過對衛(wèi)星等目標的已知下行信號進行高精度測量，結合觀測站精確地自身位置與頻率、時鐘標準源，并通過高靈敏度的無線電觀測設備得到的信號頻率信息，通過多普勒公式反向推算出被觀測目標的位置。由于頻譜觀測的精確度無法達到高精度級別，且需要衛(wèi)星頻率數據與衛(wèi)星軌道大數據支撐，可以作為未知載荷的輔佐識別技術，與光學觀測和雷達觀測結果相結合，補充太空態(tài)勢感知能力。2.2.頻譜指紋識別技術：衛(wèi)星的設計由于種種原因，有效載荷存在功能差異大、協(xié)議封閉、定制化程度高等特點，這一定程度上給信號的偵收和破譯帶來技術上的難題。然而恰恰由于該特征，對衛(wèi)星頻譜的指紋識別技術可以有效發(fā)揮其作用。頻譜指紋技術針對衛(wèi)星建立頻譜特征數據，其中包括頻譜的頻率、速率、功率、調制、編碼協(xié)議、幀特征、信標ID等參數，建立衛(wèi)星頻譜大數據，可有效識別目標，形成太空態(tài)勢感知部分能力。雷達觀測技術往往采用激光測距雷達、脈沖雷達、紅外雷達等雷達觀測技術實現(xiàn)，激光雷達通過發(fā)射激光脈沖，通過激光返回時間來計算物體到雷達間的距離，并通過多站聯(lián)合的方式計算誤差，從而進一步分析物體的精確軌道，雷達技術已經非常成熟，但對于高軌道目標的測量能力有著較高的要求。2.3.關于SpaceHackerGroupSpaceHackerGroup又名太空安全小組，由國內衛(wèi)星安全、太空安全、計算機安全等相關領域專家組成，為非營利技術組織。該小組的建設為了積累國內衛(wèi)星安全、太空安全等領域的技術能力，在未來太空戰(zhàn)中積累相應的數據和技術，我們擁有國內一流的衛(wèi)星安全技術資源，并擁有一流的高性能光學望遠鏡資源，我們希望通過技術和資源的積累，為保護我們的國家安全貢獻一份微薄力量。我們不對外招募成員，但無條件支持國內一流高校、科研機構以及其它單位的工作。由于針對衛(wèi)星安全和太空安全研究時需要的資源較為昂貴，如有高校和科研機構需要部分資源的支持，可以與我們取得聯(lián)系：,我們希望能通過一起合作和進步，讓國家在該領域的能力越來越強大。.第六軍種——太空軍之基礎太空態(tài)勢感知系統(tǒng)生而為軍事行動服務，美國于2019年建立的太空軍正是檢驗太空態(tài)勢感知系統(tǒng)是在完善的絕佳對象。太空軍依靠太空態(tài)勢感知系統(tǒng)進行任務活動，其中地基系統(tǒng)包含有著名的“太空籬笆”系統(tǒng)，該系統(tǒng)由世界上最大的S波段雷達組成。2020年3月7日，美國太空部隊官網宣布，部署在太平洋夸賈林環(huán)礁的第一部“太空籬笆”雷達正式啟動，將美軍太空態(tài)勢感知能力提升到中低軌道厘米級，另一部雷達站將建設在澳大利亞的西澳大利亞州。太空態(tài)勢感知系統(tǒng)為太空軍提供由天基與地基收集而來的大量信息。太空軍的主要作戰(zhàn)任務是對外太空的目標進行識別與打擊，但同時也需要對其他兵種提供包括火力打擊、信息等多方面支持，所以說太空態(tài)勢感知系統(tǒng)一旦發(fā)展不平衡就會對太空軍產生較大影響。至今，美國太空軍已經有監(jiān)視全球的太空監(jiān)視網絡，而且在數量和精度方面處于領先，這體現(xiàn)了美軍在太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的天基、地基上的優(yōu)勢地位。此外，太空態(tài)勢感知數據共享已經成為美國及其盟友進行軍事合作的新方式，美國近年來與法、英、力口、新、澳等國簽署了太空態(tài)勢感知系統(tǒng)數據共享協(xié)議。美國太空司令部于7月1日宣布，美國太空司令部已與多個太空基金會簽署了100份商業(yè)太空態(tài)勢感知數據共享協(xié)議，這體現(xiàn)了太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的軍民融合作用與新發(fā)展動力。.全方位影響太空態(tài)勢感知系統(tǒng)所帶來的影響遠不止軍事方面，其在其他領域的應用也可以實現(xiàn)全方面的重大影響。發(fā)展太空態(tài)勢感知系統(tǒng)為國家經濟和人民生活方式變革提供動力。來自太空的數據、產品和服務使企業(yè)能夠在制造、運輸、物流、農業(yè)、金融和通信等不同領域創(chuàng)造就業(yè)與產業(yè)變革。衛(wèi)星（天基系統(tǒng)）可實現(xiàn)全球導航;協(xié)助作物產量預測、水資源管理和電網監(jiān)測;促進從銀行到教育再到遠程醫(yī)療