在過去幾年,對美國國家安全空間問題的討論大部分集中於重組國家安全太空系統的提議,通過重新建立美國空間司令部作為獨立的太空軍事服務部,併成立一個太空空間發展部,負責創新太空技術。
雖然上述提議引發了一些爭議和懷疑,但它們所獲得的關注反映出了人們對太空系統在美國整體國家安全中發揮的重要作用有了深刻的認識。
美國在經濟和軍事上越來越依賴太空,從許多行業賴以生存的全球定位系統(GPS)訊號,到構成美國核威懾力量基礎的導彈預警系統,美國及其在世界各地的盟友和夥伴都依賴太空實現安全和繁榮。
美國的軍事戰略的部署依賴於其能夠在世界各地以及更遠的地方投射力量——這是基於太空技術實現的。但隨著美國開發出更先進的國家安全太空系統,並以越來越複雜的方式將其融入軍事行動,太空系統已成為敵人更有吸引力的攻擊目標。
在國家安全政策界中聽到的一個共同主題是,太空現在已經成為一個富有爭議的作戰領域。但事實並非如此——太空從一開始就是一個備受爭議的戰爭領域。
1959年,也就是人造衛星發射的兩年後,美國發射了第一枚反衛星武器(ASAT)。在冷戰期間,蘇聯和美國都在持續發展和試驗各種反衛星武器。現在的不同之處在於,對空間系統的制止能力變得不那麼確定,各種各樣的反太空武器正在擴散到敵對國家和恐怖組織手中。
本報告的目的是審查有關可能威脅美國空間系統的反空間能力的開源資訊,旨在提高對威脅的認識和理解,並突出高階領導人和決策者應關注的領域。這份報告集中討論了對美國構成最大威脅的四個國家:中國、俄羅斯、伊朗和北韓。
這份報告並不是對美國太空系統所面臨的所有已知威脅的全面評估,因為其他國家在推進其反太空系統方面所做的很多資訊都沒有公開。這份報告中的資訊截止到2019年2月22日。
反太空武器的分類2018年8月,副總統邁克·彭斯在五角大樓發表演講,闡述了特朗普政府的空間重組計劃。副總統在講話中詳細談到了其他國家對美國太空系統的威脅,特別是俄羅斯和中國。
“俄羅斯一直在設計一種機載鐳射器來干擾我們的天基系統。它還聲稱正在研發一種導彈,這種導彈可以在飛行途中從飛機上發射,摧毀我們的衛星。中國和俄羅斯一直在進行高度複雜的飛行活動,這可能使它們能夠操縱自己的衛星接近我們的衛星,從而對我們的空間系統構成前所未有的新危機。”
反太空武器不僅只有副總統列舉的幾個例子。各種各樣的反空間武器可供潛在的對手使用,並且它們所產生的效果、技術複雜程度以及開發和部署這些武器所需的資源各不相同。
這些武器的效果可以是暫時的,也可以是永久的,這取決於系統的型別和如何使用。該評估使用四大類別來討論不同型別的反空間武器:動力物理武器、非動力物理武器、電子武器和網路武器。
動力物理武器直接上升反衛星武器可以在不將攔截器送入軌道的情況下,使用與目標衛星相交的軌道打擊衛星。在有足夠能量的前提下,彈道導彈和導彈防禦攔截器可以被改裝成直接上升的反衛星武器到達目標衛星的軌道攻擊目標。
不同於直接上升武器,同軌道反衛星武器需要先被放置在軌道上,然後在指揮下機動打擊目標。同軌道反衛星在被啟用前可以在軌道上休眠數天甚至數年。
要使直接上升和共軌道反衛星武器有效,關鍵的是探測、跟蹤和引導攔截器進入目標衛星的能力。機載制導系統需要較高的技術水平和大量的資源來測試和部署。但是如果沒有先進的制導和瞄準能力,反衛星武器很難準確攻擊目標。
由於地面站通常高度可見,位於美國之外,比太空中的物體更容易接近,因此地面站更容易成為試圖破壞或削弱太空系統的敵人的目標。即使地面站本身很難被直接攻擊,它們也可以通過攻擊電網、供水和通訊線路而被間接破壞。而且地面站很容易受到各種常規軍事武器的動能物理攻擊,包括射程較遠的導彈和火箭到射程較短的小型武器。
動力物理攻擊對衛星和地面站具有災難性和不可逆轉的影響。這些反太空武器很可能是由於美國和其他國家能夠確定直接上升反衛星武器或地面攻擊的來源,並且在理論上能夠追蹤到同軌道反衛星最初部署時的軌道資料。
在這兩種情況下,攻擊者很可能馬上就知道自己的攻擊是否成功,因為其影響將是顯然可見的,比如軌道碎片或受損的地面站。
非動力物理武器非動力反太空武器,如鐳射、高能微波(HPM)和電磁脈衝(EMP)武器,可以在不進行物理接觸的情況下對衛星和地面站產生物理影響。這些攻擊以光速進行,而且在某些情況下,第三方觀察者可能不太容易看到這些攻擊,而且很難將其歸因於攻擊。
高功率鐳射可用於損壞或降級關鍵衛星元件,如太陽能陣列。同時,鐳射也可以用來暫時使衛星上的關鍵任務感測器失靈。用鐳射瞄準來自地球的衛星需要高品質光束、自適應光學和先進的指向控制,以便在鐳射束通過大氣傳輸時對其進行引導,但是這項技術成本高昂,複雜度很高。而且,通過鐳射等非動力反太空武器攻擊衛星的結果不容易被觀察到,因為它不會產生碎片或其他的指示器。
HPM武器可以用來破壞衛星的電子裝置,破壞儲存在記憶體中的資料,導致處理器重新啟動,在更高的功率級別上,還會對電路和處理器造成永久性的損壞。由於電磁波會隨著距離而分散和減弱,大氣會干擾高功率水平下的傳輸,所以對衛星的HPM攻擊最好從位於類似軌道的另一顆衛星或高空飛行的機載平臺上進行。
前門的HPM攻擊使用衛星自己的天線作為進入路徑,而後門的HPM攻擊通過電氣連線和遮蔽周圍的小縫隙進入。前門和後門的HPM攻擊都很難歸因於攻擊者,而且與鐳射武器一樣,攻擊者可能不知道攻擊是否成功。
在太空中使用核武器是一種不分輕重的非動力物理攻擊。雖然核爆炸會對電磁脈衝範圍內的衛星產生直接影響,但它也會造成一個高輻射環境,在長期內加速受影響軌道內衛星的關鍵部件的老化。
電子攻擊電子攻擊的目標是空間系統通過干擾射頻訊號來傳輸和接收資料的手段。干擾是電子攻擊的一種形式,通過在目標衛星或接收機天線的同一頻段內產生噪聲來干擾射頻通訊。干擾是一種可逆的攻擊形式,因為一旦干擾器被關閉,通訊就會恢復正常。
商用和軍用衛星都容易受到上行和下行干擾。上行鏈路是從地面站或使用者終端到衛星的訊號,而下行鏈路是從衛星發回地面站或使用者終端的訊號。上行干擾器干擾傳送訊號到衛星,例如命令和控制上行訊號。下行干擾器通過在接收終端產生與下行訊號頻率相同、功率大致相同的噪聲來鎖定衛星使用者。
而具有全方位天線的使用者終端,如GPS接收器和衛星電話,具有更廣闊的視野,因此更容易受到來自地面不同角度的下行干擾。
欺騙干擾是一種電子攻擊形式,攻擊者欺騙接收者,使其相信由攻擊者產生的假訊號是其試圖接收的真實訊號。如果攻擊者成功地通過命令和控制上行鏈路訊號欺騙衛星,就可能控制目的衛星。還可以從衛星上欺騙下行鏈路,用來將虛假或損壞的資料注入敵方的通訊系統。
在地中海欺騙遊艇
2013年夏天,德克薩斯大學奧斯汀分校(University OF Texas at Austin)的一群學生成功演示了欺騙GPS訊號的能力,導致一艘私人遊艇偏離了在地中海的GPS引導航線。
他們使用一個公文包大小的小型欺騙干擾裝置,在沒有被探測到的情況下,將船重新定向到離預定軌道數百米遠的地方。GPS干擾器通常會向用戶發出警報資訊,使接收機很難確定自己的位置。
干擾多種衛星訊號所需的技術在商業上是可售賣的,而且相對便宜。干擾很難被發現並與意外干擾區分開來,使歸因和識別變得更加困難。2015年,時任美國空軍太空司令部(Air Force Space Command)司令的約翰·海頓(John Hyten)將軍指出,美國軍方平均每月干擾自己的通訊衛星23次。
網路攻擊與干擾RF訊號傳輸的電子攻擊不同,網路攻擊的目標是資料本身和使用這些資料的系統。衛星和地面站上的天線,連線地面站和地面網路的資料線,以及連線到衛星的使用者終端,都是網路攻擊的潛在入侵點。
網路攻擊可用於監控資料流量模式(即哪些使用者正在通訊),監控資料本身或在系統中插入錯誤或損壞的資料。這些不同型別的網路攻擊在難度和所需的技術複雜性方面有所不同。
雖然網路攻擊需要對被攻擊的系統有高度的了解,但它們並不一定需要大量的資源來進行。網路攻擊可以外包給私人團體或個人,這意味著缺乏內部網路能力的國家或非國家行為者可能會有網路威脅。
對空間系統的網路攻擊可能導致資料丟失,通訊的中斷,甚至衛星的永久丟失。例如,如果敵方可以通過對衛星的指揮和控制系統進行網路攻擊來奪取衛星的控制權,則攻擊可能會關閉所有通訊,並通過消耗衛星的推進劑供應或損壞其電子裝置和感測器來永久損壞衛星。
實際上,準確及時地確定網路攻擊的屬性可能是困難的,因為攻擊者可以使用各種方法來隱藏他們的身份,例如使用被劫持的伺服器來發起攻擊。
太空安全威脅的特徵上述反太空武器具有明顯的不同特徵,使它們或多或少適合不同的情況。其中,有些型別的威脅很難確定其屬性並且具有完全可逆的影響,例如移動的間歇干擾器。還有一些型別的反太空武器產生的影響使攻擊者難以知道攻擊是否成功,有些武器產生的附帶損害可能影響目標以外的太空系統。
具有可逆性、難以定性和公眾意識有限的反空間武器非常適合對手在不引發升級反應的情況下,給對手製造不確定性的訊號。
例如,一個想要阻止美國介入某一局勢的對手可能認為這樣的攻擊會將事件保持在升級的閾值以下,同時也給美國帶來了重大的行動挑戰,使得干預的成本更高,時間也更長。相反,在許多情況下,具有有限傷害的反空間武器對敵人可能沒有那麼有用。
此外,在太空中會產生附帶損害的武器,例如大量武器碎片,有可能無意中使衝突升級,使其他國家與攻擊者為敵,或者破壞攻擊者自己的空間系統。