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美国推出凤凰计划:将他国卫星全变成僵尸

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近期,美国Slashdot科学网站报道称,美国已经启动“凤凰计划”,旨在利用美国太空的废弃资源。此消息一出,立刻引发各大媒体的关注。有评论认为,“凤凰计划”项目很可能会达到“一石三鸟”效果,甚至引发新的太空武器革命。


1985年1月4日,美国政府正式推出“星球大战”计划,其中就包括太空激光武器计划。图为太空激光武器想象图

新卫星可使用机械臂改造老卫星

其实,“凤凰计划”并不是什么新鲜事物。早在2011年,DARPA就提出和制定类似于“凤凰计划”的废弃卫星零部件回收和再利用方案。当时,该方案的主要内容是利用空间航天器,对对废弃卫星上的零部件、特别是那些可以长期使用的天线等耐损性元器件进行回收,然后将元器件在太空中进行整合,成为新的可利用的人工天体。方案特别提到,美军计划将从废弃卫星上拆卸下来的天线进行重新组往后,将最终形成一个宏大的天线阵列,可以在太空中打造一个低成本的“通信中心”,为地面上的美军提供更加高效和便捷的情报信息服务。

这个计划听上去“很美”,美军也趁热打铁,提出了一个叫做“僵尸卫星计划”的项目。2011年,DARPA发布一份公告,称要研制一种“僵尸卫星”。这种卫星也叫纳米卫星,可以由商业卫星搭载升空,然后附着在废弃卫星的天线上,是“老”卫星成为一颗“新”卫星。也正因为这种借尸还魂的方法,其才有了“僵尸”的“雅号”。为了让“僵尸”发挥最大效能,美方还设计了一种“维修供应飞行器”,或者叫“卫星服务太空船”。其被发射到太空后,将于载有“僵尸卫星”的大型卫星汇合。维修供应飞行器上装备有机械臂,可以将“僵尸”卫星从商业卫星上取出,并找到一颗老旧卫星并拆除上面可用的零部件,随后将之安装在“僵尸卫星”上。

美国通过僵尸卫星计划 代号凤凰

2012年6月26日,DARPA召开了有关“可持续性卫星开发”的会议。会上,有关军事专家、学者以及企业代表就“僵尸卫星计划”中涉及的技术难题、废弃卫星回收、实战应用等事项进行了讨论。2天后的28日,DARPA就公开宣称,利用“僵尸卫星”改在废弃卫星计划的第一阶段,被命名为“凤凰计划”,并计划在2015年对该项目进行首次试验。当年11月15日,该项目的研发方之一——美国维维卫星系统公司的首席运营执行官布莱恩·麦克奎克在“2012年卫星通信大会暨展览会”上对计划中设计的相关飞行器进行了介绍。到了2013年10月10日,美国《外交政策》报道,美国国防部已与加利福尼亚州的NovaWurks公司签订了一份价值4000万美元的合同,用于研发“僵尸卫星”。这也被媒体认为是“凤凰计划”启动的信号。可见,美国的“凤凰计划”是一个谋划良久且有延续性的太空计划。那么,美国人意欲何为呢?


卫星是美军现代和未来战争的关键节点,美军一直在致力于研发高性能低价格卫星。图为美国战术卫星3卫星,造价仅500万美元。

凤凰计划可使已报废卫星重获新生

美国人声称,“凤凰计划”的初衷,是为了节约成本。公开资料显示,美国在太空中的废弃卫星数量庞大,已经构成了名副其实的“太空坟场”,其价值高达3000亿美元。为了“不浪费”这些美国的“太空资产”,DARPA才推出“凤凰计划”,试图将“太空垃圾”变废为宝,能够“像凤凰涅槃一般浴火重生”。DARPA的公告称,该计划的目的是,研发并展示“从太空中退役、不运转的卫星上获取并重新利用有价值零部件”的技术,以及显示“以大幅降低的成本制造新的太空系统的能力。“凤凰计划”项目的一位负责人曾表示,“如果该项目能够得以实现,人造卫星成本将大幅降低”。

另外,“凤凰计划”在经济上还有深层次的好处。其能为美国创造了一个潜在的新商机。表面上看,“凤凰计划”收拢和再利用卫星废弃零部件,高举“空间环保”的大旗,是一件造福人类的好事。实际上,其很可能只是美国借机拉动空间经济的开始。目前,由于航天飞机相继退役,美国又面临沉重的财务危机,在国际航天商业市场上被俄罗斯抢去了风头。借“凤凰计划”,美国无疑像那些拥有卫星的国家提供了一种经济的卫星延寿方案。一旦有国家想利用此技术改造自己的废旧卫星,势必要向美国寻求技术支持,也自然也付出经济上的代价。另外,航天技术一向是烧钱的行业。美国发展新的航天项目,有助于刺激国内经济增长。

凤凰计划可俘虏他国卫星变为美军卫星

然而,“凤凰计划”本身的内容,却很难不让人与军事应用联系起来。一方面,“僵尸卫星”的存在,增强了美军太空通信的抗打击能力。“僵尸卫星”这种“用废旧卫星生成新卫星”的方式,可以让美军在较短的时间内拥有一颗新卫星。“僵尸卫星”既可以承担日常通信工作,也可以成为卫星的备份。一旦在战时美国现役卫星被摧毁或者被干扰,美军可以用“僵尸卫星”制造一颗新卫星应急。同时,“僵尸卫星”也具备进攻性,其既然可以附着在废弃卫星上,也自然可以附着在其他国家正在使用的卫星上,将之“收归己有”。

美国太空技术已经非常发达,对接技术成熟。图为在1995年美国亚特兰蒂斯号航天飞机与和平号空间站对接。

另外,“凤凰计划”中另一种人工天体——“维修供应飞行器”,也能成为“大杀器”。其能把美国废弃卫星上的部件拆卸下来重新利用,也自然能把其他国家卫星上的部件拆下来为己所用。有军事专家假设,一旦美国在地面上的战争有战略、战术方面的需要,“僵尸卫星”就会按照军方要求,执行太空掠夺和侵占任务,打击相关方的太空通信能力。因此,有评论认为,“僵尸卫星”这种“损人利己”的方式,完全可以在军事上成为一种进攻性武器,破坏正常的在轨卫星。这些推测并非完全是捕风捉影,美军自己的公开资料中已能看出端倪。

美或先发制人将他国卫星全变为僵尸

2013年9月,美国空军航天司令部司令威廉·谢尔顿在与记者举行会谈时说:“如果(美军)完全依赖太空和网络能力,可是突然之间这些能力不复存在,那么下一步怎么办?第二套计划是什么?”他特意强调说,“这其实是我们目前关注的焦点,那就是设法让我们的卫星群具备复原力。我们确实正尝试着在需要具有的能力、经济承受能力和复原力之间作出平衡。”这似乎是在为“凤凰计划”所谓的“节约成本”提供合理的解释和依据。

然而,对于曾有五角大楼官员说过的美国“太空军事化”问题,谢尔顿并非对此予以否定。当有记者问到“一旦敌人攻击美国的卫星,美国会有哪种回应”的问题是,他闪烁其词,只是说“也许不会有非常明确的行动。”这显然并未否定“美军将不会采取行动”。美军会采取怎样的行动呢?是“先发制人”?还是“秋后算账”“全力反击”?无论哪种行动,都有一个前提,就是其太空武器必须具备进攻性。从这种意义上看,“凤凰计划”和“僵尸卫星”,都具备这种技术、战术的基础。那么,美军的“凤凰”能否涅槃重生?“僵尸”又能否“死灰复燃”呢?


图为2012年6月16日,美军X-37B“轨道试验飞行器”在执行了469天在轨试验任务后返回美国范登堡空军基地。

凤凰计划思路是以彼之道还施彼身

如果“凤凰计划”顺利实施,“僵尸卫星”按计划升空,将的确会给传统的太空作战模式带来冲击,甚至改变原先的太空战设想。自20世纪80年代的星球大战计划以来,太空战的模式就习惯上地被认为是“在外太空和地面部署高能定向武器,如微波武器、激光武器、高能粒子束、电磁动能武器等,对敌方的太空人工天体实施毁灭性的打击。此外,还可以利用卫星搭载常规打击武器(如导弹)或电子干扰设备,令敌方天体的难以正常运转。这些武器的思路,都是基于“破坏”的思路研发的。

而“凤凰计划”则提供了一种“因粮于敌”的作战思路。从敌方卫星上“窃取”部件,在打击敌人的同时壮大了自己。这种方式比单纯的毁灭对手要“高明”不少。同时,作为“维修供应飞行器”的大型同步轨道卫星,用机械臂拆除卫星上的零件。与传统的高能武器相比,这种机械化的作业方式消耗能源相对较少,也相对安全(不用携带高能部件),可靠性也相对较高(激光武器的光学部件易被破坏)。因此,“凤凰计划”的作战方式是较为稳妥的。

凤凰计划难题多 2016年难获成功

不过,虽然理论上看“凤凰计划”像“凤凰于飞”般美丽,但真正实现并不容易。美国媒体报道,参与“凤凰计划”项目的机构,除了美国维维公司外,还有国际通信卫星组织,美国国家航空航天局喷气推进实验室等。这些机构实力不可谓不强,DARPA也雄心满满,称将在2016年展示在轨运行的“僵尸卫星”。然而,从目前的研发进度看,DARPA除了提供一些说明概念的动画外,并无实物展出。

2012年DARPA在报告中曾透露,“凤凰计划”将要研发的“特殊机械工具”,以确保机械臂“将零部件取出”,而机械臂将由地面指挥中心控制。目前,这种机械工具的研发状况仍然没有公开。美国时不时还公开一些电磁炮或高能激光武器的研发动态,因此对一种机械装置并无太多必要严防死守。据此可以推断,也许这种“特殊机械工具”根本还停留在纸上。

图为2009年9月17日,日本无人驾驶太空货运飞船被国际空间站的机械臂捕获。

凤凰计划所谓成熟技术 距军用标准还远

“凤凰计划”面临的技术难题还不止这些。DARPA的研究人员预计,“凤凰计划”中预计采用的技术包括:耐辐射的微电子和存储设备、空间机器人轨道传感器与机械臂技术、空间机器人微域操作工具及成像技术、远程影像与视频技术等。这些技术绝大多数停留在研发阶段,有的甚至只提出了技术概念。有些看似成熟的技术,以军用标准看仍存在差距。比如,所谓的空间机器人轨道传感器与机械臂技术,其实在国际空间站与美国航天飞机上早有应用。然而这些技术往往用于抓取较大型或动作要求不太高的太空作业,一些细微之处的工作(比如更换某些部位的零件)仍需要航天员进行太空行走才能够完成。

凤凰所需运载工具X-37B飞机还在试飞

不仅“凤凰计划”本身存在技术难题,其他的辅助领域,也有不少问题亟待解决。有观点认为,美国空军秘密的X-37B机器人太空飞机,可以用来靠近在轨运行的卫星。该机每次在太空中能停留几个月的时间,可以成为“僵尸卫星”作业的平台。目前,X-37B还处于“验证机”的阶段,离实际应用仍有距离。


图为机械手臂在修理空间站,这些技术都可以用于美国凤凰计划中。

美需要高精雷达监测数十万太空垃圾

另外,美军的“美国空军太空监视系统”(AFSSS)目前在技术和财政的双重压力下,难以满足美军现有的需要。据NASA统计,分布在近地轨道上的空间碎片中,直径大于10厘米的碎片数量约为1.5万个,而直径仅大于1厘米的空间碎片数量则有40万至50万个。

AFSSS使用的甚高频雷达站,对直径在1厘米至10厘米之间的太空碎片定位能力相对比较差,探测微小目标的能力十分有限。这导致卫星在太空运行时,难以规避太空碎片。若卫星高速运行时与碎片发生碰撞,直径大于10厘米的碎片足以将卫星击毁,直径大于1厘米的碎片便能严重损伤卫星的外部。2009年2月10日,美国一颗通信卫星与俄罗斯一颗报废卫星发生碰撞,产生了数以千计的碎片和垃圾,直接威胁了美国的太空资产乃至国际空间站的安危。

美推出太空栅栏计划 定位监视太空垃圾

对此,美国试图建立新的用于监测太空物体的雷达系统——“太空栅栏”,用于监视“对美国构成威胁的”在轨卫星及太空碎片,保护美国的太空资产,维护国土安全。按照设计,“太空栅栏”每日可进行500万次探测扫描,探测预警能力出色。其能密切监视在轨卫星,把经过美国上空的卫星登记造册,并能确定其飞行轨迹和用途,对美国的太空资产进行有效预警,保护美国的间谍卫星、GPS卫星、商业卫星等免受太空碎片、太空垃圾、微卫星等天体的威胁。

然而,目前有消息称,“太空栅栏”因预算削减,很难在近几年获得拨款,预计将在2017至2020年间才能具备初始作战能力。缺少“太空栅栏”的辅助与保护,“僵尸卫星”对废弃卫星进行定位、躲避太空碎片损伤的能力将大幅降低。这会导致本来是去清除“太空垃圾”的“僵尸卫星”,很有可能反被“垃圾”毁伤。由此可见,“凤凰于飞”,并不像说的那样美。


作为世界上高科技研发能力最强的国家,美国习惯在高科技领域提出各种新锐概念。这样做既可以提高研发部门的积极性,也有助于保持科技、装备发展的活力。但这些新概念、新技术项目的“成活率”却并不高。

比如,著名的X计划中,相关新概念、新型号提出后,实际中的试验失败、重大事项目中止等现象屡见不鲜。不少代号“X”的飞行器没有飞行,甚至根本没有生产。20世纪90年代至2001年,洛克希德-马丁公司受NASA委托,耗资13亿美元研发X-33。按设计,该机是航天运载飞行器“冒险星”的1/2 缩小版,以验证“无人驾驶单级入轨可重复使用空天飞机”的技术。结果,因资金、技术等各种问题而取消,X-33连样机都没完成即直接下马。

不过,“敢于且惯于尝试新概念、新技术”,本身就是一种促进创新的激励制度,对美国航天业乃至科技发展有着巨大作用。因此,“凤凰计划”是否能够实现,还有待时间的考验。即便最终未能实现,但其留下的研发经验与技术积累,则实实在在地夯实了美国科技的地基。

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