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美智库向美政府提出抢占地月空间霸权的对策建议

访问次数: 1155 次    作者: 远望智库开源情报中心 书香慧言 编译    发布时间: 2024-03-06

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近日,美智库米切尔航空航天研究所发布题目为《确保月球空间及地球外第一岛链安全》的研究报告,针对当前各国纷纷开启新一轮登月计划,建议美国防部、国会、太空军等采取相应措施,以维护美国在地月空间的利益。主要观点如下:

报告指出,第二次登月竞赛涉及数十个国家,但很明显,美国及其盟友的价值观与中俄等国政府的价值观完全相左。美国主要做法是与英国、澳大利亚、日本、意大利等国签署《阿尔忒弥斯协议》,这是一项促进国家间合作和透明度的多国协议。与之形成鲜明对比的是,有些国家对月球宣誓领土主张,将其武器化,并采取地区准入拒止政策。两种截然不同的做法反过来将影响陆地上的地缘政治,并为人类进一步向太空扩张开创先例。出于这些原因,美国及其伙伴国必须取得成功,在开发地月轨道空间方面建立一个更具建设性的先例。

从拉格朗日点微妙的卫星操控优势到自然资源和独特的环境条件,地月轨道空间和月球拥有重要的科学、经济和安全价值,必须在合作国家间和平分享。与此同时,遥远的距离、复杂的天体动力学、极端的温度和破坏性的尘埃带来了挑战,也需要各国开展合作和建立伙伴关系来加以克服。更重要的是,将这种资源拱手让给对手将给美国带来难以克服的劣势。

正如军方在美国历史上多次所做的那样,美军现在必须支持推动技术发展并采取行动,来助力月球探索和人类进步。通过与美国国家航空航天局合作,美国防部可以帮助建立一个同时推动民用和商业进步的架构,并为美太空军和太空司令部奠定基础,以维护地月轨道空间日益增长的国家利益。其中一些活动将是对现有任务和能力的拓展,而另一些活动则将是一些新努力,旨在克服在月球及其周围行动的独特挑战。美国会为太空军提供的早期追加投资,对于开发关键技术、部署所需能力和建立所需负责任的行为规范至关重要。具体而言,美国应采取以下措施,来适当调整军队态势,避免亡羊补牢,紧急投入大量资金来夺回失去的优势。

一、根据现有《国家地月空间科技战略》和最近发布的《太空政策审查和卫星保护战略》,制定国防部地月空间战略,以指导和协调相关工作

一份成功的国防部地月空间战略或理论对于定义军队的作用及其与地月空间民用和商业目标之间的关系至关重要。与《国家地月空间科技战略》不同,国防部的地月空间战略将聚焦独特的军事目标,以便将促进安全稳定的环境作为首要目标,将实现或加快推进民用与商业目标作为次要任务,而《国家地月空间科技战略》将聚焦科学、技术和探索上。在当前美太空军声明的基础上,国防部地月空间战略的目标可能广泛到“确保我们国家在地月空间内部、从地月空间以及进入地月空间的利益”。在总体愿景的基础上,美国防部还应详细说明其打算实现的具体军事目标,包括确保在拉格朗日点的安全运营或不受限制地进入月球表面等。此外,国防部的战略应详细说明军队将如何实现其既定目标,并阐明美空军研究实验室、国防高级研究计划局、太空军及太空司令部在次轮登月竞赛中的作用和关系。例如,美太空军为太空司令部部署一定程度的太空感知能力,以确保宇航员的安全,或者美太空军为美国家航空航天局的科学任务部署安全、高带宽的通信。国会需要该战略,以便有效地开展资金投入、政策指导和监督工作。同样,国防工业也需要引导,以便了解投资的方向。最后,该战略还可以向伙伴国释放信号,表明美国防部将在构建一体化架构方面贡献哪些要素。

二、培养具备地月空间专业知识的太空卫士

受过适当培训和教育的工作人员对于完成国防部的每一项任务都至关重要,而对于一个在确保地月空间安全时需要面临复杂技术挑战的团队来说尤为如此。太空军必须培养一支精通数学、科学和专业知识的太空卫士团队。这首先需要所有太空卫士必须熟悉“地月空间基础知识”,而后对少数从事地月空间任务的太空卫士进行拓展训练,最后是培养一小部分深入了解或“主修”地月空间知识的太空卫士。由于有空军研究实验室的《地月空间入门》,太空军并不是从一张白纸开始的。进一步利用美国家航空航天局及其他天文支援与培训材料,太空军可以利用一系列现有培训渠道。专门从事地月空间任务的太空卫士应具备必要的信息和技能,以便开展地月空间态势感知,为未来作战进行筹划和制定战略。对这些太空卫士而言,担任正在进行的民事和商业努力的联络员也很重要。为此,未来五年,太空军的最终兵力将需要增加约200人。该团队将推动相关能力从研究层面迅速过渡到作战层面。这些人员主要从事四个方面的工作:支援正在开展的研发工作;采购和部署能力;开展行动;人员培训与分配。太空军需要定期评估人员需求,以适应不断变化的任务需求和能力。

三、制定地月空间条令、作战概念和需求

在拥有地月空间战略和训练有素的太空卫士后,美国防部必须制定新的或修改现有条令、作战概念和需求,以应对地月空间的独特挑战。与国防部的地月空间战略一样,新版或更新后的条令、作战概念和需求将包括对民用和商业活动的直接支持以及特有的军事需求。例如,美太空司令部目前对探测、跟踪和识别地月空间中物体的要求可能会扩展到包括表征物体任务类型并快速确定其是否构成威胁的能力。如果是威胁,如何通过外交、经济、信息或军事手段最好地将其消除。此外,对精确导航、机动性和通信数据速率的新要求对于建立必要的地月空间基础设施也是至关重要的。实现态势感知或者在军事、民间及商业实体间进行信息交换的作战概念将促进透明度及合作。在条令、作战概念及需求的范畴,美太空司令部可以识别并溯源潜在的有害或威胁行为,作为促进稳定和维护利益的手段。

四、发展确保任务成功的技术

在推进前期工作的同时,美国防部,特别是太空军应加大对研发的投资力度,以确保未来的地月空间作战。截至目前,国防高级研究计划局及空军研究实验室在该领域的投资令人瞩目。太空军此前对这些工作的参与,以及对太空态势感知、高带宽通信和地月空间导航技术、推进与机动技术、发电与配电、登月等关键领域给予的额外关注将有助于成功过渡到作战能力。考虑到潜在的资金和人员限制,由太空军独自在所有这些领域开展研究并不可行,但这些研究领域中的每一项都可以利用太空卫士独特的军事经验和专业知识,以便使必要的技术成熟。

(一)地月空间态势感知。态势感知是成功构建地月空间基础设施的最关键基础要素之一。空军研究实验室的Oracle项目对于监测广阔的地月空间及关键领域(如拉格朗日点和转移轨道)至关重要。然而,不幸的是,由于Oracle项目的复杂性和资金问题,空军研究实验室近期宣布将Oracle项目从2025年推迟到2027年。这将使未来七年对近100次登月任务的感知能力有所降低,并延迟了未来几十年建立强大态势感知基础设施的进程。当对手在该领域的行动需要增强态势感知时,这种耽搁会带来风险。太空军应支持这一项目,并尝试重新加快发射速度。考虑到太空军现有资金限制,这可能需要国会进行额外拨款。此外,太空军应探索在即将到来的任务中增加使用光学和射频(RF)传感器或执行使用光学和射频传感器的转型任务。照明条件的变化和保护月球背面屏蔽区的需要,将使这些能力成为态势感知架构必要组成部分。美太空司令部和太空军应倡导在航天器和着陆器上使用信标和转发器的国际标准。这将为地月空间态势感知提供进一步帮助,减少对纯粹“搜索和探测”方法的需求,使以公开透明方式识别航天器和位置变得更加容易。国际标准还有一个额外的好处是,它的制定可以不干扰射电天文工作或其他科学或商业活动。通过利用光学和射频传感器、信标和转发器,以及来自商业及盟国伙伴的集成数据,美国太空司令部可以建立必要的态势感知能力,以促进在地月空间安全运营以及进出地月空间。

(二)高速通信。确保安全的高带宽通信是美国防部在基础设施方面需要应对的主要挑战。现有通信网络难以支持当前的任务负载,也将无法支持《阿尔忒弥斯协议》所需要的扩容。激光通信似乎是一个理想的选择,因为它可用于高容量的数据传输,而且在太空中不会像云那样面临大气挑战。这并不是说建立一个相互连接的激光通信骨干网将很容易。地月空间的巨大距离将需要精确的指向精度来建联。新网络还必须克服与地球、月球和太阳的相对位置和方向有关的挑战,这将产生日食期和太阳排斥,因此需要多条途径来确保不间断通信。一系列位于拉格朗日点、月球轨道和地球同步轨道的中继卫星或将满足预期需求。

(三)定位、导航和授时。可靠的地月空间定位、导航与授时是另一个需要研发和建立标准的领域。美太空军凭借其在全球定位系统方面的经验,很适合牵头这项工作并塑造该领域。正在进行的商业、民用和国际努力将受益于太空军建立统一的地月空间定位、导航和授时标准。这将需要审查现有和拟议的方法以及额外的研究,以确保《阿尔忒弥斯协议》伙伴国之间的操作要求和互操作性满足实际需求。

(四)推力和机动性。鉴于将航天器从地球引力中推进至更高的地月空间需要更长的飞行距离并将面临挑战,有必要部署具有相当大推力和机动性的飞行器。与海军转向核动力潜艇与航母类似,核推进很可能是增强美太空军未来地月空间作战能力的关键因素。国防高级研究计划局的“敏捷地月运行示范火箭”项目(DRACO)是研究地月空间核推进的一个很好例子。由于快速与高效机动的重要性,可能需要对核推进方案进行进一步研究,以确保为决策者提供可行的核推进方案。这也将降低与单一供应商或供应链捆绑在一起的风险。

(五)发电与配电。与推进类似,发电与配电将是未来地月空间活动的另一个关键赋能因素。为科学、经济或生命维持设备提供不间断电力的能力将是必不可少的。月球表面的巨大温度变化对设备的热调节能力提出了挑战,这增加了发电与配电的难度。从太阳能到核能的各种选项都值得探索。空军研究实验室的“在轨核电供应联合新兴技术”项目(JETSON)是探索替代航天器发电的一个很好范例。美国防部还必须考虑其他新颖的配电形式。例如,向远程用户提供电力的概念将有助于支持各种地月空间任务。这种电力供应可能来自太阳能或核动力航天器,该航天器可以将电力输送给运行了两周月夜的月球车,或者从月球表面站输送给绕月轨道上的航天器。空军研究实验室正在开展的名为“太空太阳能增量示范与研究”项目(SSPIDR)或有助于在未来十年内实现地月空间模式下为系统运行供电。

(六)月球发射与着陆。太空军与其他国防部实体将需要向月球表面运送设备、物资和宇航员,同时限制有害风化层的散播。实现这些目标需要新的、负责任的登月和月球发射方法。由于大气层极为稀薄,采用机翼或伞降的空气动力学方法是不可能的。一个潜在的选项是建造发射台和着陆台,这样火箭的推力就不会喷向松散的月球表面岩石和灰尘。另一种可能选项是使用月球表面的系绳作为升降机,将有效载荷从月球搬上、搬下。第三种选项,特别是针对发射,可以是电磁轨道系统。此前和正在进行的一些关于使用电磁力推动射弹的研究主要集中在高速武器上。然而,由于月球的低重力,一个速度慢得多的系统可以被用作从月球表面进入太空的运输工具。如今,类似的系统已经在航母和过山车上使用。在月球上,一个系统可以将有效载荷推进到离月球表面预定的高度,这样一旦火箭发动机或姿态推进器启动,它们就不会吹动风化层。

五、部署作战能力

随着上述领域的技术成熟,美太空军必须迅速过渡到作战能力的采购与部署,以便供太空司令部使用,并与民用和商业努力保持同步。重要的是,政府和行业要保留在研发工作中涌现出的专家和人才,这将简化能力过渡流程,防止因劳动力流失而导致不必要的停工和重启。为实现这一愿景,需要对架构做出快速决策,并持续提供稳定的资金。例如,如果Oracle或类似Oracle的系统打算成为整个地月空间态势架构的主要要素,它可能需要7部飞行器——五个拉格朗日点各一部,还有两部在L4、L5位置与月球之间穿行。这种类型的架构将提供一个合理的基线,以克服地月空间特有的尺寸和具有挑战性的观测几何结构。迅速做出决定并尽早将其纳入美太空军规划、计划和预算编制过程,将增加能力尽快部署的可能性。随着太空军向地月空间提供作战能力,它必须考虑到该空间特有的挑战与现实。长距离以及无法使故障飞行器脱离轨道或者退役航天器,将意味着太空军可能需要增加系统的设计寿命。目前,在分布式近地轨道(pLEO)大量部署的低成本、短寿命卫星与地月空间运营并不一致。这并不意味着地月空间不能利用分布式近地轨道所具备的快速技术更新率。通过模块化和可维护性设计,太空军可以实现必要的子系统更换与升级,以满足日益增长的运营需求和新兴技术更新。此外,提供在轨服务的能力将减少在地月空间产生碎片的可能性。正如在地球轨道上看到的那样,碎片或“太空垃圾”正成为一个越来越具有挑战性的问题。出于科学、经济和国家安全目的,减少这种危险的产生对于保护地月环境至关重要。尽早筹划采用这种理念和目标是确保成功的唯一途径。


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