8.1 主要太空武器装备
太空作为新的作战疆域必将成为新的“角斗场”，而太空武器将成为彰显太空力量和维护太空利益的关键。作为太空战的物质基础，太空武器装备受到美俄两个航天大国的高度重视。近年来，基于太空军事竞争的需要，美俄两国加紧发展太空武器装备。美军加快发展太空武器装备，以期在未来的深空博弈中占得先机、夺取优势、克敌制胜。深化太空合作，稳固太空联盟。俄罗斯为应对卫星老旧、技术断代严重等问题，着力打造了通信，导航、遥感一体星座。
基于将太空域视为新型作战域的认识，各国持续提升太空战装备能力，推动太空装备从信息支援转向作战应用，体系层面推动弹性化和防护能力发展，系统层面推动高性能和抗干扰能力发展，应用层面则推动向实战应用发展。随着航天系统和技术快速发展，低轨星座的快速部署加剧了各国对太空资源争夺战的担忧，太空竞争态势愈发激烈。在大国竞争背景下，太空战装备保持了快速发展态势，各国积极推动系统能力更新与扩充，应用由战略支撑向战役战术保障转变。
8.1.1 太空态势感知系统
掌握太空环境变化和在轨飞行器运行活动不仅是保障自身太空系统安全的前提，也是开展太空攻防对抗活动的基础。因此，太空感知能力建设已成为美国关注的重点内容。太空态势感知是指获取和认知空间态势信息，包括空间目标监视和空间环境监测，是进一步开展空间操控和空间对抗的基础。美国在其积极的军事战略牵引、强大技术和财力支持下，近年来开展了多项空间态势感知试验项目，部分项目已经形成装备并正式投入使用，对高价值空间资产的安全性产生了严重威胁。
对太空态势感知（space situational awareness，SSA）概念的表述最早可追溯到20世纪90年代。1998年3月，时任北美防空航天司令部司令的艾斯特斯首次提出太空态势感知的概念，认为太空态势感知是获取太空优势的基础，是实现太空控制的关键因素。1998年8月，美空军发布第一个《太空作战条令》，指出太空态势感知是太空作战计划人员应该考虑的问题之一。随后在历次《太空作战条令》《太空联合作战条令》修订过程中，太空态势感知的概念内涵不断丰富，太空态势感知的地位有了明显提升，内涵也趋于成熟。
从美军太空态势感知概念的发展历程来看，早期太空态势感知的重点是感知在轨运行空间物体及其运动规律，保障美国航天活动安全；当前及未来太空态势感知的重点将转变为感知在轨运行空间物体及其运动、能力和意图，保护美国和盟国的太空资产免受潜在威胁。未来，太空态势感知有望仍然保持快速发展态势，为航天活动提供更加科学有效、直观丰富的信息支撑（图8-1）。
图8-1 美军太空态势感知概念的主要演变节点
2020年3月，美国天军宣布正式启用“太空篱笆”（SpaceFence）空间监视雷达站。“太空篱笆”属于地基雷达系统，主要用于跟踪低地球轨道（LEO）上的卫星和空间碎片。“太空篱笆”使用固态S频段技术检测和跟踪太空轨道中的物体，可探测低地球轨道直径5 cm的太空目标，并具备对更高轨道物体的搜索能力。该系统的升级部署将帮助美军提升对亚太地区的太空态势感知能力，凸显了美国对太空战略的重视。
2020年5月，美国天军开发出用于跟踪和监视太空物体的“小林丸”太空跟踪系统。该系统可为美国天军提供数据流和存储技术，使其能够更好地监视太空环境，并推进太空操作系统的现代化。同时，该系统还可为美国、英国、澳大利亚、新西兰和加拿大在内的“五眼联盟”成员国提供服务，简化太空物体跟踪流程，并实现成员国之间的数据复制，加强盟国在太空领域的信息共享能力。
随着美国对太空安全及态势感知理解的不断深入，其发展思路逐渐转变为以地基系统为基础，充分发展天基系统，并将天基系统的研发定为太空目标态势感知优先发展方向。截至2020年，美国高轨领域态势感知项目实施情况统计如表8-1所示。
表8-1 美国高轨领域态势感知项目实施情况统计
续表
1.微卫星技术试验卫星（MiTEx）
微卫星技术试验（MiTEx）卫星是美国国防高级研究计划局（DARPA）、美国空军和美国海军联合实施对高轨目标抵近操作的微卫星计划。MiTEx空间飞行器包括三部分：美国海军研究实验室研制的上面级，轨道科学公司研制的MiTEx-A卫星和洛·马公司研制的MiTEx-B卫星（图8-2）。
图8-2 微卫星工程试验系统
2006年6月18日，DARPA和美国空军利用德尔它-2运载火箭将MiTEx空间飞行器送入GTO轨道，然后由上面级将2颗MiTEx卫星送入GEO轨道（图8-3）。MiTEx卫星的上面级装有多块太阳能电池和1台卫星跟踪仪，除了用来将微卫星推入地球同步轨道外，还可完成更多的任务。MiTEx-A/B每颗卫星重量为225 kg，进入地球静止轨道后进行了轨道机动和相互观测试验，开展了自主运行、机动和位置保持试验，验证了静止轨道微小卫星相关技术。
该系统完成了GEO轨道抵近侦察在轨演示，在完成预定的在轨监测演示试验后，2颗MiTEx小卫星在2008年底至2009年初机动至失效的国防支援计划-23（DSP-23）导弹预警卫星附近，成功对其进行了在轨监测。
图8-3 MiTEx卫星在轨工作轨道演变情况
2.地球同步轨道空间态势感知计划卫星（GSSAP）
地球同步轨道空间态势感知计划（GSSAP）是美国空军发展的高轨巡视卫星。首批两颗GSSAP卫星于2014年7月28日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射场发射入轨，2015年9月结束测试，具备初始运行能力。
GSSAP卫星由轨道科学公司研制，由位于科罗拉多州的施里弗空军基地负责运行。卫星选用轨道科学公司的GEOStar-1平台，该平台具有高灵活性和大机动能力，能够进行精确指向。GSSAP卫星搭载高分辨率相机与高性能电子窃听设备，可对观测目标进行“拍照”与“窃听”，能够清晰拍摄目标外形并跟踪经常执行轨道机动的目标，也能够跟踪目标发射的无线电信号以获取其通信信息（图8-4）。
图8-4 GSSAP双星在轨示意图
2016年8月19日，美军成功发射第二批两颗GSSAP卫星（GSSAP-3/4），与2014年发射GSSAP-1/2完成四星星座组网，进一步提升美国对GEO卫星的持续监视与抵近侦察能力。当月，美军还曾对GSSAP-1/2卫星进行机动变轨，抵近详查美国海军故障卫星“移动用户目标系统” -5（MUOS-5）以确定故障原因，美国未公布GSSAP拍摄图像，但称目标图像分辨率达厘米级，能清晰查看目标的天线和传感器。
目前4颗GSSAP卫星均在近地球同步轨道运行，距离GEO带20～80 km附近运行，GSSAP星座已实现四星联合在轨运行，对高轨目标巡航侦察和抵近详查能力进一步提升，美国高轨空间目标探测与识别能力进一步增强。2017年7月—2018年5月，GSSAP卫星至少执行了8次抵近成像任务，分别对俄罗斯的5颗卫星和我国研制的巴基斯坦1R、尼日利亚1R卫星进行了近距离侦察，最近距离只有10 km左右。
3.局部空间自主导航与制导试验卫星（ANGELS）
局部空间自主导航与制导试验卫星（ANGELS）是美国空军研究实验室（air force research laboratory，AFRL）发展的高轨抵近侦察技术试验卫星，轨道科学公司为ANGELS卫星主承包商。2014年7月28日，ANGELS与两颗GSSAP卫星以一箭三星方式从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射场发射升空。卫星重量约70 kg，设计寿命1年，采用光学设备，卫星进入预定地球同步轨道后，ANGELS卫星以上面级为目标进行逼近、绕飞、悬停等操作，测试星上导航系统和态势感知载荷性能，评估卫星自主探测、跟踪、监视空间目标，掌握目标特性和活动意图的能力。ANGELS卫星在轨还试验了自主任务规划与执行技术和地球同步轨道GPS接收机结合高性能加速度计的测定轨技术（图8-4）。
4.ESPAStar平台
ESPAStar平台使用改造的“渐进一次性运载火箭次级有效载荷适配器”（EELV secondary payload adapter，ESPA）环为主体结构，可通过任何符合相关标准接口的运载火箭进行发射。ESPAStar平台通过在ESPA环内部加装推进系统、姿态感知与控制系统、电源系统与通信系统等，增加姿态控制、在轨机动能力，以及双向通信能力。ES-PAStar平台具有6个载位，每个载位可携带1个搭载载荷或2个可分离载荷，全平台共可搭载6～12个载荷。
ESPAStar平台直径1.575 m，高0.61 m，干重量430～470 kg。配备4个推进剂储箱，共携带肼310 kg，具备较高的变速能力，预计为400～800 m/s。ESPAStar平台可承载的最大载荷重量为1 086 kg，即平均每个载位181 kg，最大载荷尺寸为0.965 m，提供1200 W功率，携带96 Ah锂电池，具备2 kbps上行链路、256 kbps/1.6 Mbps下行链路，速度增量大于400 m/s，具有12台1N推力器、4台22N推力器，通过反作用轮实现优于20μrad（1σ）的姿态控制精度，姿态机动能力大于1.2°/s，定位精度优于100 m。
2018年4月14日，首颗采用ESPAStar平台的卫星———“ESPA增强地球静止轨道实验室试验” （EAGLE）成功发射（图8-5）。EAGLE共载有5个载荷，包括1个可分离卫星和4个搭载载荷，其中4个搭载载荷在整个任务过程中不与平台分离，共用平台资源，1个可分离卫星即MyCroft小卫星。MyCroft卫星是美空军研究实验室在“空间试验计划”（STP）计划下委托轨道科学公司（ATK）研制，卫星重量约100 kg，发射入轨后，MyCroft卫星对EAGLE开展抵近与检查试验，先移至距EAGLE卫星约35 km处，此后数月不断抵近EA-GLE卫星至1 km处并对其进行近距离检查。根据美军公开的数据，2018年5月中旬，MyCroft卫星运行在距地面38992 km高的坟墓轨道上，证实其已在坟墓轨道开展相关试验。这表明美军已经把巡视能力扩展到坟墓轨道。
图8-5 ESPAStar平台示意图
5.太空监视小卫星系统（S5）
太空监视小卫星系统（S5）是美军发展的高轨SSA小卫星星座技术试验卫星。S5于2019年2月22日由美国劳拉公司LS-1300卫星平台上的有效载荷在轨交付系统（PODS）在轨释放，部署在略高于坟墓轨道的高度上，开展高轨监视星座技术试验。S5卫星搭乘太空探索技术（SpaceX）公司的“猎鹰”-9运载火箭发射升空。S5卫星搭载在印度尼西亚太平洋卫星PSN-6通信卫星上，在PSN-6最终到达定位点前释放，随后开展GEO轨道太空目标监视试验（图8-6）。S5卫星是美军首颗采用大型卫星直接释放的GEO轨道太空态势感知卫星，主要用于在轨试验采用低成本小卫星星座来加速美国常态化太空目标编目信息更新周期的可行性与经济性。
图8-6 S5卫星发射示意图
根据美国空军研究实验室和商业公司对外公开的信息，S5卫星重量60 kg，采用蓝色峡谷技术公司的灵活小卫星平台，有效载荷为1台30 cm口径的先进光学系统，由应用国防解决方案公司负责研制。S5是美未来高轨SSA星座的试验星，后续计划部署由12～16颗微卫星组成的监视星座，持续环绕同步轨道带运行，对含坟墓轨道的整个高轨区域进行持续监视，对异常事件进行告警。S5系统的部署，将极大提高美国高轨态势感知系统的隐蔽性和弹性，增加我国空间态势感知系统发现目标的难度。
对GEO轨道目标尤其是非合作目标的抵近侦察，需要突破以下关键技术：
一是灵活可靠、成本适中的GEO轨道进入技术。相对低轨卫星，高轨卫星的重要特点之一是入轨难度大、成本高。不管是通过上面级直接入轨还是通过卫星自身变轨，进入GEO轨道均需要消耗大量燃料，系统设计相对复杂，成本高昂。分析美国现有几颗GEO轨道态势感知项目，早期均通过特定平台直接送入GEO轨道，最近发展为通过其他卫星入轨以“搭便车”方式进入轨道。需要突破的关键技术包括小型化长寿命部件设计技术、微纳卫星潜伏寄生技术、分离聚合航天器控制技术。
二是在轨长时间自主运行技术。态势感知航天器为了全面获取GEO轨道空间态势信息，需要长时间运行于国土上空以外的高轨区域，处于本国地面测控站不可见范围内。以GEO-50 km轨道为例，完成对全球GEO带内卫星巡航一圈的周期约为560天，其中卫星约有286天时间运行在国内测控弧段以外，需要卫星具有较强的自主运行能力。需要突破的关键技术包括高轨长时间自主导航、自主任务管理技术以及故障诊断与恢复技术，在轨自主运行时间需大于300天。
三是空间自主交会接近制导与控制技术。态势感知航天器逐渐接近目标卫星，测量敏感器获得目标卫星方位和距离信息，相对运动制导与控制在相对测量信息基础上进行航天器轨迹控制，从而抵近目标卫星至所需距离范围。需要突破的关键技术包括对空间目标主动绕飞控制技术、对姿态机动目标随动跟踪控制技术、对姿态机动目标抵近制导与控制技术。
四是轨道机动多角度立体成像技术。态势感知航天器对目标卫星接近过程中，需要对目标卫星进行成像，对空间目标进行特征识别，在最佳观测距离和最优拍摄角度获取目标高清视图，掌握精准的目标物理外形信息。需要突破的关键技术包括轨道机动观测技术、多角度立体观测技术、杂散光抑制技术、空间目标在轨三维模型重建技术、空间目标特征提取与跟踪测量技术。
近年来，美国积极开展太空态势感知在轨演示任务，探索利用微小卫星执行太空态势感知任务的新技术。2020年3月16日，美国成功发射1颗12U立方体试验型太空态势感知卫星———TDO-2。其用途官方说法为试验轨道碎片跟踪技术，但具体任务和技术细节未对外公开。2020年5月17日，美国从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射第6次X-37 B任务。X-37B OTV-6首次在尾部加装1个专门进行各种试验的服务模块。OTV-6搭载了NASA的2个试验项目，包括新型材料样板（评估选定的材料对空间条件的适应），并研究太空环境辐射对种子的影响。据专家推测，本次X-37 B项目其他试验包括：先进制导、导航和控制，热防护系统，航电设备，高温结构和密封件，先进电推进系统等。
俄罗斯发展新一代导弹预警卫星。2020年5月22日，俄罗斯发射了第4颗“探测、战场指挥与控制集成式空间系统”（EKS）卫星，即“冻土”4（Tundra-4）卫星，加速向实现全球导弹预警能力发展的目标迈进。据报道，Tundra卫星可探测的目标包括弹道导弹、超声速飞行器，战略轰炸机，卫星、轨道碎片和地表火情。卫星的工作谱段有5个，包括紫外光、可见光和3种红外谱段。该卫星还具备一定的通信能力，例如，将信息传输给反导连队或者将指令传输给俄罗斯战略导弹部队以对核打击作出反应。俄罗斯计划于2022前发射10颗EKS卫星，与俄罗斯陆基预警雷达共同组成俄罗斯天基预警系统，部署完毕后正式命名为“穹顶”（Kupol）系统（图8-7）。
图8-7 “穹顶”天基预警系统示意图
8.1.2 弹道导弹防御系统
美国太空军具备对指定目标的太空攻击能力，对太空目标实施打击的手段主要借助导弹来实现，其中弹道导弹防御系统有三种型号：空军的陆基中段反导导弹、海军的“标准” -3海基中段反导导弹、陆军的末段高空区域反导导弹。其中：①陆基中段反导导弹是井基三级固体导弹，最大速度可达8 km/s，作战高度为130～2000 km，最大作战距离超过4000 km。自1999年起，曾先后进行了19次拦截试验，成功了10次。目前加利福尼亚州的范登堡基地和阿拉斯加州的格里利堡基地共有44个发射井，部署了36枚陆基中段反导导弹，美国计划在东海岸再建设一个基地，容量为60个发射井。②“标准” -3海基中段反导导弹主要部署在美海军大型作战舰艇上。2008年2月21日，美国海军在夏威夷西部太平洋海域从“提康德罗加”级巡洋舰“伊利湖”号上发射一枚“标准” -3海基中段反导导弹，将一颗247 km高度的失控侦察卫星USA-193击毁。2011年4月15日，“标准” -3海基中段反导导弹成功拦截了射程超过3000 km的假设敌来袭导弹。目前的“标准” -3海基中段反导导弹可以打击中近程弹道导弹和低轨道卫星，将来经过不断改进后可以拦截洲际导弹。③陆军的末段高空区域反导导弹是单级固体导弹，采用惯性/指令修正复合制导，速度2.8 km/s，作战高度40～150 km，最大作战距离200 km。战斗部为动能杀伤拦截器，采用中波红外成像制导。和其他反导系统相比，陆军末段高空区域反导导弹的最大特点是其作战高度范围从大气层内的40 km跨越到大气层外的150 km，号称“全球唯一能在大气层内外拦截弹道导弹的陆基反导系统”。整套系统中，最大的亮点不是导弹，而是AN/TPY-2型X波段固态有源多功能相控阵雷达。该雷达性能十分强大，其对雷达反射截面积为1 m2的目标最大探测距离可达1 200 km。
近年来，美国加紧推进导弹防御系统全球部署，积极发展导弹防御新技术。一是加强欧洲导弹防御系统部署。近年来在罗马尼亚、波兰等东欧地区部署反导系统。二是推进亚太地区导弹防御系统部署。2016年7月，韩美同意在韩国部署“末段高空区域防御”系统（“萨德”系统）。部署“萨德”系统后，其雷达将与部署在中国台湾的“铺路爪”雷达和部署在日本的两部前置X波段雷达联网，对我发射的弹道导弹主动段/上升段进行跟踪，为美国的导弹防御系统提供更多预警时间。三是加强反导拦截试验。2017年8月，美国海军在夏威夷海域成功拦截了一枚中程弹道导弹靶弹。2016年12月， “标准” -6导弹首次成功拦截一枚弹道导弹靶弹，这也是“标准” -6防空导弹第二次成功拦截弹道导弹。
8.1.3 太空信息系统
在未来战争中，太空信息系统将成为陆、海、空等作战力量的倍增器，太空信息战将是太空战的主要作战样式。由于太空战中所有攻防武器都要依靠信息来指挥、控制，谁取得了太空制信息权，谁就能取得制太空权和战争的主动权。目前，美军95%的侦察情报、90%的军事通信、100%的导航定位和100%的气象信息均来自太空信息系统；俄军70%的战略情报和80%的军事通信依赖于太空信息系统。可以预见，太空中的各种侦察卫星、预警卫星、导航卫星和军用通信卫星等，作为现代战争的耳目、神经，将对空中、地面、海上甚至海洋深处的军事行动产生越来越大的影响。
由于太空力量获取信息的突出优势，使得未来高技术战争中，陆、海、空等作战力量遂行的各种作战行动，将越来越依赖于太空信息系统所提供的作战信息保障，太空信息战正成为未来军事斗争的制高点。主要表现为：利用侦察卫星，可全面、准确、实时地收集敌方军事情报，使指挥员能够时刻掌握敌军的情况，从而有针对性地采取相应措施；利用通信卫星，可实现全球、全天候、不间断的通信，并且保密性强、可靠性高；利用导航定位卫星，不仅可使己方部队进行快速、准确的机动，而且可提高武器的命中精度，对敌实施精确打击；利用气象卫星，可获取全球气象资料，预报天气形势及其发展变化，满足军事行动的需要；利用测绘卫星，可精确测定地球表面各种目标的位置，从而绘制出详细、精确的军用地图等。正是由于空间信息系统在未来战争中具有极其重要的作用，所以敌对双方很有可能将其作为重点打击的目标。
进入21世纪，美国太空探索技术公司的“猎鹰” -9号火箭于2010年6月完成首次发射，于2015年12月首次成功实现安全软着陆回收，经检修后还可以多次循环发射使用，发射价格可降低到每千克1 100美元的水平。2018年5月，太空探索技术公司的二手“猎鹰”9-1.2型火箭在范登堡空军基地成功发射了7颗卫星，其中包括铱星通信公司的第6批5颗“下一代铱星”低轨移动通信卫星，以及美德合作的“重力恢复与气候实验后续”任务下的2颗地球科学卫星。这是“猎鹰” -9号火箭2018年第9次升空，也是美国2018年的第16次航天发射。加上“重鹰”首飞，太空探索公司2018年已发射10次。为了满足在北极地区日益增长的情报和通信需求，美国海岸警卫队于2018年向极地轨道发射两颗“立方体”小型卫星，从而加强无线电信号探测、遇难船只及飞机的搜索和救助能力。
俄罗斯积极推进其太空信息系统建设。2018年5月，俄航天集团推出新的俄罗斯全球卫星互联网项目。基本方案是发射288颗卫星并组成卫星群，其轨道高度为870 km。该项目的实施大约需要48亿美元。俄罗斯航天国家集团公司旗下的航天系统控股公司总经理安德烈·秋林说：“俄罗斯全球卫星互联网项目不仅仅是个卫星互联网项目。我们将利用卫星创建混合互联网络，计划使用手机网络、通信卫星和其他类型的转发器。”他指出，混合互联网络更加便宜、高效，也更加稳定。秋林说：“基本原则是互联网应无处不在，不论你在森林、海洋、山里，还是在北极钻井平台上，到处都可以收到网络信号。”他还表示，所有地面基础设施将设在俄罗斯，外国不可能对全球卫星互联网进行技术性屏蔽。
8.1.4 天基侦察预警系统
目前，美国主要研制天基侦察卫星，即天基红外系统（SBIRS），以弥补原有的太空侦察系统的缺陷。天基红外系统是技术最先进的红外监视卫星，含有极为先进的扫描传感器和凝视传感器，其红外敏感性得到提高，区域重访时间缩短。扫描传感器将提供全球导弹发射和自然现象的广域监视，而凝视传感器将以超强灵敏度观察较小片热点区域。2014年7月，美军又发射两颗“太空近邻监视卫星” （spaceneighborhood watch），这种卫星将配备光电传感器，部署在同步轨道附近，围绕这一轨道上下浮动，实施“近邻区域”监视，并增强“同步轨道太空态势感知”（GEO-SSA）的能力。此类天基侦察预警卫星主要功能包括导弹预警（M W）、导弹防御（MD）、战场态势感知（BA）和技术情报（TI）。此外，根据特朗普政府《导弹防御评估》报告，美国计划部署更多的新天基传感器；《国家太空战略》要求美国商业太空资产搭载包括侦察能力的军用载荷，这无疑又进一步增强了美国的太空监视能力。太空态势感知能力是美国太空武器化的必要步骤，也是太空武器化的基础。
美国有了此类天基侦察系统，加上诸如电子成像侦察卫星、海洋侦察卫星等卫星侦察系统，足以对在地球上发生的、即将发生的导弹发射、卫星发射、反卫星试验等开展监测和预警。美国不仅具有强大的太空监视能力，而且还与日本、澳大利亚等盟国联手打造更加强大的太空监视网络，不管是天上还是地球上的战略目标，都有被侦察监视的威胁。
1.航天电子侦察系统
航天电子侦察系统是战略预警情报的重要来源，作为专门针对电磁信号的情报监视侦察系统，该系统已成为重要的太空资产与信息支援力量。如何更好地运用航天电子侦察力量，已成为未来联合太空作战重要的研究方向。
美军在航天电子侦察领域处于世界领先地位，不仅最早研制并发射了电子侦察卫星，而且其航天电子侦察系统在侦察卫星性能、相关技术研发以及系统作战运用方面均处于世界领先水平。从1960年开始，美军前后共经过4个代系的发展升级，已打造了全球覆盖监视、全域频段侦察、高低轨道协同、战略战术兼重的航天电子侦察系统。其现役电子侦察卫星共有4型24颗，分别是以Mentor/Advanced Orion为主的同步轨道侦察卫星，以Mercury/Advanced Vortex为主的准同步轨道侦察卫星，以Trumpet为主的大椭圆轨道侦察卫星和以SB WASS为主的近地轨道侦察卫星体系（表8-2）。
表8-2 美军现役航天电子侦察系统的组成
（1）Mentor/Advanced Orion卫星。Mentor（门特）也称AdvancedOrion（先进猎户座），主要为美国国家侦察局与中央情报局服务。卫星在地球同步轨道上运行，主要覆盖区域为亚欧大陆和非洲地区，尤其针对以中俄为主的东北亚国家。该卫星载有巨型网状相控阵天线，能够侦收并监听0.1～20 GHz频段的远程通信信号与导弹遥测信号，其中包括微波与无线电信号，甚至步话机等微弱信号。此外，该卫星具备一定的星上信号处理以及机动变轨能力。2020年12月11日，美国利用“德尔他”4H重型火箭发射了Mentor-8地球同步轨道电子侦察卫星，该卫星能对南北纬65°之间的区域一天24 h连续不断地进行电子侦察，侧重于雷达和导弹遥测信号的电子情报侦察，采用大型侦收天线，侦收频段0.2～20 GHz，并采取抗核加固措施。
（2）Mercury/Advanced Vortex卫星。Mercury（水星）也称Advanced Vortex（高级漩涡），主要为美国国家侦察局与美国空军服务。卫星在准地球同步轨道上运行，主要覆盖区域为西欧、西亚以及非洲地区。该卫星载有直径约为100 m的大型圆形天线，能够侦察到通信、雷达以及军用信息系统的电磁辐射信号。
（3）Trumpet/Advanced Jumpscat卫星。Trumpet（军号）也称Advanced Jumpscat（先进折叠座椅），主要为美国中央情报局与美国空军服务。卫星在大椭圆轨道上运行，远地点靠近北极，距地面约39000 km，主要覆盖区域为以俄罗斯为主的北极地区，用于对北极侦察薄弱区的补盲。该卫星装有先进的侦察天线系统、信号处理设备以及数据传输系统，能够侦察北半球高纬度地区的通信信号、雷达信号以及导弹遥测信号等。除具备电子侦察能力外，“军号”后续1与“军号”后续2卫星上还分别搭载了广角成像中性原子光谱设备（TWINS）和天基红外预警系统大椭圆轨道载荷（SBIRS-HEO）。
（4）SBWASS卫星。SBWASS（天基广域监视系统）轨道高度约为1000 km，是低轨主力电子侦察力量，主要为美国海军与美国空军提供海洋监视与战略防空等支援。该型卫星采用双星组网的侦察模式，现阶段具备作战能力应为4组8颗，对同一区域每天能够重访约30次，星间侦察接力时延为20～40 min，侦察时长可达10～20 min。该卫星主要针对地球南北纬63°之间区域进行侦察，可侦收0.55～10 GHz范围内的通信信号、雷达信号与导弹遥测信号，能基本满足美海、空军全天候、长时段、高频次的情报、侦察以及监视需求。
航天电子侦察系统是战略预警与态势感知的重要情报来源，其在太空联合作战中的作用也逐步凸显。目前，航天电子侦察系统建设正呈现出“整合、聚合、联合”的发展趋势：一是整合现有系统内各要素，不断增强侦察系统弹性与恢复能力；二是聚合太空与网络空间的作战资产，规划跨领域作战的情报支援机制；三是打造联合太空作战的体系，借助军事联盟与商业力量的情报资源来构建空间盾牌，从而为未来军事行动提供更多的空间弹性和关键优势。未来，航天电子侦察系统将朝着有序展开更新换代、强化与网络空间作战协同以及融入太空联合作战体系的方向发展。
2.高分辨率成像侦察监视卫星
美国积极开展技术筹备和攻关，强化网络化和智能化太空侦察监测能力建设，试图打造低轨持续侦察监视大规模微小卫星星座，以算法软件为近期攻关重点，美国太空发展局开展“导弹射前探测多源情报融合软件”研制，提出看护层发展愿景与实现途径，将利用多源天基信息实时处理软件，实现对地面时敏目标的探测，为美国纵深打击力量提供目指信息。美国太空发展局在对外发布的“任务领域应用原型”软件招标文件中，明确定义从看护层运行自动化到自主化的分级标准，数据融合等级等关键概念，明确看护层先期重点关注领域包括：一是定义算法，研究算法对特定武器系统的适应性和可行性；二是软件原型开发，实现软件原型与各军种集成火力单元数据的融合与集成，推进软件地面原型向天基系系统迁移。
欧洲发射高分辨率侦察监视卫星。2020年，欧洲国家中仅法国发射了1颗侦察监视卫星，即“光学空间段”2（CSO-2）卫星（图8-8），该卫星为2018年发射的CSO-1的后续卫星，与CSO-1的设计大致相同，分辨率达到0.2 m。欧洲目前主要研发高分辨率宽测绘带卫星，以提高广域监视能力。这类卫星特别适合用于大范围地形测绘、数字高程模型生成、广域监视等领域。目前德国航空航天中心（DLR）正在研制“高分辨率宽测绘带” （HRWS）卫星，计划于2022年发射。HRWS卫星的分辨率为0.25 m时，幅宽达到15 km，与TerraSAR-X卫星的0.25 m分辨率、4 km幅宽相比，在保证同等分辨率的情况下实现幅宽成倍数提升。
图8-8 CSO-2卫星
在侦察监视领域，大规模协同监测成为重要发展趋势。星座卫星将具备自主运行能力，具备星间通信链路以实现大容量数据高速传输，每颗卫星均搭载了高性能计算机，单星为分布式计算节点，多节点构建网状网实现数据星上分布式计算能力，有望针对时敏目标产生火控级目标指示信息。此外，高分辨率光学成像卫星向轻小型化发展，光学卫星平台的稳定性、敏捷性不断提升，工作模式越来越多。合成孔径雷达（SAR）卫星领域正朝着高分辨率、宽覆盖、双/多基地、多成像模式、小型化组网及高频重访等多个方向发展。
军事方面，主要仍以大型SAR卫星为主，骨干系统开始升级换代，侦察监视能力大幅提升。例如，德国“天基雷达侦察系统”（SARah）雷达星座将利用编队飞行控制和干涉SAR技术，进一步提升地面动目标探测（GMTI）和数字高程模型测量能力。各国持续提高广域探测和敏捷成像能力，高分辨率宽幅成像、多模式SAR星座成为发展热点；正在研制高分辨率宽覆盖成像卫星，攻关数字波束形成技术，以克服传统SAR的限制，同时具备甚高分辨率和大幅宽，实现高精度广域探测。商业方面，以大规模商业微小SAR卫星星座为主，其所具有的高分辨率、高频重访、干涉测量等多方面的优势能力，已经受到军民商用户的高度关注。
3.军用环境监测卫星
随着天基环境监测技术的发展，美国军用环境监测卫星进入体系转型发展期，传统高度集成式卫星系统不再继续发展，转而发展单星功能简化的弹性系统。2020年4月20日，美国天军太空和导弹系统中心（SMC）组织了“下一代气象卫星—微波” （WSF-M）的关键设计评审（CDR），标志着弹性化的军用气象卫星进入生产阶段。未来，WSF-M系统、“光电红外气象系统” （E WS）卫星、E WS地球静止轨道卫星（E WSG）、“国防气象卫星”（DMSP）等系统共同组成美军环境监测大体系（图8-9）。
图8-9 WSF-M卫星
在环境监测领域，美国军用气象卫星系统向弹性化发展，摒弃传统集成式卫星发展道路，将光学和微波功能分散到两类卫星上，从而简化卫星设计，并利用军、民、商、盟卫星组成综合型环境监测卫星体系。其他国家将继续提升环境监测卫星能力。(https://www.daowen.com)
8.1.5 通信卫星
美国强化宽、窄带通信卫星系统建设。2020年3月，美国天军成功发射AEHF-6卫星（图8-10），系统完成6星组网。该卫星是美国新一代防护卫星系列的最后一颗卫星，由洛·马公司基于A2100 M系列平台研制，载荷由诺·格公司研制，容量是其上一代“军事星”（Milstar）的10倍，单链路最高速率8.2 Mbit/s。2020年，美国太空与导弹系统中心（SMC）持续推进下一代防护通信系统建设，先后授予3家公司合同，为防护战术卫星通信（PTS）项目制造原型样机。2020年7月，SMC与英国国防部在英国“天网”（Skynet）卫星系统上测试了“受保护战术波形”（PTW），结果表明PTW波形具备优越的数传速率和抗干扰性能。随后美国天军发表声明称，美军开发的PTW波形可与英国Skynet卫星兼容。
图8-10 AEHF-6卫星
俄罗斯发射军事通信卫星。俄罗斯推动大椭圆轨道新一代军事卫星部署，持续升级现役系统技术能力，2020年2月，第2颗升级版Meridian卫星———Meridian-M9卫星成功发射（图8-11），卫星在甚高频（VHF）、特高频（UHF）和S频段工作，主要用于为北冰洋区域的船舶和飞机，以及远东和西伯利亚地区的地面站提供移动和固定通信业务，目前在轨卫星总数达46颗。由于俄罗斯通信卫星系统老旧，技术断代严重，通导遥一体星座浮出水面。2020年10月，俄罗斯联邦局（Roscosmos）向俄罗斯联邦政府申请1.5万亿卢布经费，用于建设“球体”（Sfera）多功能星座。该星座最早于2018年提出，由通信、导航、遥感多种卫星组成，目前已纳入《俄罗斯联邦国家统一航天活动计划（2021—2030）》。
图8-11 Meridian-M卫星
截至2020年底，欧洲共计有15颗卫星在轨。总体来看，欧洲在主要大国主导各自军事卫星系统后续建设的同时，积极考虑发展泛欧层面的卫星共享计划，推动战略利益的紧密耦合。2020年6月，挪威国防研究所启动支持北极地区军用战术通信的战术卫星项目，项目为期2年，旨在通过极地低轨卫星演示验证军用UHF战术通信。卫星尺寸为公文包大小，运行在600 km的低地球轨道上，采用在轨可展开天线，计划于2021年10月发射入轨。
从发展趋势上看，低轨通信星座成为重点研究对象和基础。近年来，军事通信中继卫星处于快速变革的阶段，在整个军事航天领域的发展重要性持续提升。一方面，美、欧、俄等主要军事航天国家均在推进其现役系统的部署升级，以及与后续型号的延续性发展，例如，美军包括AEHF系列在内的现役型号部署基本已经完成，正在推动发展以防护能力为核心的下一代卫星通信体系，同时启动“宽带全球卫星”11（WGS-11）卫星研制，持续补强其军事宽带通信卫星能力；欧洲各国也在加快研发具备新能力、应对空间安全和对抗形势的新系统，但在“新冠”疫情影响下，2020年少有动作。另一方面，美国在“黑杰克” （Blackjack）项目和下一代太空体系中均将低轨通信星座作为其重点研究对象和基础，其多功能载荷搭载理念打造新的能力并革新作战应用方式，将对未来通信领域甚至整个军事航天领域的发展产生重要影响。 日本、印度2020年度未发射新卫星。巴西、以色列、墨西哥、韩国、加拿大、澳大利亚等国家保持平稳发展态势。
8.1.6 导航卫星
美国持续改进GPS卫星并强化其未来改进设计。总体来看，美国军用卫星导航系统、技术与能力已经进入新的快速成长期，持续推进GPS现代化计划，加快GPS系统空间星座与地面运行控制系统的更新速度。2020年，美国共发射GPS-3卫星2颗，并已全部投入运行与导航服务。截至2020年底，美国GPS系统在轨并提供导航服务的卫星31颗，其中GPS-2R卫星8颗，GPS-2RM卫星7颗，GPS-2F卫星12颗，GPS-3卫星4颗，使GPS系统空间星座卫星超期服役的状态有所改善。同时，美军完成了军用M码信号早期使用功能（MCEU）的运行验收，可全面支持M码军用装备的测试，并使M码军用信号具备试运行能力。
俄罗斯启动GLONASS卫星空间段全面更新项目。2020年俄罗斯发射了2颗GLONASS卫星，其中一颗为GLONASS-M卫星，另一颗为GLONASS-K1卫星。GLONASS系统空间星座将于2025年前全部由GLONASS-K卫星组成。
欧洲聚焦“伽利略”卫星数字化与在轨重构能力。2020年欧洲未进行导航卫星发射。同时，欧洲已经启动了下一代“伽利略”系统的发展，首星计划于2024年发射。从目前披露的信息看，除具有第一代“伽利略”卫星的全部能力外，第二代“伽利略”卫星将进行如下改进：一是采用灵活的数字化设计；二是具备在轨重构能力；三是采用新的原子钟；四是卫星重量从第一代“伽利略”全运行能力卫星的733 kg增加至2 400 kg。上述变化预示着与第一代“伽利略”卫星相比，第二代“伽利略”卫星将发生重大变化，应给予高度重视与关注。
技术创新与突破将是未来卫星导航能力发展的关键。为支撑新一代GPS卫星的发展，美国将在轨数字波形生成器、先进的高增益区域增强天线、先进星载原子钟等技术作为影响或决定GPS系统未来全球竞争能力与主导地位的关键技术，相关工作已经在推进中。欧洲也将有效载荷数字化、信号在轨重构等作为其下一代导航卫星的发展重点。从美军新一代GPS系统关键技术与能力的发展角度看，提升卫星导航系统的服务性能、导航战与时间战能力，支撑卫星导航系统未来发展的关键技术一般具有前沿性、前瞻性等特征，以及技术难度高、研发周期长等特点，如新型原子钟技术、导航有效载荷数字技术等。
8.1.7 高超声速武器
美俄积极发展高超声速武器。美军在第三次“抵消战略”中，将高超声速技术视作21世纪航空航天技术发展的制高点。2017年，美国空军宣布正在与洛克希德·马丁公司联合研发SR-72“黑鸟之子”高超声速侦察机，计划于2020年首飞；美国海军于2017年11月首次公布高超声速滑翔导弹试射。俄罗斯目前正在研发Yu-71高超声速滑翔飞行器，并计划为其分别装备常规弹头和核弹头，在2025年左右具备实战能力。俄罗斯2017年成功试射高超声速反舰导弹“锆石”，测试中的飞行速度达到8马赫。俄罗斯的“锆石”对以美国“宙斯盾”为代表的反导防御系统已经构成威胁。高超声速飞行器有五大特点：一是打击速度快，可在大约1小时内攻击全球任何角落的目标；二是飞行距离远，高超声速滑翔弹头可将洲际弹道导弹射程提高1000～5000 km；三是突防能力强；四是毁伤效果好；五是威慑作用佳。
8.1.8 轨道机动飞行器
轨道机动飞行器是指能在大气层外有目的地按设计主动改变原有轨道的航天器。根据任务目标的不同、轨道机动飞行分为轨道转移飞行、轨道拦截和交会、从轨道上返回、轨道保持和轨道修正等。美国X-37系列轨道机动飞行器是由美国波音公司幻影工作室为美军设计的一种可重复使用、多用途和无人驾驶轨道机动飞行器，该工作室参与了包括F-22隐身战斗机研发在内的几乎所有波音重大军品项目。X-37B将是太空军的主要作战装备。它能够长期在临近空间以及空间轨道飞行，并且具有较强机动能力；还能够实现原有多种航天器的功能，可在轨道上直接发射攻击性武器完成打击，也可上升轨道在卫星附近进行攻击。
经过11年的研发，美国空军秘密测试的X-37B“轨道试验飞行器”于2011年4月首次发射，在太空持续220天任务。此后分别于2011年执行了第2次在轨469天，2012年执行了第3次在轨675天的任务，2014年执行了4次飞行任务，并于2017年5月在绕轨飞行718天后返回佛罗里达的肯尼迪航天中心。X-37B具有无人驾驶、天地往返、长期驻轨、快速反应等优势，未来将成为遂行航天侦察、通信指挥、空间对抗、远程精确打击等多样化任务的新型太空作战平台。X-37B“轨道试验飞行器”项目由美国空军快速反应能力办公室负责，波音公司旗下的幻影工厂参与研发和制造。X-37B集航空器和航天器优势于一身，升空后可迅速到达全球任何目标的“上空”，利用自身携带的武器对敌国卫星和其他航天器采取控制、捕猎和摧毁等攻击，甚至向敌国地面目标发起攻击，完全有可能成为“轨道轰炸机”。X-37B已经转由美太空军负责，作为美太空军的王牌，其拥有颠覆未来太空战的潜力。
截至2021年1月，X-37系列共经历了3次改型和6次轨道飞行，3次改型分别是X-37A、X-37B、X-37C，在太空中停留已经超过2865天。X-37系列均采用火箭垂直发射进入太空近地轨道，自动水平滑行降落在机场。目前，美军已经设计建造了1架X-37A和2架X-37B，投入轨道运营且最为成熟的型号是X-37B（图8-12）。目前，X-37B的地面机库位于肯尼迪航天中心的轨道器处理设施（OPF）1号、2号机库、美空军加州范登堡空军基地和美空军卡纳维拉尔角的发射基地。在地面机库，X-37B被装上绝密的有效载荷，和其适配器一起被放入火箭整流罩内，被运送到发射场。降落在美国各地的三个地点之一进行：肯尼迪航天中心的航天飞机降落场、范登堡空军基地或爱德华兹空军基地。为了返回肯尼迪航天中心，X-37B被放入有效载荷罐，并装入波音C-17货机。一旦到了肯尼迪航天中心，X-37B就被卸下并拖到OPF，在那里为下一次飞行做准备。
图8-12 X-37B三视图
X-37B长8.92米，翼展4.55米，高2.9米，最大起飞重量4.99吨，主发动机采用单台洛克达因公司AR-2/3发送机，推进剂采用高浓度过氧化氢/煤油，电力系统采用带有锂离子电池的亚化硅太阳能板（图8-13，图8-14）。根据美空军和美太空军发布的官方信息测算，X-37B前部和后部燃料箱总容积在2 m3左右，能够容纳1吨的燃料。
图8-13 X-37B展开太阳能板和舱门，进行充电和在轨任务
图8-14 X-37B结构解析
X-37B使用了诸多先进技术，包括基于航空电子的自动离轨和着陆系统；电动机械驱动的飞行控制和制动系统；采用复合材料结构系统，摒弃了原来的铝制结构框架；新一代高温机翼前缘和增韧耐火氧化陶瓷瓦；先进可重复使用保形隔热层。先进的技术、总体布局和分系统，以及美国商业航天的快速发展使得X-37B拥有了诸多优势和能力。第一，快速垂直发射和水平降落能力。目前，美太空军拥有至少2架X-37B，并计划发展X-37C型号，随着商业运载能力的提升，X-37B已经选定联合发射联盟阿特拉斯-5运载火箭和太空探索技术公司（SpaceX）“猎鹰” -9运载火箭作为常用搭载平台，常态化的发射技术保证了单架X-37B拥有少于7天的发射间隔，考虑多架X-37B，其发射周期将短于3天。第二，长时在轨多次机动变轨能力。燃料舱能够载有超过1吨的推进剂，能够维持至少700天以上的在轨运行时长，第5和第6次轨道飞行任务在轨时间均超过了710天。第三，搭载众多空间传感器和武器的能力。X-37B具有超过2 m3的容积，能够搭载包括多种卫星载荷、机械臂和天基武器在内诸多载荷。已经完成5次轨道飞行任务，根据公开信息，X-37B已经完成了6次卫星轨道释放任务和多次空间试验，其灵活性和运载力圆满达到了美军的需求。
作为空天武器机动运载平台。作为太空武器平台，X-37B具有机动变轨难以侦测的优点，为美太空军、空军和情报界提供了一个非常灵活的、可重新配置的资产，其有效载荷可以返回到指定的安全地点，以进行物理分析和科学研究。2019年7月，时任美空军部长希瑟·威尔逊表示，当X-37B处于椭圆轨道时，可以在近地点利用稀薄的大气层进行轨道改变，防止一些观察者暂时发现新的轨道，从而允许进行秘密活动。2010年5月，太空问题专家汤姆·伯哈特在《太空日报》上指出，X-37B可能被用作间谍卫星或太空武器运送平台。
作为空间态势感知机动平台。X-37B自身可携带诸多空间传感器和设备，实现对敌空间在轨卫星、空间站、星座等的有效监视，实现对陆地指定区域的有效预警，实现对己方有效资产的在轨维护、轨道转移等任务。2014年10月，《卫报》报道了太空安全专家的说法，即X-37B被用来测试侦察和间谍传感器，特别是它们如何抵御辐射和其他轨道威胁方面。2012年1月，有人指控X-37B被用来监视中国的“天宫”一号空间站，美空军前轨道分析员布赖恩·威登后来驳斥了这一说法，强调两个航天器的不同轨道排除了任何实际的监视飞越。
作为先进空间技术验证平台。X-37B最初由NASA研发，后转由美军负责，其保有强大的科学研究和技术验证的能力。X-37B在第4次飞行中测试洛克达因公司的霍尔效应推进器系统；第5次轨道飞行任务试验了先进结构嵌入式热扩散器；并在多次飞行任务中试验了包括先进材料、农业育种等多项科学研究与技术验证工作。
8.1.9 自由飞行太空机器人
自由飞行太空机器人是可在太空环境下工作的一类新型机器人，通常具有一定自主、感知和机动能力，可通过机械臂等执行机构为航天器提供延寿、在轨装配和寿命终期离轨等服务。近年来，随着航天器的高可靠、长寿命、快速部署等需求持续增长，机械臂、人工智能等技术不断进步，美国自由飞行太空机器人呈现出项目多、领域全、进展快、持续进步的活跃发展态势。商业公司已于2020年实现全球首次工程应用，政府和军方也将在2022年后陆续开展系统在轨验证。通过紧密的军民协作，美国正引领全球太空机器人发展方向，充分挖掘其平战两用潜能。
8.1.9.1 发展现状与特点
美国在21世纪初利用诸多小卫星验证了在轨交会对接技术，通过机械臂专项验证了机械臂操作技术，并将相关技术转移至后续太空机器人项目。目前，美国太空机器人项目按功能主要分为三类：一是用于在轨加注推进剂、维修维护、辅助控制姿态和轨道等的服务保障类；二是用于制造装配航天器零部件和大型结构的在轨制造与装配类；三是用于移除太空碎片的太空环境治理类。军方、政府和商业界将开展以上项目过程中积累的技术和经验用于支撑全球首套无人在轨操作标准的制定，从而促进太空机器人的发展。
1.服务保障类率先实现工程应用
美国太空机器人的服务保障能力世界领先，于2007年完成针对低轨、合作目标、主要以遥操作模式运行的在轨模块更换和推进剂加注试验。目前主要研究：针对具有部分非合作特性的目标进行操作；以遥操作模式和人员监控下的自主模式运行；在高轨进行多功能操作、在低轨加注推进剂、在高轨辅助控制姿态和轨道。其中具有在高轨辅助控制姿态和轨道功能的机器人已于2020年率先实现工程应用，其他将在2022年后陆续开展系统在轨验证。
多功能操作方面，美国DARPA通过“公私合作伙伴关系”开展的“地球同步轨道卫星机器人服务”项目研制的机器人具有检查、维修、辅助变轨以及升级（安装附加有效载荷）等多种功能，可针对无专门交会对接接口或抓捕点的目标进行操作。其平台将在诺斯罗普·格鲁曼（称诺·格）公司“任务扩展飞行器”衍生型号的平台基础上研制。机械臂由军兵种实验室研制，2020年进行总装。该机器人将在完成在轨验证后由诺·格公司运营。在轨加注方面，NASA的“机器人推进剂加注”项目近年在国际空间站外部开展了多次关键技术在轨试验，“在轨服务、装配与制造任务” -1项目继承了该项目验证的关键技术，已完成平台关键设计评审，未来相关技术将转移给商业公司，两个项目都可针对无专门加注接口的目标进行操作，“在轨服务、装配与制造任务” -1还与DARPA的“地球同步轨道卫星机器人服务”项目开展了技术交流；辅助控制姿态和轨道方面，诺·格公司的“任务扩展飞行器” -1机器人于2020年4月使耗尽推进剂的“国际通信卫星” -901在地球静止轨道恢复运行，将以充当姿态和轨道控制系统的方式为其服务5年，预计之后还将为其他卫星累计服务10年。诺·格公司称该机器人可与80%以上地球静止轨道卫星对接（图8-15）。
图8-15 “任务扩展飞行器”在轨服务概念图
服务保障类项目发展具有如下特点：一是军民商各有侧重，DAR-PA关注高轨多功能一体化，NASA关注低轨在轨加注，商业公司关注高轨辅助控制姿态和轨道；二是军民商间紧密协作，商业公司作为主承包商为NASA和DARPA研制机器人，NASA和DARPA为商业公司提供技术和资金支持，DARPA和军兵种实验室以及NASA间也有合作（表8-3）。
表8-3 美国服务保障类太空机器人主要在研项目
续表
图8-16 “蜘蛛”机械臂系统在轨装配概念图
2.在轨制造与装配类即将在轨验证
虽然美国在轨制造与装配机器人项目启动时间略晚于欧洲，但内容全面、技术先进，未来有望厚积薄发。这些项目分别从高轨装配卫星部件、高/低轨装配大型结构系统、低轨制造与装配一体化等不同角度发展相关能力；目前多处于系统地面验证阶段；部分项目研发的机器人采用人员监控下的自主运行模式；有望在2023年后陆续在低轨开展验证。
安装卫星部件方面，NASA资助的“蜘蛛”机械臂系统用于在轨安装大型天线，采用人员监控下的自主运行模式，已完成地面装配试验，计划2023年在低轨验证；装配大型结构系统方面，NASA的“大型结构系统太空装配”项目于2019年开始研发用于在轨装配的货物存储平台；制造与装配一体化方面，NASA的“在轨服务、装配与制造任务” -24已完成增材制造与系统装配地面试验，计划2023年在低轨验证。此外，DARPA“凤凰”项目的原目标是验证通过太空机器人将退役卫星的天线拆卸下来，并将其与新型模块化可重构平台在轨装配成新卫星的技术，后被拆分为致力于研究模块化可重构航天器的新“凤凰”和研究在轨服务保障机器人的“地球同步轨道卫星机器人服务”项目。目前新“凤凰”已开展在轨试验，未来模块化可重构航天器可由机器人在轨装配而成（表8-4）。
表8-4 美国在轨装配制造类机器人主要在研项目
续表
在轨制造与装配类项目发展具有如下特点：一是在服务保障项目发展到一定程度后启动，继承了较多技术和经验；二是主要由NASA牵头商业公司研发；三是同步发展太空增材制造技术和模块化可重构技术等。
3.太空环境治理类进展不显著
美国政府和军方很少开展太空环境治理机器人专项，进展不如欧洲显著，主要资助商业公司研发废弃卫星自行离轨装置，原绳系无限公司的“终结者带”项目已于2019年开展在轨试验（图8-17）。未来这些离轨装置可通过机器人安装到废弃卫星上。虽然专项较少，但实际美国已通过“任务扩展飞行器”等具有携带多数地球静止轨道卫星变轨功能的服务保障机器人掌握了一定的太空环境治理机器人技术和能力。
图8-17 “终结者带”装置在轨展开示意图
4.全球首套共识性无人在轨操作标准制定完成
美国DARPA于2016年开始组建“交会与服务操作执行联盟”（CONFERS），拟通过该联盟牵头制定无人在轨操作技术和安全标准。该标准涉及被服务航天器界面设计、太空机器人交会逼近和在轨操作行为、数据交换和共享机制、信任机制等内容。目前该联盟已制定完成《卫星服务安全框架技术和操作指南文件》与“共识性标准”，拟与联合国外空和平利用委员会等国际机构共享并推广该标准，正带领国际标准化组织制定《CONFERS标准操作原则与实践》，计划2021年发布。标准制定工作由CONFERS以召开研讨会的形式开展，美国和多国航天专家参与其中，并共享数据和经验。CONFERS将逐步从DARPA资助转变为自筹资金运营。
8.1.9.2 美国太空机器人优势分析
美军已在《太空作战》条令等文件中明确提出将太空机器人相关技术和能力作为军事航天发展重点。美国政府和军方利用商业力量提升相关技术与能力，积蓄军事应用潜力的策略，有望使其发挥最大价值。
1.美国太空机器人具有较全面的平战两用潜能
“任务扩展飞行器”的应用使美国太空机器人具备了和平时提供姿态和轨道控制服务，战时开展一定程度攻防操作的能力。综合其他在研项目看，美国太空机器人未来将具备更全面的平战两用能力。和平时可为军民商用航天器提供以下服务：通过在轨加注推进剂、辅助控制姿态和轨道、维修等方式提供延寿服务；通过在轨装配制造提供生产和部署服务，间接提升航天器结构和性能设计上限，使其突破当前运载能力限制；通过捕获废弃航天器并携其离轨，提供寿命终期处理服务并维护太空环境。随着技术水平和操作能力不断提升，战时有可能提供如下攻防操作：通过捕获、操作、机动能力破坏对手航天器或使其脱轨；通过绕飞和巡视己方航天器，在发现威胁时告警，利用机动能力携带己方航天器躲避。
2.美国率先制定无人在轨操作标准将抢占政治、军事和商业先机
除美国外，德国、英国和日本等也在力促太空机器人发展，已形成美国领先、多国竞逐的发展态势。鉴于太空机器人的平战两用特性，美国国防机构率先牵头制定无人在轨操作标准，不仅为促进其发展和应用，还有抢占政治、军事和商业先机的深层动因。政治方面：不仅有助于争夺国际话语权，还可降低外交风险。例如，机器人在机动过程中可能与他国航天器发生碰撞或在操作中损坏被服务航天器，该标准提出的数据交换和信任机制等内容，有助于使相关活动透明化。军事方面：国防机构牵头制定标准，“以军带民”促进商业化发展；反过来，商业技术和经验在标准制定过程中被军方吸纳，商业机器人可在和平时服务军方，战时转为军用，实现“以民养军”。商业方面：通过标准进行规范和约束，不仅有助于降低政府监管难度，还可避免行业垄断，为投资方、客户等提供经济和安全保障，有利于可持续发展。太空机器人的商业化可持续发展，将开辟经济价值巨大的新商业航天市场。以“任务扩展飞行器”为例，其累计可为老旧地球同步轨道卫星延寿15年，相当于节省了一颗寿命15年、平均建造和发射费用达10亿美元的卫星成本，并使老旧卫星继续创造更多商业价值或军事价值。
3.美国采取政军主导、军民协同、各有侧重的发展模式值得借鉴
目前NASA和DARPA是美国太空机器人的主要牵头研发和投资机构，商业公司主要作为承包商积极参与，同时也独立研发和运营。这些机构各有侧重、密切协作：NASA牵头商业公司优先发展在轨加注能力，牵引维修、在轨装配制造等复杂操作能力发展，后续将发展多功能机器人；以DARPA为代表的军方牵头各方研究多功能机器人，并制定无人在轨操作标准；商业公司为政府和军方提供研制和运营服务，同时主攻太空碎片移除、辅助姿态和轨道控制能力，逐步拓展多种功能。这些组织机构在无人在轨操作标准的制定过程中共享相关技术和经验。随着应用规模的扩大和标准的推广，未来多数美国太空机器人将由商业公司运营，平时可为政府和军方卫星服务，战时转为军用装备。以上发展模式有利于快速、全面、深入挖掘太空机器人的平战两用潜能。我国在发展太空机器人的过程中，也可考虑借鉴这种模式，由军方牵头重点发展难度较高、军用前景较好的技术和能力，加速推进专项计划；鼓励民间资本投入，重点发展难度较低、商业价值较高的技术和能力。
8.1.9.3 未来发展方向
除美国以外，欧洲、日本、俄罗斯等都在积极发展太空机器人，已形成美国领先、多国竞逐的发展态势。未来，太空机器人将成为一种新型航天器，作为航天装备体系的重要组成部分，变革卫星运用方式和太空后勤保障能力，催生新的商业航天市场。综合NASA发布的相关报告、技术路线图，以及上述项目分析，太空机器人将朝智能协同水平更高、操控能力更强、功能更全的方向发展（图8-18）。
图8-18 太空机器人发展方向
1.向多机器人自主协同作业方向发展
随着人工智能等技术的不断发展，太空机器人在个体自主水平不断提升的同时，将向群自主协同方向发展。“任务扩展飞行器” “地球同步轨道卫星机器人服务”等项目均计划发射多个机器人同时提供在轨服务。一方面，群体工作可满足更多老旧和损坏卫星的快速、大量服务需求；另一方面，群体互联互通，可随时根据任务变化和群内其他机器人情况规划和调整自身操作，实现对群资源的合理利用，增强数据处理和任务执行速度。
2.向操控非合作目标方向发展
迄今，在轨运行的卫星都没有专用对接接口和标识，属于非合作或具有部分非合作特性的目标，未来，美国将逐步发展针对完全非合作目标的操控能力，更符合工程应用需求。除已应用的“任务扩展飞行器”能与大部分地球静止轨道卫星对接并服务外，“地球同步轨道卫星机器人服务”“在轨服务、装配与制造任务” -1等项目都在研究针对具有部分非合作特性的目标进行操作。
3.向多种操作功能一体化方向发展
未来，太空机器人可通过更换机械臂终端工具进行多种操作，向集成在轨加注推进剂、移除太空碎片、辅助控制姿态和轨道，以及在轨制造与装配等能力的多功能一体化方向发展。 “任务扩展飞行器”将在辅助控制姿态和轨道的基础上，扩展维修、替换零部件等多种能力；“地球同步轨道卫星机器人服务”项目的初始研究目标就是发展具有多种功能的机器人；主要用于加注推进剂的“在轨服务、装配与制造任务”-1机器人不仅从2020年4月开始增加了在轨制造与装配技术验证任务，还将为维修和升级，移除太空碎片等任务储备技术基础，NASA称其有望成为首个开展工程应用的多功能机器人。
8.1.10 太空网络战武器
除了直接打击方式，采取干扰对方导航和通信系统等网络和电磁攻击方式，也是美国太空军的重要打击手段，通过对电磁信号的干扰，影响目标设备或人员的导航和定位能力，使其最终丧失战斗力。
2020年3月，美国天军接收首套攻击武器系统“反通信系统Block 10.2”（CCS B10.2），并宣布其具备初步作战能力。CCS B10.2是一种升级版的陆基卫星通信干扰系统，由美国天军航天与导弹系统中心（SMC）和L3哈里斯技术公司合作开发，初期版本于2004年服役。该系统可阻止敌方军用卫星系统进行快速通信和信息共享，可以大幅提升美军作战优势。该系统属于非动能武器，装有多个碟形天线，可对敌方的通信卫星进行干扰，从而破坏敌方部队使用卫星进行信息交互和共享的能力。该系统不会对卫星造成实质性破坏，可避免太空碎片的产生，防止污染太空环境。该武器的部署或将成为美国天军削弱潜在对手利用太空的关键武器，以确保美国在太空中的行动自由。
2020年5月，美国太空司令部正式接管“奥林匹克防卫者行动”项目的指挥权。该项目是由美国战略司令部发起，旨在协调美国与其盟友太空防御合作的一项工作。2020年8月，美国天军宣布将开始与英国共享重要的太空态势感知数据，以强化英美太空联合防御，共同应对太空威胁。2020年9月，美国天军建立首席伙伴关系办公室，旨在与盟国发展作战能力，扩大美国天军与澳大利亚、加拿大、日本、新西兰、英国、法国和德国的太空合作伙伴关系。该办公室拟设在航天与导弹系统中心，将美国国防部在太空领域的伙伴关系从“单向数据共享”转变为联合开发作战能力。美国航天与导弹系统中心还将与挪威合作，为美国天军北极卫星通信系统提供两个关键的有效载荷，以提高美军北极地区军事卫星通信的安全性。
目前，美国正在充分利用和集成盟友的太空能力，致力于在太空领域打造“太空北约”，以最大限度扩大太空威慑，制约潜在对手太空能力的发展。此外，美国天军计划在2027年前采购48套陆基反卫星装置，以便在发生冲突时干扰俄罗斯等潜在对手的通信卫星，进一步加强对太空领域的控制能力。