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【軍事博評】William:蘇聯「太空武器化」簡史 兼論所謂「太空軍事化」威脅的虛實 (下)

蘇聯的空載激光平台Beriev A-60,激光器在機鼻的整流罩內,功率為1MW。現時兩架負責測試的A-60仍有試飛,計劃還沒有放棄。(網絡圖片)

極地戰鬥平台的武器主要都是「現成」的東西,例如激光砲是使用實驗中的空基百萬瓦級二氧化碳紅外激光。作為天基激光系統,紅外激光無需顧慮大氣層令能量衰減的問題,也難受地球磁場影響。更重要的是,極地戰鬥平台除可塞進整套激光系統外,還能儲備足夠射擊至少二十多次的發振媒介(二氧化碳混合氣體),同時還有使用發振氣體廢氣的姿勢制禦系統,以穩定射擊平台。激光平台的主要作用是擊毀 / 破壞低軌道衛星光電儀器。「船頭」有雷達天線陣列及光學系統,以搜索目標,另備小型激光器作瞄準及測距之用。

極地的基本結構(左),資料來自一份俄文解說圖,但部分裝備存疑;極地平台的三相圖,這是尚帶有整流罩的地面發射狀態,鈍角的整流罩才是尾部(右)。(網絡圖片)

 

至於其他武裝則眾說紛紜了,有指什麼都沒有,但也有資料指出其是可以由「船頭」兩個平台發射高速火箭,攻擊迎面而來的攔截彈頭或其他衛星;另外,船身可能外掛飄雷,攻擊同軌道上的物體。這兩種武裝都是前述蘇聯曾試驗過的太空武器手段。大體上,極地戰鬥平台前方火力很強,但其他方向則很弱,火力配置並不理想……

正在發射激光並開動姿勢制禦系統的極地平台CG(左)。右為尚在地面整備中的極地一號展示平台。就現時所知,右邊的小圓筒可能是火箭巢,但也可能是雷達瞄準裝置。(網絡圖片)

 

極地計劃自1983年開始就不是一帆風順:設計局們從未設計過如此大型的太空載荷及武器平台;另外由於預算限制,除核心部分外,其他部件亦只能由各類現成組件中「手到挪來」,激光系統的整合亦不順利。1985年戈巴卓夫上台,為與美國展開限武談判及緩和關係,戈氏對於極地戰鬥平台的發展十分矛盾:一方面,他想這個計劃在短期內獲得可見成果,作為與美國談判的重要籌碼,另一方面,卻又擔心這東西會令美蘇冷戰加劇。結果他讓國防部下了一系列很奇怪的命令:1. 只批准建造三個展示用平台,逐步試驗所需裝備,此外就沒有承諾量產計劃;2. 要求在1987年至少能發射全尺寸示範模型上太空,以驗證可行性。

能量號火箭採用一種類似穿梭機的掛載方式,將載荷連同入軌火箭綑綁在主火箭上(穿梭機則綁於主燃料算)。主火箭最終會將載荷帶到130-150公里的高空,脫離後載荷的入軌火箭發動,進入低軌道地區。這種掛載方式阻力較大,但對載荷大小限制小得多。(網絡圖片)

 

 

1987年,極地平台的不載人展示平台接近完成,蘇聯航天局決定以此作為能量號首次升空的試驗載荷。為整個裝上能量號,禮砲局及能量設計局把它「倒轉」裝上,即指揮艙在前,武器艙在後,指揮艙外加大型整流罩,而在「船頭」亦裝上整流罩以保護雷達及小型激光發射器,原裝備火箭的艙段改為發射誘餌,作為平台激光的射擊目標。當局計劃火箭會於距地面130公里高空放出極地戰鬥平台,之後平台拋掉整流罩並作180度轉向,然後指揮艙點火送上280公里高的軌道。

極地平台很縱容就被推離大氣層,但由於編寫程序失誤,反推系統竟然延遲熄火,結果平台轉了360度才停下,然後指揮艙又自己點火「前進」,結果驟然減速然後墜回太氣層燒燬,剩下的殘骸永沉南太平洋深海……經此一役,整個極地計劃就被中止;四年後,蘇聯亦因經濟問題而瓦解,冷戰正式終結。

極地平台的轉移道過程,其最終軌道的頂點為遠地點280公里。(網絡圖片)

 

可以說,一如美國,蘇聯在太空武器化也十分積極,但礙於資金投入及科技限制,仍然在非常初階的階段。以極地平台為例,即使發展完成,可能也要到2000年前後才能實質部署。最重要的是,冷戰末期人類的科技水平,離大規模太空武器化還是十分遙遠的目標。

太空武器化,現在可行嗎?

回到現在,美國太空軍成立在即,被形容為美國加劇太空軍備競賽的先兆。先不說俄國早就另搞太空軍,最後更完成空天兩軍同等地位的合併,美國太空軍相對於現時主要由空軍指揮的體制,究竟有多少效率進步、軍種競爭與不和會否加劇等,仍是未知之數;但人們所最擔心的太空武器化,小弟反而認為至少在2040年代前還是過慮了,原因仍在於……過去的制肘,今天仍然存在:

同樣載荷達80噸級或以上,且採用背負式搭載載荷的穿梭機C型貨運系統與能量號,可說是冷戰末期人類征空的最大希望,可冷戰一結束,這兩項計劃就因國防與太空預算大減而束之高閣。(網絡圖片)

1. 技術限制:

事實上,冷戰時代制肘太空武器化的,主要還是技術因素,最嚴重的是運力及維護能力問題。冷戰末期,美國及蘇聯的低軌道發射載具單次最大運力未超過30噸(美國約是28,蘇聯大約是20.7),這載重要搭載遠程攻擊用多發式長程火箭發射器、具儲能設施的激光器及更重的磁軌砲,幾乎不可能。當年美蘇正規劃「穿梭機C型無人貨運系統」與非傳統的「能量」號模組火箭系列,作為重型太空運輸任務,同時亦正規劃新式大型太空站,配合多種小型太空穿梭機,不但賦與兩國100噸級的運力,且能給予較好的軌道維護操作能力。

蘇聯於80年代設計的MAKS小型太空穿梭機,空重18噸並具備7噸搭載量,可在AN-225駄運及發射的情況下,無需助推火箭(自帶適形燃料箱及以本機的3部NK-45液燃引擎推動)即可進入軌道。不但可載人往返太空站,更可作為小型的載荷發射及機動維修基地。(網絡圖片)

 

 

然而隨著蘇聯瓦解及冷戰終結,以上計劃無疾而終,連美俄太空站都「合體」成只有大型研究用途的國際太空站ISS,往後發展的衛星也絕少接近20噸,對於重型發射系統的需求更小。現時美國雖然有號稱運力達60噸級的重獵鷹火箭,但這火箭的載荷體積限制非常大,令其實用最大運力也只有20多噸左右,除發射價格大降外,對於建設大型空間硬件仍未有很大效用。在那些號稱能載人登月甚至登火的大怪物(如BFR、SLS、安加拉A7V/A100等)發展出來前,運力與可駄運體積仍是制約太空武器化的最大因素。

由於宇宙射線的粒子速度極接近光速,如果當中有重元素原子,其破壞力更非常小可,可在電路上撞出大其數千倍(達微米級)的大洞(右)。左圖是宇宙射線撞在CCD單元上顯影出來的黑點。宇宙射線是衛星電子系統失靈的其中一個最重要原因。(網絡圖片)

 

另一方面,太空的惡劣操作環境也令高精密度的太空武器長期部署困難重重。太陽發出的高能粒子與絕大部分宇宙射線都會受地球磁場與大氣層所阻擋,變成威脅性較低的輻射,但在低軌道區域,由於沒有大氣層,太陽輻射與宇宙射線密度會高很多,對於電子、機電設備等都可以造成相當大的損害。現時的衛星可透過增加備份及加強對核心電路的防護,以緩解問題及延長壽命,但當部署武器時,要保護的部分就大幅增加,兼顧保護措施的後果就是造成大量死重與成本的大幅上升。

穿機機STS-61任務中,組員用了5次共32小時太空漫步,來維修已接合到穿梭機泊位上的哈勃太空望遠鏡。整個任務拆換了3件硬件及9件零件。望遠鐘在穿梭機上停留了6日才離開。(網絡圖片)

 

再講,要在太空部署的武器,系統相當複雜,就算在地面上,都需要經常的保養與維護,才能保持80%以上的妥善率,但在無重力狀態下進行保養,困難度大很多:以太空站及哈勃太空望遠鏡的維修為例,太空人隨時要用上多小時的時間,才能更換一塊硬件,而同類型工作在陸上可能10分鐘就完事了。若沒有科技的特進、更便宜的維修能力及具備軌道上初級的工業能力,維修與保養也會非常困難。

基於重心及結構強度問題,重獵鷹難以搭載體積很大的載荷。相對來說,美國常用的重型發射載具三角洲IV重型,載荷容許體積就是其兩倍;另一方面,重獵鷹的發射費用已大減,但單次上億美元還是難以避免。(網絡圖片)

 

2. 財政問題:

製造足夠數量的太空武器及感測系統(如預警與目標指示衛星)並送上太空,本來就十分耗錢,不消說開發太空武器所耗資金並裝備到一定數目需要多大金錢,要裝有效攻擊的武器(如有足夠彈葯基數的導彈、具備全套發電 / 雷射發振設備而射程足夠遠的激光系統),也需要非常巨大的火箭系統才能發射上太空;加上沒有大氣層保護,宇宙射線的轟擊會更頻密,武器衛星在強輻射照射下,壽命會更短,妥善率更低,更需要經常維護。

整個武器系統在日常維護與補充彈葯上亦費時失事;技術關係,現時很多武器檢查與維修 / 換零件的工作仍需要人手完成,而在無重力下進行維修,成本將更大。過去美國和蘇聯研發各類太空飛機與太空站的其中一個原因,就是想作為太空武器系統的維護中心,提供人手維修各類重型武器衛星,甚至把衛星運回地球維修,然而若要建立太空武器系統,這種軌道維修能力所需資金更多。

美國國債上升幅度已經太厲害,現在早已超過二十萬億美元,事實上也直接制約美國在軍事、太空上的投入。(網絡圖片)

 

由此可見,要維持這個武器系統,所需開支及日常維修費用將會極為可怕:有估計指要發展星戰系統所需金額,最樂觀的至少要2800億美元(現時幣值),最大值甚至可能達2萬億美元;這還未計發射費用、日常維護開支及建立日常後勤開支所需系統,這對於各國的日常經費而言將是巨大的蠶食,對於不同軍種而言也是巨大威脅,而且更涉及加稅與搶奪原有社會福利甚至公共服務的開支,由此可見,除非有重大的技術突破,令成本大幅下降或效益大幅提高,否則要維持龐大的太空武裝仍是非常困難的事。

SDI計劃中的激光攔截平台。奇怪的是這平台似乎有很多外露地方,似乎這時候SDI的研究專家仍在解決有與無的問題,而不是考慮更進一步的防護。(網絡圖片)

 

 

3. 防衛能力偏低:

由於各種因素限制,太空武器的自我防衛能力仍偏低,反而變成易受攻擊的目標。現時武器載具多靠裝甲、自衛防空系統、電戰手段、速度、隱身及結構(主要指船身)進行主被動防禦,發展至今也算算行之有效;然而,可以預見的所有太空武器,在防禦上也有明顯的不足,甚至幾乎未發展起來。這明顯和運力限制有關;就至少2030年前,除遠征月球及火星專用(但非常貴而且現在進度已嚴重落後)的SLS外,還沒有火箭的運力可超過60噸。這種重量的載荷若要扣除武器重量、燃料及必需的感測、通訊系統,留給裝甲與自身防護的重量已經不多;另外面,基於軌道速度高,任何攔截體(包括細小碎片)的相對速度都非常高,一旦命中,動能可以嚴重破壞太空武器,裝甲都未必有用。

一部由哈勃太空望遠鏡拆下來的廣域行星攝影機II,15年內該部件已受了大約100個微流星體的撞擊。(網絡圖片)

 

電戰系統干擾方面,就算能裝上衛星平台,傳統干擾只對導引武器有用,但基於宇宙射線影響,可預見的太空武器應屬動能武器及激光器(或純粹直射的高速火箭彈),電戰系統無法干擾這些東西;至於觀瞄平台普遍都在較遠距離甚至地面以強力雷達進行瞄準,部分也採取光學瞄準方式,干擾更難有效應付這些遠距離大功率載台;而由於太空平台採用基本固定的繞地軌道運行,一切軌道數據在平日也能收集,只要不臨時變軌,要追蹤瞄準不是難事。

印度於今年4月首次反衛星飛彈試射的模擬圖,現時仍然有至少一半的碎片還在軌道上飛來飛去。(網絡圖片)

 

55N6M是俄國最新S-500防空系統中反導及打擊衛星的一環,而在反衛星作戰中,配合流動發射車可能導彈部署到適當位置,以最短時間進行獵殺,減低衛星的反抗與迴避能力。(網絡圖片)

 

太空武器平台比較有效的防禦手段還是變軌與隱身;變軌是衛星重要的機動手段,武器平台可以透過預警臨時變軌,以增加地基反衛星導彈攔截上的困難。然而,若果對方是發動先發制人的攻擊,或者是以流動發射車發動突襲,低軌道衛星也未必趕得及防禦。以印度為例,四月試射時即使用了較慢速的反衛星飛彈,由升空到擊中目標也只有兩分鐘左右。

 

左上及左下為迷霧(Misty衛星(USA-53及USA-144)的預想圖及其折射雷達波的原理。它有一個會在太究中充氣膨脹的巨型鼻錐,遮住衛星本體,並將雷達波反射到其他角度,同時亦引入適量的視覺隱身效果。要留意的是該衛星仍處於高度機密狀態,沒有任何近照。圖右為俄國建立後首個全新遠程預警雷達-沃羅涅日雷達,現時共有三型9部,並分成UHF型及VHF型。(網絡圖片)

 

隱身是現成最流行的反偵察手段,而現時美軍相信亦裝備兩台隱身衛星;然而衛星搞隱身比空中及艦上載具搞隱身困難得多:預警 / 太空監視雷達由於需要非常遠的探測距離,普遍都用UHF甚至VHF波段的長波(50厘米到300米都有),由於雷達波段特性使得電磁波無視比波長更短的平面/物體,隱身載具需要長於這些波段電磁波的波長才能發揮隱身效果:這點在轟炸機及艦船上較易造到,然而世上很少有衛星超過20米,就算造成隱身外形也難以避過長波雷達偵察,加上衛星不如飛機,很難長期以最佳隱身結構向著最具威脅性的雷達,隱身能力其實也成疑。更大問題是價格,迷霧系列衛星只有兩顆入軌,且計劃成本竟達120億美元(2019年幣值)。直至2010年代,美軍才再投入新的隱身衛星Zuma,其價值也達35億美元,但在發射後就失踪了,據所知已重返大氣層燒毀。由此可知,美國雖然投入衛星隱身技術多年,但所費非常昂貴且效果也未盡理想,所以暫時也未有普及化的一天。

X-37A/B的載荷仍然偏小,連燃料也只有1.3噸,較適合作為衛星破壞工作載具。波音有意將它擴大成X-37C型,不過作用完全不同:它將會是一個往還太空站的六人往返載具。(網絡圖片)

 

 

事實上,較近期有望實現太空武器化的載具,主要還是小型太空飛機及最近才提出的超小型動能撞擊衛星,前者例如X-37試驗機,這種無人太空飛機不足5噸,一經發射可長期停留太空,並以較高的變軌能力接近其他衛星。X-37已試驗飛行過五次,不過以此機現有尺寸,似並未有足夠的載荷能力及武裝,故更像以近距干擾及破壞衛星為主。同時,亦由於其可長期在軌部署,其實同樣面對上面談到的防禦問題;

如無意外,Starlink衛星群可能會成為地球上最大的衛星群組系統,並覆蓋全球,為偏遠地區提供更高速的無線寬頻服務。

 

至於最近有人提出、類似Starlink衛星通訊星座系統的微型攻擊衛星群,可能是以現時科技而言最可行的太空武器化系統。小衛星經由載具在低軌道中大量散播,當收到攻擊指令時,即使只有數個衛星在接近的軌道,就可以發動變軌進行撞擊。只要衛星群數目有上千個(Starlink原計劃就布置12000個),甚至有把握一擊就把對方大部分低軌道衛星撞毀;當然,這又涉及另一個問題:一旦發動大規模攻擊,大量飛散的碎片同樣有機會破壞附近軌道上其他民用及自家軍用衛星,而情況再嚴重的話,甚至可能整個低軌道衛多年內都沒法再使用。這幾乎就是傷人1000,自損800的「攬炒」戰術,猶如太空中的核戰爭,犧牲太大;另外,這種武器也只對衛星有效。

以全球範圍而言,Starlink 衛星群也只能做到42500平方公里才”分到”一個衛星。但若以此為概念發展成對抗衛星的武器,其密度也不算少了。(網絡圖片)

結語:

打從近代工業革命以來,任何新科技的應用與新領域的開拓,都免不了導向戰爭應用一途,而太空亦一樣,這是人類天性所使然。幸運的是,現在反而是科技的「樽頸」,令太空武器在實際運用、保養及防護上出現很大的限制,難以達到實用化及大規模化,從而限制了人類的野心。只要核動力系統還未應用在太空上,而人類的火箭運力仍停留在不超過100噸的水平,人類可能還要停留在重力井底撕殺至少半世紀,在宇宙空間中只能小吵小鬧了……

【軍事博評】William:蘇聯「太空武器化」簡史 兼論所謂「太空軍事化」威脅的虛實 (上)

 

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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