空间作战飞行器:未来的空天先锋
刘海涛
空间作战飞行器(Space Operations Vehicle),简称SOV,是目前世界上部分国家正在发展的一种尖端空间武器。它是一种能迅速穿越大气层,往返于地球与外层空间,并能在空间长期驻留和进行机动,可重复使用的空间作战与航天运输的两用飞行器。既可在空间又可在大气层内执行攻击、运输、空间回收、侦查等多项军事任务。SOV在空间活动中相当于航天飞机,在大气层中活动时相当于高性能战斗机,这种“两栖”功能是SOV在未来的空间对抗中具有十分重要的作用,也成为了各国在飞行器研究领域的一个热点。
空间作战飞行器的研发首先开始于美国。长期以来,美国一直非常重视可重复使用的军事航天器的发展与研制。20世纪50年代末和60年代发展的X-15、X-23和X-24等方案,为后来的军事航天飞机的研制奠定了重要的基础。20世纪80年代,又对上述几种方案进行了重新审查,并进一步开展了“军事航天飞行器”、“跨大气层飞行器”和“先进军事空间飞行能力”等方面的研究。20世纪80年代中期开始,投入大量资金用于“国家空天飞机”技术的开发,重点是对高超声速喷气式发动机技术进行研究。后来,又将研究重点转移到了火箭动力航天飞机系统。
海湾战争中,多国部队的空间卫星系统发挥了及其重要的作用。由此,美国认识到,空间卫星已经成为进行战争必不可少的重要武器系统。同时他们也感到,外层空间无国界之分,且不为美国所独占。目前的空间卫星系统防护能力又极差,一旦遭到攻击将给军事行动带来严重后果。具体地,军用卫星系统存在的问题有:1.对于战场的实战需要,缺乏应急发射卫星的能力;2.对敏感地区不能提供实时情报。由于运行轨道的限制,这些卫星不能经常在目标区飞行,从而使敌方比较容易躲避。3.在空间对抗环境下,卫星系统的易损性是显而易见的。卫星的轨道较为固定,在轨道上的机动能力十分有限,其外形也难于隐身。由于机动性差,它既不可能装备武器来自卫,也不适宜作为进攻武器的平台;4.缺乏在轨操作(如维修和加注燃料等)能力。可见,现有军用卫星系统尚不能满足未来空间战争的需要。
1997年,美国曾举行了一个代号为“全球交战”的模拟演习。设定对手具备空间攻击能力,结果美军遭到了意想不到的严重损失。因此,美国认为,夺取空间优势与拥有空中优势一样重要,必须尽快具有夺取并控制空间优势的能力。为此,在20世纪90年代中期以来,美军围绕夺取并控制空间优势进行了大量的研究,制定了《2020联合作战设想》、《2020空间预测》、《空间作战纲要》等一系列规划性文件。明确提出,实现夺取并控制空间的关键,必须拥有能够用于实战的新型军用航天飞机。这意味着美军正式把研制与发展空间作战飞行器,列入了军备发展规划。
空间作战飞行器是一种完全重复使用的单级入轨的航天器,可以飞到中高度地球轨道,它可以带卫星和空间机动飞行器等有效荷载。作为一种新型的战斗武器平台,它弥补了作战飞机和人造地球卫星工作范围之间存在的广阔的真空地带,可以执行多种军事任务,如用作情报、监视、侦察平台;像GPS卫星一样对导弹、飞机进行导航制导;另外,它还能搭载一定的有效荷载,直接进行作战。与作战飞机和人造卫星相比,由于独特的工作空间范围和工作方式,空间作战飞行器在执行相同的战略战术任务时,有着得天独厚的优势:1.将战略优势拓展到新的领域,在保证覆盖区较大时能提供分辨率较高的照片。军事上常用的侦察照相卫星轨道一般为300km左右,提供的照片分辨率有限而且信号容易受电离层干扰。侦察飞机可以有重点地对某一区域进行侦察,而且提供的照片分辨率要高得多,但是覆盖区小,需要冒险进入对方领空,容易被击落和受到国际法的约束。使用空间作战飞行器则可以在地方领空以外部署,升入临近空间,然后进入工作区上空,在30km左右的距离,可以提供比卫星的分辨率高得多的照片,并且有较大的覆盖区。2.自持时间长。大多数空间作战飞行器可以长时间漂浮在工作区上空,能耗非常低,可以持续工作几天、几十天、几个月甚至超过一年,可以不间断地实时监控,远远超过了现有的作战飞机;另外,虽然卫星有很长的工作时间,但是无法做到对某一区域实施重点精确监视。3.生存能力强。空间作战飞行器往往外形光滑,雷达和红外特征很不明显,而可见光特征在天空的背景中基本被淹没,使得现在的多普勒雷达对其的探测失效。另外,目前的作战飞机和地对空导弹都最多只能达到临近空间的下部区域,无法对空间作战飞行器构成威胁。4.部署方便,反应时间短。可以根据作战需求进行调整机动。可以由载机携带至指定空域释放,也可以采用相同的方式由地面发射,将整套系统模块化设计,可以快速有效地部署。而卫星和航天飞机需要进行位置机动,需要耗费大量的燃料,而发射的准备工作就更复杂了。5.成本相对低廉,研发周期相对较短。对于航天器来说,每千克有效载荷的发射成本在1万美元至4万美元之间,而空间作战飞行器的有效荷载出故障时可以回收修理,而报废时可以仅仅更换有效荷载而无需更换整个平台;同时,空间作战飞行器不像卫星那样暴露在高辐射环境下,不需要在传感器的防护上面开支。
目前,美国NASA正与空军及其他有关机构,共同研制开发一种“超级X”飞行器并用于空间作战。这种空间作战飞行器有X-43A、X-43B和X-43C三种试验型机,该飞行器的速度为音速的10-15倍,可在3万米的高空飞行。能在不到两个小时的时间内,降落到世界上的任何一个机场;也可以从地面机场起飞,在很短的时间内到达空间站。采用喷气式和涡轮冲压两种发动机。以两倍左右的音速飞行时,使用喷气式发动机;以10-15倍左右音速飞行时,启动涡轮冲压发动机。
除美国外,俄罗斯、印度、日本等国也在积极地研制空间作战飞行器:俄罗斯已设计完成一种名为“针”的新型高超声速空天飞机,主要用于太空作战。印度也已经设计了一种新型可重复使用的空间飞行器,命名为“Avatar”。与传统的飞机一样,使用涡轮风扇、冲压和超燃组合发动机,能水平起飞,可达到10km的巡航高度。起飞后,使用低温火箭发动机代替组合发动机,将空间飞行器送入空间。完成任务后离开轨道,重新进入大气层,像飞机一样利用自身的动力着陆。日本也开始了可重复使用空间飞行器的试验,日本宇宙科学研究所进行了多次的可重复使用空间飞行器的试验,验证了飞行器的着陆、重复飞行和快速发射等能力。
可见,空间作战飞行器有着巨大的军事价值,在现在的科技水平下,空间作战飞行器正在不断地优化外形设计,选择推进方案,增强机动性,增强自持能力。可以预见在不久的将来,空间作战飞行器将活跃在战场上,成为未来的空天先锋。