第二节 空间技术
空间技术是通过将无人或载人航天器送入太空,达到开发、建设和利用太空目的的综合性工程技术,亦称为航天技术。
空间具有丰富的资源和特殊的环境,使其在政治、经济、军事和科学技术等方面都占有极其重要的战略地位。随着对空间的开发、建设和利用,空间军事化进程的步伐已明显加快,国际政治斗争越来越离不开空间。一个国家开发利用空间的能力,决定着它在国际政治中的地位以及国际事务中的发言权。空间科技已是一个国家综合国力以及科学技术发展的重要标志,也是保卫国家安全必不可少的工具。世界各国都把控制和利用空间作为政治战略的重要组成部分,作为提高国际地位的战略措施,空间也因此成为了国际政治斗争的大舞台。自20世纪50年代第一颗人造地球卫星发射以来,迄今,世界上共有8个国家利用自制的运载火箭发射了5000多个航天器,在这些航天器中军用或部分为军事服务的航天器约占70%。空间技术在军事领域里,主要是用以完成军事侦察、通信、预警、监测、导航、定位、测绘和气象测报等各种军事航天任务。军用空间技术离不开军用(或军民合用)航天器、火箭技术和太空武器的发展与进步,本节将重点介绍大推力火箭、军用航天器、太空武器及其在现代高技术战争中的应用。
一、发展空间技术的战略意义
军事家把空间看作是军事战略制高点,谁要是控制了空间这个制高点,就能夺取制天权、制信息权、制空权和制海权。美国前总统肯尼迪曾声称:“谁能控制宇宙,谁就能控制地球。”
空间在军事上有着极其重要的战略地位。在距地面36000km高的地球同步轨道上部署3颗通信卫星,就可以实现全球指挥和通信。在近极地圆形太阳同步轨道上部署一颗测地卫星,每天可绕地球飞行14圈,18天可将地球测绘一遍。在太阳同步轨道上部署2颗军事气象卫星,无论在全球任何地方作战,每天都可以得到4次气象卫星资料。在空间部署18颗定位导航卫星,建立全球定位导航系统,就可以在全球范围内随时为飞机、舰船、车辆乃至步兵确定自己的位置,并为其导航和指示前进方向。借助全球定位系统可为飞行中的导弹进行精确制导,为火炮确定射击诸元等。武器实验说明,在空间部署激光、电磁炮等武器,能在很短的时间内拦截并大量摧毁从地面发射的导弹以及在轨道上飞行的航天器。使用空间武器向地面目标发动攻击,防不胜防。
空间做为军事战略的制高点,政治战略的重要组成部分,使各国在空间领域的斗争中都力争使自己处于更加有利的战略地位。发达国家想通过发展自己的航天事业,在空间中占领优势地位,增强军事实力和经济实力,以便在国际政治斗争中争取更多的发言权。发展中国家则想通过发展航天技术来提高自己的国际地位,以免受别国的欺负。
二、空间技术的发展概况
1957年10月4日,苏联把第一颗人造地球卫星送入外层空间,揭开了世界航天的新纪元。从此,空间便成为人类竞争、开发的又一新的领域,各国都争先恐后地发展航天器。早在20世纪50年代末60年代初,苏联就通过发射生物卫星和无人飞船研究宇宙射线和失重环境对生物的影响,验证飞船结构的可靠性,掌握飞船的返回技术。前苏联在莫斯科市郊建立了“航天员训练中心”,1961年4月12日,由这个中心培养的第一名宇航员加加林驾驶“东方1号”飞船绕地球飞行一圈,实现了有史以来人类在太空的第一次航行。美国是仅次于苏联也较早开展载人航天活动的国家,活动的规模和技术水平居世界前列,虽在第一颗卫星和宇宙员进入太空上落后于前苏联,但从20世纪60年代起,特别是80年代以后,其航天事业发展速度之快,品种型号之多,性能之先进是其他国家无法比拟的。尤其在航天结构建设、航天技术开发及运用和“天军”力量方面均处于领先地位,并自称为“航天第一霸主”。
三、运载火箭
火箭是依靠特制的发动机喷射工作介质,产生巨大反作用力向前推进的飞行器。它自身携带燃烧剂的氧化剂,不需要空气中的氧助燃,可以在大气层中飞行,也可以在外层空间飞行。大推力火箭是多数其它航天器赖以升空的“天桥”,充当航天飞行的运载工具,所以又称为运载火箭。按所用能源的不同,可分为化学火箭、核火箭和电火箭。其中,化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和固、液混合型推进剂火箭。按用途可分为近程、中程和远程火箭。按级数不同可分为单级火前和多级火箭。多数大推力火箭都是多级火箭,并广泛采用并联助推技术。
中国是举世公认最早发明和实际应用古代火箭的国家。20世纪初,被誉为“火箭之父”的俄国科学家齐奥尔科夫斯基,才把火箭原理和宇宙飞行的概念建立在现代科学的基础上,提出采用液体推进剂的多级火箭将有效载荷送入外层空间的大胆设想。1942年10月13日,德国在佩内明德试验中心成功地发射了A-4火箭(V-2弹道式导弹的前身)。火箭飞行了约200km,高度达100km。这是人类有史以来第一枚飞出稠密大气层的人造飞行物,也是现代运载火箭的雏形。但真正的运载火箭,是前苏联于1957年10月4日将世界上第一颗人造卫星送入近地轨道的运载火箭。
运载火箭从其诞生之日起,就和军事结下了不解之缘。前苏联的第一种运载火箭,就是由SS-6战略弹道导弹改装的。前苏联在运载火箭的研制和运用方面一直遥遥领先,可谓起步早、发展快、型号多、用途广、性能先进。它先后研制出“卫星”号、“闪电”号、“联盟”号、“质子”号、“旋风”号和“天顶”号运载火箭。它们可以发射人造卫星、宇宙飞船和行星探测器。目前,俄罗斯仍是世界上一流的航天大国。其“天顶”号火箭的技术性能属火箭家族的佼佼者,其第一级发动机可重复使用10次,占据了火箭燃烧室压力、推力、运载能力、可靠性、发射成本及承揽发射次数等多个之“最”。
美国的运载火箭也是独立研制的。美国的“雷神”、“宇宙神”、“大力神”是其航天器发射的主要运载火箭。“雷神”火箭是美国在道格拉斯飞机公司生产的“雷神”中程导弹的基础上改制而成的,后改名为“德尔塔”系列,现型号繁多,最新型的是“德尔塔”Ⅲ型,起飞质量为300吨。“宇宙神”火箭是由美国空军“宇宙神”洲际导弹改制而成。其首次亮相就成功地发射了一颗通信卫星,现也已经形成多种型号的系列火箭。“大力神”火箭是在美国“大力神”洲际导弹的基础上逐步改进而来的,是美国目前运载能力最大的火箭。美国这三种系列运载红箭和前后派生的上百个型号,给美国的空间试验、商业服务特别是天军的武器装备立下了汗马功劳,为其航天事业的发展起着巨大的作用。
1973年7月,法国联合原联邦德国、英国、比利时、西班牙、意大利、荷兰等西欧国家,共同研制名为“阿里亚娜”(或译为“阿里安”)的大型三级液体运载火箭。目的是为了打破美国和前苏联对发射地球静止卫星的垄断,以便在国际商业发射市场上争得一席之地,在未来的太空战争中取得较为有利的地位。“阿里亚娜”系列发展到今天,已成为欧洲空间局承揽发射任务最多的运载火箭,也是航天技术国际合作的一个成功范例。“阿里亚娜-5”是该系列的最新型,发射质量为7378吨
我国为了打破超级大国对空间技术的垄断,同时也为了增加自身的防卫能力,从20世纪50年代中期开始,独立自主地发展运载火箭。1960年2月发射成功第一枚自制的探空火箭,同年11月又成功发射第一枚自制的运载火箭。在60年代后期研制成功中、远程火箭。我国最有代表性的运载火箭是“长征”系列,每个型号又有若干改进型。“长征”系列是在中、远程导弹和洲际导弹的基础上发展起来的。我国第一颗卫星“东方红-1”号,就是由这类火箭送入轨道的,使我国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个用自制的火箭成功发射卫星的国家。我国的“长征”系列火箭目前可以满足从小到大、从低轨道到高轨道,从单星到双星、甚至还能进行载人飞船及小型空间站的发射。在已发射的60余颗卫星中(其中外国25颗),成功率达到100%,这一成就在世界航天史上也不多见。中国火箭具有了良好的国际声誉,振奋了民族精神,我国位居世界第三航天大国位置的现实,又极大的提高了国家威望。
日本发展运载火箭主要有M,N,H三个系列。除了俄、美、西欧、日、中等国之外,印度、巴基斯坦、巴西、以色列和朝鲜等国也都在积极发展本国的大型运载火箭。
四、军用航天器
航天器是在地球大气层以外的宇宙空间基本上按照天体力学的规律运行的各类人造飞行器的统称,亦称空间飞行器。
航天器分为无人航天器和载人航天器两大类。无人航天器中,环绕地球运行的又称作人造地球卫星;载人航天器中,执行载人上天任务并可返回地面的称作载人宇宙飞船,可供航天员长期工作和居住的称做永久式空间站,往返于地面与太空之间又能够重复使用的称作航天飞机。
按照应用领域划分,航天器有民用航天器、军用航天器和军民合用航天器三种。用于探索科学奥秘、技术应用研究和国民经济建设的称为民用航天器,如地球资源卫星、科学试验卫星等;以军事应用为目的称为军用航天器,如侦察卫星、海洋监视卫星、导弹预警卫星、核爆炸探测卫星等;既可军用、又可民用的称为军民合用航天器,如:大多数载人航天器、各种通信卫星、导航卫星、气象卫星、测地卫星等。
1.军用卫星
军用卫星是以军事意图为目的的各种环绕地球运行的无人航天器的统称。按用途可分为军事侦察卫星、军事气象卫星、军事导航卫星、军事测地卫星、军事海洋监测卫星、军事通信卫星以及反卫星卫星等。
卫星是发射最多的一类航天器,约占世界各国航天器发射数量的2/3以上。20世纪60年代初,美国首先发射了具有明显军事目的的照相侦察卫星,从此宣告了空间军事利用的正式开始。特别是在近年来的几场局部战争中,各种军用卫星在支援陆上、海上和空中作战中发挥了显著的作用,成为现代侦察和监视的重要手段。海湾战争中以美国为首的多国部队至少动用了72颗卫星为多国部队的军事行动提供侦察导航通信服务,使多国部队对伊军的情况了如指掌,从一开始就掌握着战争主动权。1999年3月以美国为首的北约集团悍然对南联盟进行狂轰滥炸,动用了约20种军用和民用卫星系统,共计50多颗卫星,包括美国的“长曲棍球”雷达成像卫星。近几年的局部战争证明,军用卫星系统已经成为实现远距离精确打击的必要保障,同时在夺取信息权的斗争中发挥着越来越重要的作用。
在未来战争中,军用卫星作为一种发射平台,与激光、定向能和动能等新式武器一起构成“天战”的武器装备系统,将成为空间军事化的主要工具。
(1)侦察卫星。侦察卫星是用于获取军事情报的人造地球卫星,它具有侦察面积大、监视范围广、传递速度快、直观效果好、生存能力强和不受国界与地理条件限制等优点。按不同的侦察设备和任务,可分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星、预警卫星和核爆炸监测卫星等。
侦察卫星被称作为“太空间谍”,在已发射的数千颗卫星中,侦察卫星约占1/3。
照相侦察卫星是利用光电遥感设备摄取地球表面图像的侦察卫星。照相侦察卫星居高临下,具有分辨率高的优点。其地面分辨率可达0.3m,照片清晰度可与航空侦察照片媲美。照相侦察卫星种类繁多。按履行的使命不同可分为“普查型”卫星和“详查型”卫星。前者装有低分辨率广角照相机,用于对大面积地区进行扫描照相。后者装有高分辨率较窄视场的照相机,用于对普查飞行中发现的特别感兴趣的地区进行详细侦察,以期获得更清晰的照片按照获取侦察结果的方式,可分为“回收型”和“无线电传输型”。前者是将胶卷装在舱中,通过地面指令使回收舱与星体分离,穿过大气层落向回收区。后者是将底片上的信息,转换成无线电信号直接或通过通信卫星中继转给地面接收站。它代表目前照相侦察卫星的发展趋势。世界上第一颗照相侦察卫星是美国于1959年2月28日发射的“发现者1号”。前苏联于1962年4月发射了其第一颗照相侦察卫星“宇宙4”号,此外,中国、法国、英国和日本也都有本国研制的照相侦察卫星。
电子侦察卫星。是用于侦收敌方电子设备的电磁辐射信号,以获取军事情报的人造地球卫星。无线电技术的高速发展使大气层内的空间和在大气层外的空间弥漫着各种各样的电子信号,捕获及截收他国的电子信号,已成为获得军事情报的十分重要的手段。随着电子技术的发展,电子侦察卫星也应运而生。电子侦察卫星也可分为普查型和详查型两种:前者主要对各种无线电信号和雷达信号的辐射源进行概略定位,并确定其频段和扫描方式,其扫描范围可达2000km左右;后者主要用于在普查的基础上精确核定目标,并获取电台和雷达信号的特性及具体参数。
(2)通信卫星。通信卫星是用作无线电通信中继站的人造地球卫星。按卫星上有无通信转发器,可分为无源通信卫星和有源通信卫星;按卫星运行轨道可为分静止通信卫星和非静止通信卫星、区域通信卫星和国内通信卫星;按不同用途可分为军用通信卫星、海事通信卫星和电视广播卫星。军用通信卫星又分为战略通信卫星和战术通信卫星。战略通信卫星提供全球性战略通信;战术通信卫星提供地区性战术通信或军用飞机、航船、装甲车辆及单兵用移动通信。
随着现代军事活动规模和复杂程度的提高,对通信保障提出了大容量、高效率、高质量和不受或少受地形、气象、距离以及大气层影响的要求。能满足这一要求的,只有部署在外层空间的通信卫星。
美国于1958年12月发射了“斯科尔”(即轨道中继装置信号通信卫星)。1962年6月,美国发射了“国防一代”中高度轨道小型通信卫星。1982年又发射了第二代“国防通信卫星”,目前最新的是“军事星”经过抗核加固处理,具有抗干扰和防电磁波辐射的能力,可在核战争条件下继续使用。
前苏联自1965年4月发射第一颗实用型通信卫星,欧洲空间局、日本、中国等都独立发射了自己的通信卫星。我国的第一颗试验型通信卫星“东方红-2”号,重461kg,直径21m,长31m,于1984年4月8日发射成功。我国第一颗实用型通信卫星于1986年2月1日发射成功。1988年3月7日和12月22日先后发射了“中国1号”和“中国2号”国内通信卫星。1990年2月4日又发射了“中国3号”通信卫星。现共计成功发射了6颗实用通信卫星。
(3)导航卫星。导航卫星是专门为航天、航空、航海、巡航导弹和洲际导弹等提供导航信号和数据的卫星。按用户性质,可分为军用导航卫星、民用导航卫星和军民合用导航卫星;按用户是否向卫星发射信号,可分为主动式导航卫星和被动式导航卫星。军用导航卫星均采用被动式,以便保密;按导航方法,可分为多普勒测速和时间测距两大类。军事活动领域的扩展、武器射程的提高、军队运动速度的加快、特别是精确制导武器的出现,使导航、定位问题变得格外突出,导航卫星也因此而得到迅速的发展。利用卫星导航具有精度高、全天候、能覆盖全球和用户设备简单等优点,在军事上有着极为重要的意义。目前,先进的“导航星全球定位系统”(GPS)可以使全球的所有用户,在任何时候至少可以同时收到4颗导航星的信号。其能在24小时不间断地提供三维位置、三维速度和精确时间信息,定位精度可达10m,测速精度小于0.1m/ s,计时精度可达100ns。
(4)大气卫星。大气卫星是从外层空间对地球及其大气层进行气象观测的卫星。多数气象卫星为军民合用,按运行轨道可分为太阳同步轨道气象卫星(也称为极地轨道气象卫星)和地球静止轨道气象卫星(简称静止气象卫星)。
美国是世界上第一个将气象卫星用于战场气象保障的国家,也是第一个研制并发射军用气象卫星的国家。20世纪50年代末期,美国开始研制第一代军民合用气象卫星“泰罗斯”号,并在60年代将其用于侵越战争的气象保障。
我国于70年代中期开始研制气象卫星,1988年9月7日由“长征-4”号火箭发射成功,代号为“风云1号”。该卫星主体为长14m,宽14m,高12m的六面体,总重量750kg。采用太阳同步轨道,轨道高度为901km,每天定时经过同一地区上空两次,可进行全球气象观测。1990年9月3日又成功发射“风云2号”气象卫星。
(5)拦截卫星。拦截卫星是用于打击、破坏敌人航天器或使其失效的共轨式军用卫星,又称做反卫星卫星。
除上述军用卫星之外,还有海洋监视、导弹预警、测地、核爆炸探测、雷达标校等专用军事卫星。
2.航天飞船
航天飞船是一种重要运载工具,分为无人和载人两大类。
无人飞船主要用于进行动物试验和货物运输;载人飞船主要用于发展新的军事航天技术和试验新型的军用设备,对地面目标进行观察和侦察,以及作为航天运输工具及武器平台。早期的航天飞船是由卫星改装的,以后则是专门研制的。
前苏联是世界上最早发展航天飞船的国家,1957年第一颗卫星发射上天后不久,便于同年在发射的第二颗卫星中,载入一只名为“莱依卡”的小狗。这颗卫星可以说是飞船的“鼻祖”。1960年5月至1961年3月,前苏联又相继发射了5艘卫星式无人飞船。从1961年起,开始载人飞船发射试验,先后执行过三个载人飞船计划,即“东方”号、“上升”号和“联盟”号计划。
美国也曾执行过三个载人航天计划,即“水星”、“双子星座”和“阿波罗”计划。1958年10月至1963年5月,美国开始执行“水星”计划,共进行了4次动物飞行试验、4次载人飞行、2次载人亚轨道飞行和4次载人航天飞行。1961年5月,美国开始执行“阿波罗”登月计划,首先是发射了三种无人月球探测器,以收集月球资料。“阿波罗”飞船先后发射了17次,其中有2次无人沿轨道飞行,7次载人登月飞行。1969年7月20~21日,“阿波罗”11号首次将2名航天员送上月球。与此同时,前苏联则实施“联盟”号空间站载人飞行计划。1963年7月26日,美国成功地发射了世界上第一颗同步卫星“辛康”。前苏联不甘落后,于1965年4月起,连续发射“闪电”型大椭圆轨道同步通信卫星,并建立了国内卫星通信网。1972年2月,美国开始研究“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号航天飞机。不久,前苏联也开始研究“暴风雪”号航天飞机。1983年3月,美国制定了“星球大战”计划。前苏联针锋相对制定了“战略防御计划”。各个同等国家也不甘寂寞,不甘落后,谁也不想让步,都想占领空间制高点,使自己在空间领域的斗争中处于更加有利的战略地位。
3.空间站
空间站是大型的、围绕地球轨道作较长时间飞行的载人航天器。空间站是在载人飞船的基础上发展起来的永久性飞行器,又称航天站或轨道站。空间站标志着载人航天活动已由空间探索转向空间开发利用。空间站实际上是一颗可供多名航天员巡访、长期工作和居住的大型人造卫星,是多用途的空间基地。空间站可以部署、组装、维修和回收各种军用航天器,并可以试验、部署和使用空间武器,还可以直接参与跟踪、监视、俘获和和拦截敌方航天器和洲际弹道导弹,在军用卫星、飞机和地面监视系统的配合下,成为空间预警、指挥、控制、通信和情报中心。建立空间站具有很高的军事价值,在未来的高技术战争中具有战略意义。1981年,前苏联曾在“礼炮”号空间站上发射一枚导弹摧毁靶星,1987年在“和平”号空间站曾用激光束瞄准并跟踪一枚洲际导弹。这曾使美国感到极为不安。
20世纪初,俄国著名科学家齐奥尔科夫斯基提出研制空间站的设想。1923年,德国火箭专家奥伯特不仅提出了建立空间站的设想,而且预示了空间站的军事应用。由于当时的技术所限,许多方案无法变成现实。1971年4月10日,前苏联成功发射了“礼炮-1”号空间站,迄今其已经发射了7个“礼炮”号空间站和1个“和平”号空间站。“和平”号为第三代,总重量可达106吨,工作舱总容积达510m3,能够容纳5~6人同时工作。
美国于1973年5月开始实施“天空实验室”计划。“天空实验室”空间站由轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”指令服务舱5个部分组成,全长36m,直径67m,重82吨,工作容积为327m3。“天空试验室”上有6架照相机对向地球,担负着重要的军事侦察任务。“天空试验室”在接待3批航天员后即停止使用,于1979年7月12日陨落在印度洋。之后,美国开始与多国合作加紧研制“阿尔法”国际空间站计划”。
4.航天飞机
航天飞机是一种能够重复使用、并且可以在地球表面和近地轨道之间运送有效载荷的飞行器。航天飞机通常由火箭垂直发射,进入轨道后如同卫星或飞船一样围绕地球的轨道运行;返回地面时又象飞机那样水平下划和着陆。它集中了火箭、卫星和飞机的优点,又克服了它们的缺陷,用途广泛,因而是一种理想的太空交通工具。同时,也可以用来发射、维修、回收各种卫星,也可以用于反卫星、反导弹,实施军事侦察和战略轰炸。用它作载人战略轰炸机,可以在45分钟之内飞抵地球上的任何一处,把核弹投向指定地点。美国是世界上最早研制航天飞机的国家,1981年发射了第一架航天飞机“哥伦比亚”号,先后用了10年的时间,耗费了100多亿美元,研制了5架航天飞机(“创业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号)。其中“创业”号是试验样机,没有进行轨道飞行。“挑战者”号是其中性能最好、飞行次数最多的一架航天飞机,但在1986年1月28日,“挑战者”航天飞机发射升空时爆炸,造成7名宇航员全部丧生。为了接替“挑战者”号,美国又研制了“奋进”号航天飞机,并于1992年5月7日顺利升空。1988年11月15日前苏联的第一架航天飞机“暴风雪”号成功地进行了不载人飞行。目前,全世界只有美国和苏联研制成功6架航天飞机。
5.空天飞机
空天飞机是能在普通跑道上水平起降,并在大气层内和空间轨道上飞行的完全可以重复使用的航天器。目前除了美在研制单级火箭式空天飞机外,英国、法国、日本、俄罗斯、印度都制定了自己的空天飞机计划。