特朗普组建太空部队 太空竞赛一触即发

网易
2018-07-02

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网易2018-07-02

7月2日消息,《连线》网站发布记者兼史学家加勒特·格拉夫(Garrett Graff)的文章称,新的卫星军备竞赛恐怕要在太空一触即发。美国总统唐纳德·特朗普下令筹建“太空部队”,也将升级美国、中国和俄罗斯之间无声而危险的竞赛——一场没有人真正清楚会产生什么后果的竞赛。

以下是文章主要内容:

2007年1月11日下午,美国空军少将威廉·谢尔顿(William Shelton)坐在加州范登堡空军基地指挥中心的一张桌子前,两只耳朵各紧贴一个电话。谢尔顿是负责维持美国军方在太空中的“态势感知”能力的指挥官,而目前的形势似乎正在迅速恶化。其中一个电话连通了谢尔顿与他的上司——在内布拉斯加州的美国战略司令部司令;另一个电话连向谢尔顿的操作中心,是隔壁一个没有窗户的房间,里面挤满了分析师。谢尔顿面前摆着一罐“胡椒博士”健怡可乐,身边围着多位越来越紧张的高级人员。

几天来,美国情报部门一直在寻找其他国家即将进行一次针对外太空的导弹试验的迹象。隔壁的分析师们——和他们在全球各地的同行们——都在跟踪地面雷达信号,监测红外传感器,并仔细研究太空望远镜的图像。他们都在向谢尔顿汇报实时观察的情况。下午2点28分,他们的资料解析显示,一枚弹道导弹从西昌卫星发射中心发射升空。导弹飞到距地球表面约500英里的近地轨道上,似乎在逼近一颗老化的中国气象卫星。

然后望远镜显示出一道明亮的闪光。

几分钟后,雷达屏幕开始跟踪到越来越多的碎片——至少有3000片碎片,谢尔顿知道,在接下来的几年里,这些碎片将以远远超过子弹的速度在地球周围飞行。谢尔顿震惊了。中国刚刚摧毁了一颗卫星。

这不仅是一项惊人的技术成就——从地面发射一枚导弹,击中一个移动速度高达1.7万英里每小时的天体目标——还显示出几十年来在太空领域从未见过的大胆程度。“我们无法想象他们会针对一颗真实存在的卫星。”谢尔顿回忆说,“因为像那样的行动会造成的残骸,它几乎是不可想象的。”这就像一个警钟。

在会议室里,谢尔顿呼了一口气,放下两部电话,从桌旁走出来。“这改变了一切。”他对手下说。

几十年来,美国的卫星绕地球运转在很大程度上没有受到地缘政治变迁的影响。自1985年以来,全球非正式地暂停试验反卫星武器;其间的几十年是冷战后的和平时期。在那几十年里,卫星已成为美国军事设备和全球经济的关键。到2007年,海上的船只和空中的战机越来越依赖于与数千英里外的地面站的即时卫星通信。政府预报员依靠气象卫星;情报分析人员依靠高分辨率图像来预测和跟踪世界各地的对手。全球定位系统(GPS)可能已经成为人类有史以来所设计的最不可或缺的一个全球系统——它成了全球其余基础设施立基于的基础设施。(美国国土安全部指定的16个关键基础设施部门中,有14个的运作依赖于GPS,如能源和金融服务部门。)

现在,谢尔顿担心,头顶上所有的卫星都变成了这么多巨大的、未武装的、价值数十亿美元的易被击中目标。

在中国首次成功完成反卫星导弹试验后的十年里,谢尔顿的预感在很大程度上实现了:太空中的一切都发生了变化。美国、中国、俄罗斯以及朝鲜之间展开了一场秘密而激烈的军备竞赛。该竞赛的目标是:想出更多更好的方法来快速削弱对手的卫星。几十年来,美国一直保持着无可争议的霸主地位,开展了多国合作,并就和平利用太空达成了外交共识。如今,军事官员们已经开始将地球轨道称作一个新的“作战领域”。

在陆地,军方开始重新培训飞行员、船长和地面部队,采用不依赖GPS的自动防故障导航形式,比如天文导航。美国军方必须重新学习如何在太空中“不联网”作战和自卫。2015年,美国战略司令部司令约翰·海登(John E. Hyten)表示:“我们知道如何做到这一点,但却莫名其妙地忘记了。”

前美国国家情报总监詹姆斯·克拉珀(James Clapper)在奥巴马政府结束时卸任的时候,他说,美国在太空中的对手日益强大,是他担心的三大战略威胁之一。克拉珀的继任者丹·科茨(Dan Coats)去年春天警告称,“俄罗斯和中国仍在致力于发展能力来挑战太空领域的假想敌,尤其是美国。”

自上任以来,特朗普总统多次暗示,他显然从军事和情报领导人那里得到了警告。在春季与国际空间站上的宇航员进行的直播中,他间接地提到了“太空中的巨大军事应用”。他反复提出要建立一个专门为太空作战而设立的武装部队的新分支——上周更是发表了一次公开的讲话,命令参谋长联席会议开始制定新的“太空部队”筹建计划。

但如果太空确实成为一个战场,重要的是要理解其中的风险——不仅对美国的战略地位,还对整个人类。一场俄中美太空战争的结果很可能会是,全球经济瘫痪,基础设施无法正常运转,整个地球笼罩着四处横飞的卫星碎片——顺便说一句,这可能会妨碍到地球上的所有人,直到我们找到一种清理太空碎片的方法。在这样的冲突之后,我们可能需要数年时间才能将新的卫星星座送上轨道。为轨道战争做准备已迅速成为美国军方的优先任务,但当务之急是想办法防止这种战争。

卫星与GPS

在俄克拉荷马城长大的威廉·谢尔顿从小梦想成为一名飞行员。他考上了美国空军学院,却发现自己的视力不够好。于是他转而成为了一名天文工程师。1976年,他开始在范登堡空军基地担任发射设施管理员。范登堡空军基地是军方最古老的空间和导弹发射基地,位于圣巴巴拉以北的加州海岸。他到达那里时,空军刚刚开始明白太空对未来的重要性:美国的首批早期预警卫星已被送入轨道,目的是跟踪苏联的导弹发射,卫星图像对情报收集也变得越来越重要。事实证明,谢尔顿视力不佳,反而使得他来到了空军新疆域的中心。

1990年8月,当时年轻的空军中校谢尔顿指挥科罗拉多州的第二太空作战中队(以下简称“2Sops”)。他到岗时,空军正忙着建造一个新的卫星群——每隔几个月从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射一次新卫星,帮助填充一个强大的系统——他被告知该系统最终将成为一个全球系统,旨在帮助美国改进其导航和提高其炸弹和导弹的精度。这是新的全球定位系统,谢尔顿在2Sops的首批任务之一就是,为这项新的努力建立支持和激发大家的热情。为了给访客(其中包括高层人员)留下深刻的印象,他随身携带了一个10磅重、价值3000美元的GPS演示装置,借助它告诉美国的士兵、水手、飞行员和海军陆战队他们在地球表面的确切位置。

2Sops运行的新系统的威力很快就得到了验证,比任何人想象的都要快。在海湾战争中,军方匆忙进行最后的准备工作来让GPS做好战斗准备。1991年1月17日凌晨2点30分左右,配备GPS的直升机偷偷潜入伊拉克,利用该技术引导自己穿过黑暗的沙漠,摧毁防空雷达。战争的第一次轰炸已经开始。精密制导炸弹瞄准目标,巡航导弹转过街角击中目标建筑,记者们对此惊叹不已。谢尔顿坐在前排位置见证了这一转变。

随着技术的进步,GPS的精度也提高了。该系统最初提供的精度在17码以内;有了它,你就可以精确地找到特定松树林的具体位置。如今,如果你用的是智能手机,它通常可以将一个物体定位在5码以内——这一分辨率足以在那片树林里找到两棵松树。不久以后,它就可以用来锁定一个松果的位置了:加州大学河滨分校的研究表明,最新的技术精度达到一英寸之内。研究表明,1毫米的精确度最终也有可能实现——这意味着该系统可以定位松果内的一颗种子。

如今,地面部队使用GPS来穿梭于外国街道;无人机飞行员可以在数千英里外以外编程序设定飞行计划。由于GPS卫星也包含美国的核爆炸探测系统,我们依赖它们来告诉我们朝鲜是否发射了核武器,以及告诉我们的导弹和炸弹在哪里找到它们的目标。谢尔顿说,“当你仔细想想我们美国的战争方式时,你会发现,我们的战略在很大程度上是建立在太空资产的基础上的——导航、预警和时机。”

那只是军事领域的应用。GPS的创造者可能从来没有想过让这个系统成为日常生活的支柱,但它确实做到了这一点。报道这个故事的时候,我去了科罗拉多,试图记录我所做的我要依赖于GPS的一切事情。各种导航场景显然都有用到GPS——我乘坐Uber去机场,我乘坐美国航空公司飞往丹佛的航班,我手机上的谷歌地图——我租了一辆车,借助该软件的导航功能去到位于科罗拉多斯普林斯(Colorado Springs)外的施利弗空军基地。但GPS也有一些不太明显的应用场景,比如我一路上所打的电话(蜂窝网络依赖GPS数据保持其基站的同步),使用ATM即(银行使用GPS跟踪存款和取款),以及在加油站给汽车加油(信用卡系统也依赖于GPS)。此外,GPS不再是世界上唯一的地理定位系统。俄罗斯、中国和欧盟现在都已部署或已开始打造自己的完整导航卫星群,以确保它们不必依赖美国的系统。这也意味着,在战争初期,卫星——另一个国家的卫星——很有可能是首批攻击目标之一。

GPS的运作原理与影响力

冷战期间,位于富尔达峡谷(Fulda Gap,东德和西德之间最短的通道)的美军山区前哨站,扮演了发出苏联入侵欧洲的早期预警的角色。如果俄罗斯坦克发动突然袭击,北约的规划师知道那里的士兵很可能最先发现。

如今,2Sops的成员也扮演了类似的角色。在施利弗空军基地低矮无窗户的米色400建筑物深处,10个人在同时远程操控天上的GPS卫星群。它们被用来指引战斧(Tomahawk)巡航导弹击中目标,将Lyft乘客送到目的地,以及帮助农民种植庄稼。它们还会提防任何对系统的冲击或攻击。

GPS操作员的平均年龄在25岁左右。在最近的一次轮班中,整个GPS由两名19岁的航空兵操作(空军强调,他们受过严格的训练)。他们的指挥官、美国空军中校彼得·诺斯基(Peter Norsky)三十多岁。他们一起监视着大约三十多颗GPS卫星,对地理定位系统进行故障排除,并注意每一架轨道飞行器的异常状况——这一架是太阳能电池板损坏了,那一架是通信链路不稳定——就好像他们在远距离照看一群喜怒无常的马儿。

虽然GPS在人们的日常生活中已经变得不可或缺,但在施利弗空军基地之外,大多数人都不怎么了解它的实际运作方式。GPS的基本功能是为地球提供一个共享的时钟。通过三角测量来自头顶的信号,以及测量来自不同卫星的信号到达GPS接收器所需的时间,GPS卫星可以帮助电话公司使得它们的系统保持同步,战列舰可以绘制开阔水域的地图,自动取款机可以给它们的交易打上时间标记。

该系统通过每日的计算来运作,采用牛顿物理学和爱因斯坦的相对论,精密地调整来自太空中每个GPS卫星的定时广播——相当于将你祖父的时钟调到1000亿分之一秒精确度的高科技版本。时间毕竟是相对的;截至今年1月,太空中的时间比地球的“协调通用时间”早了18秒,因为太空没有识别科学家为解释地球自转速度减慢而在地球上增加的闰秒。此外,每颗卫星上的计时装置都提供了一种略微不同的读数——这是它们的原子钟变化的结果——它们通过测量原子的精确振幅来报时。(有些GPS卫星使用的是铷原子,它们在短时间周期里非常精确;有些使用铯原子,这种在长时间周期中更精确。

GPS系统的任何故障都有可能会使得全球经济陷入混乱。幸运的是,小故障很少见,但它们也不是闻所未闻的。2016年1月25日,2Sops的飞行指挥官亚伦·布莱恩(Aaron Blain)在半夜被工作人员的电话吵醒。来自全国各地的用户报告显示,该系统的精度“不稳定”,使得测量变得越来越不准确。布雷恩开着他的福特皮卡车跑到施利弗空军基地,发现卫星星座的时间偏差达到13微秒左右。这是一个极小的数字——比一眨眼的时间还要短2.5万倍——但对于调谐良好的GPS来说,这可是打一次哈欠的时间。如果不加以纠正,这一问题可能会在全球经济中引发动荡:不仅会破坏驾驶者的导航指引,还会破坏股票交易。

布莱恩和其他的团队成员彻夜工作。他们花了大约6个小时来确定问题——一处被破坏的测量——然后分别重置受影响的卫星。(俄罗斯被称为Glonass的GPS系统遭受过更严重的问题。2014年,该系统瘫痪了10个小时,但许多Glonass接收器也可以使用GPS作为备份,因此系统性的混乱相对有限。)

那天晚上,2Sops避免了一场不算严重的灾难,但它似乎越来越担心中国和俄罗斯在太空中所做的、别人看不见的事情。它最近将负责监视卫星的航空兵数量翻了一倍,因此一个团队可以运行GPS星座,而另一个团队能够接受训练应对最坏的情况——国防部所说的“遇到干扰的、退化的和操作空间有限的环境”。也就是太空战争。

太空已像战区

在某种程度上,太空已经像一个战争地带:飞行的弹片越来越多。根据一些估算,在地球的轨道上有超过1亿颗碎片在快速移动。据估计,中国2007年的反卫星试验制造了约15万颗新的碎片,其中有很多体积太小,无法追踪。2013年,其中一些碎片击中了一颗俄罗斯卫星——这可能会给轨道环境增加更多的碎片。随着SpaceX和Blue Origin等商业公司纷纷加大推行太空旅游计划的力度,地球轨道将会变得更加拥挤,充斥着垃圾和宇宙飞船。科学家们说,或许到了某个点上,围绕着行星旋转的物体的密度达到了一个阈值——被称作“凯斯勒效应”——就会引发一连串失控的碰撞:换句话说,整个轨道将会一片混乱。

太空垃圾的另一个棘手之处是,有时它不只是碎片。一项名为“太空监视网”的美国军事项目仔细追踪和监控每一件比垒球大的太空垃圾。目前这一数字约为2万件——从旧的卫星部件到废弃的火箭助推器,再到宇航员在太空行走中丢失的钳子。2014年,一块被美国军方称为“Object 2014- 28E”的太空垃圾开始出现奇怪的举动。这个据悉来自俄罗斯的物体开始进行复杂的操作。“这让人担忧——因为你看到一些看起来像是碎片的东西复活了。”谢尔顿说。事实上,Object 2014-28E是一艘能够偏离线路,并靠近包括美国商业通信卫星在内的其他物体的自控空间飞行器。

从那以后,来自俄罗斯的一些类似空间物体也加入了Object 2014-28E的行列。分析人士担心,这可能标志着一个被称为“卫星杀手”(Satellite Killer)的俄罗斯项目的复活。该项目在冷战后被关闭。但即便是对美国政府的分析师来说,也很难确定这种担忧是否合理。几乎所有与太空有关的事情都是隐秘的,因此很难评估任何对手的能力。辨别意图尤其困难。谢尔顿说,“如果我想造一颗看起来和实际任务非常不同的卫星,其实并不难。”

一颗向另一颗卫星靠近的卫星可能是在进行修复工作,又或者准备发动攻击——对于这两种目的,它使用的工具可能是一样的。在Heritage Foundation研究中国军事能力的成斌(Dean Cheng)表示:“配有小型抓钩武器的小型卫星——它们既有军事用途,也有非军事用途。如果我能操纵卫星的碎片,我也能把那些东西拆下来。”美国也一直在秘密开发潜在的太空武器。去年5月,美国空军宣布,一架似乎属于机密的类似航天飞机的无人飞行器绕地飞行了718天。它做了些什么,则无人知晓。截至今年5月,另一架轨道试验飞行器(OTV)也环绕地球飞行了200多天。

华盛顿战略与国际研究中心的航空安全项目主管托德·哈里森(Todd Harrison)解释说,有四种太空武器:动能武器(旨在摧毁卫星),非动能武器(旨在在没有发生触碰的情况下让卫星瘫痪),电磁武器(旨在干扰卫星的信号),以及网络武器(旨在破坏发送到卫星的数据)。

2008年,美国测试了自己的反卫星导弹,击落了一颗偏离轨道的间谍卫星。俄罗斯曾多次试射所谓的直升轨道武器PL-19 Nudol弹道导弹,这种导弹可以打击轨道上的物体,不过俄罗斯尚未对轨道卫星进行过实际攻击。在2007年击落气象卫星以后的10年里,中国已经进行了多次弹道导弹试验,将其延伸至轨道。此外,中国的三颗卫星也进行了“近距离操作”,类似于俄罗斯的Object 2014-28E。反卫星武器只是“杀手锏”系统的一部分,这种系统能够用于出奇制胜,面对具有技术优势的敌人取得决定性的优势。针对卫星的网络攻击也带来了越来越大的挑战:据报道,中国黑客侵入了美国气象卫星系统;一名罗马尼亚黑客宣布宣称侵入了美国宇航局(NASA)其中一个太空飞行中心的服务器。在过去的十年里,至少有两个美国的非军用卫星系统出现过与黑客攻击有关的、攻击者不明的短暂故障。

一些国家已经开始利用卫星所广播的信号的脆弱性,而不是卫星本身的脆弱性。当GPS卫星发出的无线电信号从几千英里外的高空传到地球时,它们很容易被同样频率的强信号所覆盖。简单的GPS干扰器在网上的售价为119美元,但它们的覆盖范围很短。军方似乎正在获得要强大得多的干扰技术。2016年,据报道,在朝鲜附近,大约1000架飞机和700艘船只的GPS信号出现问题。据说,朝鲜购买了可以装在卡车上的俄罗斯干扰器。这些设备的有效运行范围为30到60英里。美国似乎拥有类似的技术;2007年,在圣迭戈的一个海军基地附近进行的一次测试出错,导致手机网络运营商的GPS信号中断至少两个小时。

然而,比简单的干扰更麻烦的是“电子欺骗”的兴起,它用更强大的本地化信号覆盖了正确的GPS数据,从而向接收机发送错误信息。2013年,德克萨斯大学奥斯汀分校的一组研究人员在地中海成功使得一艘价值8000万美元的游艇偏离航线。他们“欺骗”了游艇的GPS接收器,进而使其走向了新的航线。关于电子欺骗赤裸裸的真相是,安全通道并不能防御它。“甚至我们的加密军用GPS接收器也会被电子欺骗。”哈里森说。

特朗普要建太空部队

谢尔顿在空军服役38年后于2014年退役,目前住在科罗拉多州离2Sops不远的地方;最近,他在领导教育和倡导性质的非营利组织“太空基金会”(Space Foundation)。他仍然花费大量的精力去担心天上正在发生的事情。“作为一个国家,我们对这种威胁反应太慢。”他说。他对美国未能获得新的太空系统感到特别不安。有些GPS卫星比运行它们的人还要老。“我们的系统是过时的,”谢尔顿说,“因为太空资产非常昂贵,我们的部署才‘刚刚足够’;没有备份或多余的能力。”(美国空军指出,GPS卫星星座由30多颗卫星组成,有一定的冗余。)

相比之下,中国正在大力投资它的太空计划,视其为其国家实力日益突出的一个象征。最早在今年,它就能在月球从未被触及的远端登陆一艘飞船。而中国的全球导航卫星系统“北斗”的一些功能甚至超过了美国的GPS。与此同时,美国完全依赖俄罗斯的火箭将宇航员送到国际空间站(尽管NASA已授予波音和SpaceX公司合同来解决这一问题)。正如成斌所说,“今天中国是仅有的两个能够将人送上太空的国家之一,而另一个国家并不是美国。”

许多美国的太空战士(他们对自己的称呼)都有与谢尔顿一样的感受,即美国对轨道战争的威胁反应不够迅速。“我们需要加快步伐,”曾担任奥巴马政府空军部长的黛博拉·李·詹姆斯(Deborah Lee James)说道,“为什么空军高层没有更多的太空官员和网络官员呢?”

正如詹姆斯提出的问题所暗示的那样,解决这些问题并不仅仅是砸钱投资航天工业体系。它还涉及到组织变革。美国空军正在建造它所称的美国第一支太空任务部队,组成该部队的航空兵要接受应对轨道战争要求的训练。在与2Sops指挥中心相同的基地上,军方建立了国家空间防御中心,汇集来自不同军事和情报部门的代表。国防授权法案充斥着升级空军太空战斗能力的内容,包括创建一个额外的空军单位负责太空作战行动。

华盛顿越来越多的人——包括总司令——不满足于对空军进行胡乱地修补,因此不得不支持建立一个全新的专门用于太空行动的军事部门。今年5月,在西点军校(West Point)橄榄球队的颁奖仪式上,特朗普对观众说,“我们在太空将会变得非常庞大,不管是在军事方面还是在其他方面,我们正在认真考虑建立太空部队。”这句话在很多人听来像是特朗普的又一次离经叛道的言论。

但后来,在据悉遭到空军的抵抗后,特朗普升级了他的行动。在新成立的美国太空理事会6月中旬的一次会议上,他宣布,他命令五角大楼向前推进计划。这让他自己的顾问和军方都十分惊讶。正如他所说,“我在此指示国防部和五角大楼立即开始必要的进程,建立一支作为武装部队第六分支的太空部队。这是一个强力的声明。我们将拥有空军,我们将拥有独立但平等的太空部队。它将会变得很了不起。”

当然,组建太空部队并不是已经板上钉钉的事情。任何军事改编都必须得到国会的批准——这不一定是一条容易的道路。(去年,一项包括成立这样一个新的军事部门的法案获得了美国众议院的通过,但在参议院版本中该条款被删除。)建立一个新的军事部门涉及到一系列的后勤和结构问题。

然而,特朗普的力推可能会让朝着一个独立的太空部门的自然演变加快数年时间,如果不是10年的话。该总统说,太空“将在财政和军事上均具有重要意义。我们不希望中国、俄罗斯和其他国家领先于我们。我们一直以来都是领先的那一个。”

但我们将走向何方呢?要想弄清楚如何看待太空冲突问题,部分挑战在于轨道环境的复杂性——轨道环境长期以来属于民族国家范畴,但它正日益成为商业和旅游业的一个领域。国家如何保护它们在天上——和地下——的利益呢?现在,各国似乎在竞相建立其军事能力——但军备竞赛并不是唯一的答案。

上一次军备竞赛似乎要占领太空的时候,世界超级大国们联合签署了1967年的《外层空间条约》(Outer space Treaty)。该条约禁止大规模杀伤性武器进入太空,并主张“月球和其他天体”应用于和平目的。《外层空间条约》仍在生效,但到目前为止它已漏洞百出。例如,法律学者很难证明中国2007年反卫星测试违反了协议。这是因为严格来说中国发射导弹一事在长达50年的条约中并没有得到解决。

现在太空这一领域如此不稳定部分因为,甚至连现行的战争法都很难适用于它。没有一个国家可以在轨道上宣示主权,也不可能占领那里的领域。那么,什么是领域侵略行为呢?什么才算是适度的反应呢?甚至很难确切地说,太空战争实质上将会是什么样子。例如,我们不太理解,对卫星星座的动能攻击如何会演变成螺旋式的凯斯勒效应。

埃默里大学法学教授、武装冲突法专家劳瑞·布兰克(Laurie Blank)表示,人类“在陆地上炸毁东西已有上千年的经验。不过我们仍在研究所有这些东西在太空会产生的后果。”

布兰克最近携手一个由法律专家组成的国际团队,共同编写他们所说的《伍默拉外层空间军事行动国际法手册》——这是一本关于天体国际冲突的规则手册,将致力于参照地球战争的法律制定一部太空战争法律。这是一项艰巨的任务,所产生的文档将不具有约束力。但是,布兰克说,对于任何寻求遏制一场某种意义上已经开始的冲突的人来说,这是必要的第一步。

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