技经观察 | 小卫星对国家安全的影响

admin 2022年6月6日21:01:21安全闲碎评论6 views4143字阅读13分48秒阅读模式

技经观察 | 小卫星对国家安全的影响

技经观察 | 小卫星对国家安全的影响


近年来,随着航天微电子技术和航天发射能力的进步,卫星体积不断缩小,轨道高度不断降低,部署频率大幅增加。以“星链”和OneWeb为代表的小卫星星座稳步开展部署,逐步投入到现实应用中,并在天基通信领域体现出覆盖广、韧性强、灵活性高等独特优势。面对小卫星时代的到来,美国大西洋理事会于5月发布《小卫星:对国家安全的影响》报告,认为小卫星作为一项颠覆性技术存在着巨大发展和应用潜力,对美国国家安全存在双面影响,并建议美国政府通过加强与商业航天产业的合作,充分发挥小卫星技术优势,以确保美国在航天领域的领导地位。



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一、小卫星对国家安全的影响


随着诸多商业小卫星项目开展部署,在轨小卫星数量正在成倍增长,将对太空态势感知、太空交通管理、威胁探测、识别以及军事作战等方面提出新挑战。另一方面,新技术、新能力和新需求也推动了商业小卫星系统的发展。发射成本的降低、卫星批量生产技术进步、在轨处理能力提升以及人工智能技术的应用为小卫星星座构建和运营提供了前提条件。在航天发射领域,SpaceX公司将卫星发射成本由2亿美元降低至6000万美元,其最终目标是将成本降至约500万美元。


在卫星批产方面,OneWeb公司通过整合生产,拟将卫星制造成本由目前的数千万美元降低至百万美元级别,并将制造时间由数年降低至几天。同时,商业航天在最近几年受到了更多的关注与投资。据统计,2000-2020年,航天初创企业获得1212笔投资,其中2020年投资总额达76亿美元。美国银行和美林证券公司预测,到2050年,全球太空产业价值将达2.7万亿美元。此外,全球人口的变化将在移动和宽带通信、娱乐、遥感等领域为小卫星服务创造巨大市场需求。


欧洲委员会预测,到2030年,全球中产阶级人口将达到53亿。摩根士丹利预测,随着全球中产阶级的崛起,到2040年,全球航天产业规模将由3500亿美元增加至1.1万亿美元,并且叠加在轨服务和月球采矿等商业活动,其整体规模还将进一步扩大。


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报告认为,小卫星作为一项颠覆性技术,将对国家安全产生双面影响。在积极影响方面,一是政府可通过发射小卫星大幅降低部署成本,提升系统迭代速度。二是可增加美国天基资产系统韧性。小卫星凭借数量多的优势可增加潜在对手攻击难度。三是商业小卫星具备军民两用的特性,并可为全球范围内的客户提供服务,这将使攻击者的决策程序变得更加复杂。四是商业小卫星在遥感和通信领域为美国国家安全机构提供支持,并将帮助政府降低通信成本。五是美国防部如为小卫星搭载有效载荷,将使小卫星具备预警传感能力,可帮助美国提升太空态势感知能力。


在消极响应方面,一是小卫星可成为其他国家的天基武器或侦察平台,将对美国太空安全带来重大挑战。二是国内外没有任何机构能够对全球范围内的商业小卫星技术进行监管,这将对美国和盟国太空系统安全带来巨大挑战。三是大量小卫星退役后会坠入大气层,其不规律的运动轨迹将增加美国对太空环境监测的难度,也将增加太空碎片的数量。四是由于小卫星体积小、数量多,美国很难对每个小卫星承担的任务进行分析。五是全球还未建立统一的系统对小卫星的能力和任务进行收集,即便卫星服务提供商在注册过程中向国际电联提交相关信息,但也没有机构能对小卫星的能力进行核实。六是小卫星的全球覆盖将增加美国太空网络安全风险。其复杂的通信结构为恶意攻击提供了大量机会,尤其是通信链路和控制中心,包括地面站到卫星、控制中心到地面站、控制中心服务器基础设施、控制中心到其他远程控制中心、远程控制中心等。七是商业小卫星供应链的全球化导致小卫星面临网络攻击风险,进而将对商业航天提供商和美国政府带来安全风险。八是商业小卫星星座发展将增加全球透明度,将对美军事行动带来风险。


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二、美国防部和情报部门加强对商业小卫星的利用


随着商业小卫星的不断发展,美国防部开始改变政策,积极应对商业小卫星带来的一系列挑战。美国防部下属太空发展署和美太空军率先开展小卫星革命。

目前,美太空发展局正在开发以低轨小卫星为主的国防太空架构,包括通信层、跟踪层、监视层、战斗管理层、导航层、威慑层及支持层,将可为作战人员提供作战支持。


通信层将为美军提供全球通信能力,拟在2022年部署“第0批”20颗卫星,到2025年部署超过250颗卫星,为陆海空武器系统提供通信讯号。跟踪层计划将导弹防御局的“高超声速与弹道跟踪天基传感器”(HBTSS)系统纳入其中,以提升导弹预警能力。


监视层拟由200余颗携带混合传感器的卫星组成,可将地面目标数据传输至战术武器系统。战斗管理层作为支持软件,将负责任务分配、任务指挥和控制、数据传输和“传感器到射手数据产品”升级等任务集成。


导航层将为全球定位系统(GPS)提供备用授时、导航和定位信息补充。威慑层将从地球静止轨道收集地球和月球之间的环境信息。此外,美太空发展局还重点发展激光通信、加密和地面储存、联网等关键技术和系统,为小卫星星座部署奠定基础。


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美太空军通过开展新的商业计划项目、举办技术交流活动等措施为商业航天技术开发提供支持,并加强商业航天技术的采购,以提升对商业航天公司技术和能力的整合,进而支持军事太空系统发展。美国情报部门通过采购商业卫星图像,为军事活动、环境变化监测和灾难响应等任务提供支持。2017年,国家地理空间情报局将商业图像采购的职责交给了国家侦察办公室。2021年,国家侦察办公室宣布了商业太空服务的新举措,拟加强对商业卫星图像的采集和利用。


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三、小卫星发展对民用太空的影响


小卫星的发展将对民用太空领域产生变革影响,包括太空交通管理、商业航天活动监管制度及在轨飞行任务。


在太空交通管理方面,美国为支持商业、民用和科学太空活动发展,需要提升对太空在轨目标的跟踪能力,包括目前轨道上运行的50万至100万个太空物体(卫星和碎片)。同时,随着卫星数量的增长,卫星交会、抵近和变轨等活动也将增加作战环境的复杂程度。因此,基于准确数据提升太空态势感知能力将成为支持全球航天业发展的基础能力,而共享太空态势感知数据将是确保太空系统安全和规范运行的关键因素。


在商业太空活动监管制度方面,美国在商业航天领域的多部门管理和条例不清等因素增加了商业卫星运营商的风险,限制了行业扩张。目前,美国政府有三个主要机构管理商业航天活动。国家海洋和大气管理局负责管理商业遥感业务;联邦通信委员会负责分配射频频谱;交通部通过联邦航空管理局负责监管商业发射和再入。这些部门制定的传统任务流程很难满足未来小卫星发展和其他太空活动的需求。


在轨道飞行任务方面,美国政府目前没有能对在轨商业卫星开展通信和遥感以外业务进行监管的机构。这些业务包括:地外天体探测任务,多家美国商业公司计划向月球和火星表面发射探测器,开展商业探测。在轨维修服务,日本Astroscale公司于2021年展示了用于在轨太空碎片减缓的卫星捕获技术。太空资源利用,美国商业公司计划从小行星和月球上提取稀土矿物。太空旅游,2021年全球有3家公司成功开展太空旅游业务,未来十年该领域的业务规模或将持续扩大。


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四、调查结果和建议


根据对商业小卫星领域的调查研究,报告得出六点结论:一是美国可能会在未来十年失去对中国的太空优势;二是美国国防部和情报部门积极应对小卫星变革,投入更多资金用于商业数据采购;三是美国防部的负面文化(即无视法律规定的“商业第一”要求)严重制约了美国太空发展,侵蚀了美国的太空优势;四是商业小卫星发展需要得到政府更多的支持;五是美国国防部设计的采办流程不能满足商业小卫星快速发展的需求;六是美国商务部在管理在轨飞行任务方面进展甚微,国家海洋和大气管理局在管理运作中也存在问题。


为推进美国商业航天产业发展,保持美国全球航天领先地位、确保美国太空系统和国家安全,报告提出了具体建议。在美国防和情报部门方面:一是应利用商业系统保持美国太空系统韧性;二是应开展专项研究,利用商业太空服务为维护国家安全提供支持;三是国会和政府必须进行严格监督,以确保国防部和情报界执行“先购买商业产品”的政策;四是建立相关计划,利用商业遥感能力为作战提供支持;五是应制定应对商业太空系统网络攻击战略,保持对敌国的威慑;六是应制定协议、条约、操作规则等文件,为构建全球数据共享网络奠定基础。在其他主体方面:美国土安全部应开展研究,以确定太空系统是否应被列为国家关键基础设施,并应与国防反情报安全局开发合作,加强商业航天产业的供应链安全。美国商务部应增加对商业太空态势感知数据和服务的采购力度,并确保国际数据共享协议的实现。美国商业航天行业应协调发展,并积极向美国政府部门阐释其太空技术能力。此外,美国必须扩大与盟友、合作伙伴在太空领域的合作,并共建全球标准,包括交会和抵近操作、准则、轨道碎片、网络安全标准等。


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四、结论


报告认为,全球商业航天产业的快速发展,加速了太空技术研发和产品制造进程,将对美国及盟友的太空活动带来挑战。同时,美国的竞争对手将通过制定国家政策为本国商业航天产业发展提供支持。因此,美国想要确保太空安全和维持全球太空领导地位,必须快速采取行动来适应新的太空发展环境。


作者简介

张嘉毅 国务院发展研究中心国际技术经济研究所,副主任

研究方向:航空航天领域形势跟踪及关键核心技术、前沿技术研究

联系方式:[email protected]




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作者丨张嘉毅  李子诺(实习生)

编辑丨郑实


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研究所简介


国际技术经济研究所(IITE)成立于1985年11月,是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构,主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题,跟踪和分析世界科技、经济发展态势,为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号,致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。


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