文|郝经利@卫星黑客 靖安科技转载
过去的 2023 年里,国际航天领域取得了不错的成绩,与之相关的太空安全领域也在持续跟进和扩大。全球经济下行和部分区域仍处于战争的背景下,给全球局势带来较大的不确定性。太空资产作为军事情报重要的系统之一,安全问题难以被忽视,目前已经有多个国家和组织开展了太空安全方向的比赛活动、推出太空安全相关政策,除此之外,国际太空对抗的形势也变得越来越严峻。
根据统计,在过去的 2023 年里,全球共进行了 223 次火箭发射任务,其中成功 211 次,失败 12 次。2023 年 12 月 30 日 8 时 13 分,长征二号丙/远征一号 S 运载火箭在酒泉卫星发射中心点火起飞,成功将卫星互联网技术试验卫星送入预定轨道,至此中国航天 2023 年度任务圆满收官,同时也是国际航天发射任务的收官。在 2023 年中,我国共进行了 67 次发射,发射次数位居全球第二,而美国以 116 次发射持续位居全球第一。
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2、军事发射统计
受国际局势不稳定的影响,太空军事发射任务呈现上涨趋势。除美国、俄罗斯、法国等老牌航天强国外,日本、伊朗、以色列、韩国、朝鲜也同样发射了军事卫星,且韩国和朝鲜均为第一次拥有属于自己的军事卫星。以下为主要军事卫星发射列表:
时间
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任务编号
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国家
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载荷名字
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用途
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1月15日
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USSF-67
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美国
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CBAS 2
LDPE 3A
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通信技术试验
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1月26日
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-
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日本
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IGS-Radar 7
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雷达侦察卫星
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3月12日
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-
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俄罗斯
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LUCH-5X
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信号情报
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3月23日
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-
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俄罗斯
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Kosmos 2567
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军事侦查
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3月28日
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-
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以色列
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Ofeq-13
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军事侦察
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3月29日
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-
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俄罗斯
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Kosmos 2568
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军事侦察
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4月2日
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Tranche 0
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美国
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CHECKMATE 1
CHECKMATE 2
CHECKMATE 3
CHECKMATE 4
CHECKMATE 5
CHECKMATE 6
CHECKMATE 7
CHECKMATE 8
BB1
BB2
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军事通信
导弹预警
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4月15日
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-
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美国
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Hawk 7A
Hawk 7B
Hawk 7C
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信号情报
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4月15日
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-
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法国
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BRO-9
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信号情报
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5月26日
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-
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俄罗斯
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Kondor-FKA 1
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军事侦察
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6月12日
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DARPA
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美国
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BLACKJACK ACES-1
BLACKJACK ACES-2
BLACKJACK ACES-3
BLACKJACK ACES-4
XVI
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军事侦察
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9月2日
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Tranche 0
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美国
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CHECKMATE 10
WILDFIRE 1
WILDFIRE 2
WILDFIRE 3
WILDFIRE 4
WILDFIRE 5
WILDFIRE 6
WILDFIRE 7
WILDFIRE 8
WILDFIRE 9
WILDFIRE 10
BB3
BB4
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军事通信
导弹预警
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9月10日
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NRO
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美国
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USA-346
USA-347
USA-348
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空间域感知
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9月15日
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-
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美国
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Victus Nox
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空间域感知
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9月27日
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-
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伊朗
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Noor-3
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军事侦察
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10月27日
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-
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俄罗斯
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Kosmos-2570
Kosmos-2571
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信号情报
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11月11日
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-
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法国
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BRO-10
BRO-11
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信号情报
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11月21日
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-
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朝鲜
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Malligyong-1
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光学侦察
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11月25日
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-
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俄罗斯
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Kosmos 2572
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电子侦查
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12月1日
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-
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韩国
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KORSAT-7
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光学侦察
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12月21日
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-
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俄罗斯
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Kosmos 2573
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电子侦察
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12月24日
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-
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德国
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SARah-2
SARah-3
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SAR雷达
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12月27日
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-
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俄罗斯
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Kosmos 2574
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电子侦察
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12月29日
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USSF-52
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美国
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X-37B(OTV-7)
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在轨实验
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3、其他太空任务
我国于 12 月 14 日在酒泉卫星发射中心使用长征二号F运载火箭成功发射可重复使用的试验航天器[1],该任务是继 5 月份返回后的又一次出征。
美国 SpaceX 公司于 4 月份和 11 月份开展了两次“星舰”火箭发射测试,虽以部分失败告终,但刷新了多项世界纪录。
经过了多轮的发射推迟,美国天军的 USSF-52 任务 X-37B(OTV-7)航天器于 12 月 28 日搭载猎鹰重型火箭在 NASA 肯尼迪航天中心 LC-39B 发射台发射,该次发射的 X-37B 无人飞机将开展 HEO 在轨实验任务,包括空间域感知技术和 NASA 的新材料抗辐射测试[2]。
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欧洲航天局(ESA)的 Euclid 卫星于 7 月 1 日由猎鹰 9 号火箭发射到拉格朗日 L2点。该卫星观测遥远的星系以研究暗物质和暗能量。
印度空间研究组织 ISRO 于 9 月 2 日发射了 Aditya-L1 航天器来开展对太阳的研究。
日本 JAXA 于 9 月 6 日发射了 XRISM(X射线成像和光谱任务)X 射线太空望远镜和 SLIM 月球着陆器,SLIM 并于 12 月 25(UTC)进入绕月轨道,在降落后,该航天器出现了部分故障无法取得联系,而据 JAXA 最新消息得知,已经恢复其通信并成功回传月球照片[3]。
4 月 14 日,欧空局发射了木星冰卫星 (JUICE)探测器,该探测器开始在长达八年的木星之旅中完成多次飞越太阳系其他行星的任务后,绕行至木星的三颗卫星开展探索,最后一年将围绕木卫三运行。
美国宇航局(NASA)于 10 月 13 日发射了 Psyche 航天器,这是一项轨道飞行器任务,将通过猎鹰重型运载火箭上研究金属小行星 16,Psyche 用来来探索行星核心的起源。
11 月 1 日,美国宇航局的露西探测器飞越了小行星 152830丁基内什(Dinkinesh),发现它是一对双星行星。
俄罗斯月球着陆器 Luna 25 于世界标准时间 2023 年 8 月 10 日 23:10 搭载联盟 2.1b 火箭从东方航天发射场发射升空。这是自 1974 年苏联着陆器 Luna 24 以来俄罗斯首次尝试在月球上着陆航天器。但降落时由于点火时间多了 43 秒,它于 8 月 19 日在月球上坠毁[4]。
2023 年 7 月 14 日,印度空间研究组织 IRSO 启动了第三次探月任务 Chandrayaan-3,它由着陆器、流动站和推进舱组成,并于 2023 年 8 月 23 日成功登陆月球南极地区,使印度成为第四个成功登陆月球的国家,也是第一个在月球南极附近成功登陆的国家。在技术验证实验方面,着陆器进行了跳跃实验,月船三号(PM)从绕月轨道移至绕地球轨道[5]。
1、碎片及轨道安全
2023 年,NASA 公布了一颗命名为 2023 cl3 的小行星以 26000 公里/小时与地球掠过,最近距离约为 720 万公里[6],这对于太空事件来说已经风险很大,好在目前危险已解除。
10 月 22 日,中国深空探测实验室主任兼首席科学家、中国工程院院士吴伟仁在中国科协年会上,介绍国家未来15年的太空探索计划,包括计划 2030 年前后实现载人登月,以及在未来 10 年内展开首次“近地小行星防御任务”。吴伟仁院士还详细介绍近地小行星防御任务的具体做法,瞄准一个距离地球数千万千米、几十米大的小天体,然后在它 1000 万千米外发射撞击器,使其运行轨道改变,再评估效果。这一任务的目的是验证防止小行星撞地球的能力,实现“撞得准,推得动,测得出,说得清”的目标[7]。目前该计划于 2022 年公开,将在 2030 年实现对小行星的动能撞击,这体现了我国在太空防御能力上的新的目标。
太空物体碎片方面仍然是当今太空安全的重要话题,在 2023 年中,一共发生了 4 次重要的太空解体事件,具体如下:
日期/时间
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对象 |
事件类型 |
追踪数量 |
原因 |
1月4日 |
Kosmos 2499 |
解体 |
85 |
未知;能量碎片事件 |
3月11日 |
Orbcomm F36 |
解体 |
7 |
未知;可能由肼轨道调整系统故障引起的高能碎片事件 |
6月29日 |
Kosmos 2143(Strela-3) |
解体 |
6 |
未知;可能是电池过压引起的能量碎片。主车辆旁边有六个碎片 |
8月21日 |
Vega VV02 VESPA adapter |
解体 |
7 |
未知;可能的碎片影响 |
在太空碎片和太空安全方面,国际上除了联合国在发挥着重要作用外,民间组织也在积极推动该方向的建设。例如 2019 年美国成立的太空安全联盟[8](SSC,The Space Safety Coalition),该联盟由 20 多个航天运营商、航天相关协会和产业单位组成,在太空碎片和太空可持续上发挥着力量。
轨道安全方面与往年相同,航天大国仍借助轨道机动来开展特殊太空行动,根据数据分析发现,2023 年国外静止卫星在轨机动以美国为主,包含美国 GSSAP 态势感知计划卫星以及天基红外预警卫星,具体列表如下:
卫星编号
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卫星名字
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国家
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卫星属性
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36108
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USA 211
WGS-3
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美国
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美国军用通信卫星,由美国空军运营,作为宽带全球卫星通信计划的一部分。它于 2009 年发射,是第三颗进入轨道的 WGS 卫星,也是最后一颗进入轨道的 Block I航天器
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40100
|
USA 254
|
美国
|
美国太空监视卫星(GSSAP-2)由空军和轨道科学公司秘密开发,太空监视网络(SSN)传感器,支持美国战略司令部的太空监视行动
|
41744
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USA 270
|
美国
|
美国太空监视卫星(GSSAP-3)由空军和轨道科学公司秘密开发,太空监视网络(SSN)传感器,支持美国战略司令部的太空监视行动
|
41745
|
USA 271
|
美国
|
美国太空监视卫星(GSSAP-4)由空军和轨道科学公司秘密开发,太空监视网络(SSN)传感器,支持美国战略司令部的太空监视行动
|
41937
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USA 273
SBIRS GEO-4
|
美国
|
美国天基红外预警卫星,SBIRS 卫星是国防支持计划(DSP) 早期预警系统的替代品。它们的目的是探测弹道导弹发射,以及红外光谱中的各种其他事件,包括核爆炸、飞机飞行、空间物体进入和再入、野火和航天器发射
|
43162
|
USA 282
SBIRS GEO-3
|
美国
|
美国天基红外预警卫星,SBIRS 卫星是国防支持计划(DSP) 早期预警系统的替代品。它们的目的是探测弹道导弹发射,以及红外光谱中的各种其他事件,包括核爆炸、飞机飞行、空间物体进入和再入、野火和航天器发射
|
51280
|
USA 324
|
美国
|
美国太空监视卫星(GSSAP-5)由空军和轨道科学公司秘密开发,太空监视网络(SSN)传感器,支持美国战略司令部的太空监视行动
|
51281
|
USA 325
|
美国
|
美国太空监视卫星(GSSAP-6)由空军和轨道科学公司秘密开发,太空监视网络(SSN)传感器,支持美国战略司令部的太空监视行动
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53355
|
USA 336
SBIRS GEO-6
|
美国
|
美国天基红外预警卫星,SBIRS 卫星是国防支持计划(DSP) 早期预警系统的替代品。它们的目的是探测弹道导弹发射,以及红外光谱中的各种其他事件,包括核爆炸、飞机飞行、空间物体进入和再入、野火和航天器发射
|
55138
|
USA 340
|
美国
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USSF-44任务释放的在轨技术验证卫星
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55263
|
USA 342
|
美国
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USSF-67任务释放的在轨通讯验证卫星
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40258
|
LUCH
OLYMP-K
|
俄罗斯
|
电子情报卫星,用于在轨侦察别国卫星通信情报
|
55841
|
LUCH-5X
|
俄罗斯
|
电子情报卫星,用于在轨侦察别国卫星通信情报
|
从以上列表中可以看到,美国 GSSAP 系列在轨监视卫星在 2023 年可没闲着,其中 USA 270 卫星为美国 GSSAP 计划的第三颗卫星,该卫星曾在 2022 年 1 月份在轨跟踪我国发射的技术实验卫星而引起世界关注[9]。除了 GSSAP 卫星之外,美国在 2023 年不断调整着多颗天基红外导弹预警卫星位置,下图为 USA 324 卫星的位置变化历史曲线:
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俄罗斯也同样在发展相关能力,2023 年 3 月 12 日,质子 M/Breeez-M 火箭从俄罗斯拜科努尔航天发射场成功发射了 Luch 5X(2023-031A)卫星,也被称为“Olymp-K2”。Olymp-K2 卫星由 ISS Reshetnev 公司建造,采用特殊版本的 Express 2000 总线设计,卫星运行于地球静止轨道。虽然对外宣称是数据中继/通信卫星,但与之类似的“前辈”卫星 Luch 1 卫星在地球静止轨道上不断侦察别国卫星,已经引起国际上的多次警觉[10],因此推测新发射的这颗卫星将具有相同的信号侦收功能。经数据分析发现,该卫星自发射以来,已经在轨进行了多次异常变轨行为,瞄准多个国家的卫星目标进行侦察活动,下图为该卫星的位置变化历史曲线:
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由上可见,太空中的部分卫星由于国家对抗原因一直在“奔波着”,不仅如此,地面上的活动也没闲着,在2023年的卫星系统安全的比赛或者活动就有 3 个,包括美国的 Hack A Sat 安全挑战赛、欧盟的 OPT-SAT 活动、法国的 DefInSpace 黑客马拉松。
2、Hack A Sat 活动
2023 年 4 月份,美国第四届 Hack A Sat 挑战赛活动开始举办,该活动由美空军研究实验室、天军系统司令部、Aerospace 公司及 Cromulence 公司联合举办,经过了选拔赛、决赛的过程,最终来自意大利的团队 mHACKeroni 获得冠军。
6 月 5 日,美国天军发射一颗名为 Moonlighter(中文译名:月光者)卫星为 Hack A Sat 活动做支持。该卫星是世界上第一个也是目前唯一一个太空黑客沙盒,旨在为卫星攻防技术人员提供攻击靶标,验证卫星系统攻击技术与发现卫星系统安全漏洞。mHACKeroni 团队成功入侵并控制该卫星,拍摄地球照片并传回地面。
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“月光者”卫星除了针对 Hack A Sat 活动提供支持外,美国军方也利用该卫星举办在轨攻防技术演习。美国天军“网络卫士”于 2023 年 11 月 14 日至 17 日进行了一项独特训练演习[11]。据透露,“月光者”演习采用“紫队”方式,进攻方(红队)和防守方(蓝队)合作,创造一个鼓励成长和适应的学习环境。第 527 太空侵略者中队网络飞行队承担了红队的角色,负责探测月光者卫星的防御。他们的目标是复制现实世界的威胁并为蓝队提供真实的测试环境。蓝队由第 62 网络空间中队(CYS)、第 64 网络空间中队、第 65 网络空间中队、第 68 网络空间中队、第 663 网络空间中队、第 664 网络空间中队和三角洲第 6 特遣队等部队组成。这次演习的目的是围绕“月光者”成像卫星开展,重点完善这些守护者的防御和进攻技能。第 527 太空侵略者中队飞行技术总监 Eric Lu 上尉表示,“月光者”演习的主要目标是增强美国太空军的防御性网络作战能力。
Hack A Sat 活动目前已成功举办四届,已经成为世界上该类别最为成熟的比赛活动,比赛赛题通常由不同的难度和技术类别区分。与前期比赛的题目不同,2023 年比赛题目更多偏向于卫星操作、射频通信、漏洞挖掘与逆向、地面站等难度较高题目,且加入了在轨卫星靶标,将比赛真实性推向新的高度。可以想象的是,未来该比赛将持续举办并不断产生作战型人才培养的价值和推动卫星系统防御技术的发展,具有非常好的实践价值。同时该比赛的成功举办,也体现着美国军方与社会组织的合作价值。
3、OPT-SAT 活动
4 月 26 日至 27 日在法国巴黎举行的欧洲网络安全和太空展览会(CYSAT)期间,欧洲航天局(ESA)设立了一个卫星测试台,开展模拟夺取 OPS-SAT 控制权的挑战赛, OPS-SAT 是一颗纳米卫星,由 ESA 用于攻击演示。
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OPS-SAT 实验人员将为该处理平台提供可启动固件。这些固件在加载到卫星之前将经过一定的预检查。OPS-SAT 结合了通常与立方体卫星一起使用的子系统、用于机载计算机的最新地面微电子设备以及 ESA 在过去 40 年来运行卫星以确保任务安全方面所获得的经验。
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参与该活动的团队中有来自泰雷兹的网络安全研究人员,他们利用了卫星实验处理平台(MDF)中的 JAVA 反序列化漏洞来控制了用于管理有效载荷的(定位系统、姿态控制系统和机载摄像头)系统,随后利用卫星上的 CAN 总线,登录系统 shell 并利用 JAR 注入,成功地入侵并控制了该卫星。[12]
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4、DEF IN SPACE 活动
11 月 17 日至 18 日, 由法国太空司令部和航天谷集群组织的 DefInSpace 活动在法国多个城市(波尔多、布雷斯特、里昂、巴黎、图卢兹、普罗旺斯萨隆)和世界多个国家(塞浦路斯、意大利、墨西哥、秘鲁和新加坡)举办。
DefInSpace 2023 是经典黑客马拉松运作的一部分,24 小时应对与空间控制问题相关的两项挑战。它旨在促进寻找创新解决方案,以利于太空司令部的太空控制任务并提升其影响力。这次黑客马拉松反映了太空司令部希望可以通过提出的挑战以敏捷和公开的方式研究某些太空军事问题。
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DefInSpace 2023 是经典黑客马拉松运作的一部分,24 小时应对与空间控制问题相关的两项挑战。它旨在促进寻找创新解决方案,以利于太空司令部的太空控制任务并提升其影响力。这次黑客马拉松反映了太空司令部希望可以通过提出的挑战以敏捷和公开的方式研究某些太空军事问题。
5、卫星网络攻击事件
Dozor 网络攻击事件
6 月 29 日 2:00,俄罗斯卫星互联网提供商 Dozor-Teleport 受到黑客组织“Wagner PMC”攻击导致卫星网络及官方网站瘫痪[13]。Dozor-Teleport 公司为俄罗斯联邦安全局(FSB)、俄罗斯天然气工业股份公司(Gazprom)、俄罗斯原子能公司(Rosatom)和军事设施提供卫星网络服务。对 Dozor 的网络攻击将是继俄罗斯入侵乌克兰当天对 Viasat 的攻击之后,卫星网络服务提供商遭受的第二次重大网络攻击。在 Telegram 消息中,黑客组织声称 Dozor-Teleport 的“部分卫星终端”出现故障,俄罗斯公司服务器上的信息被删除。并公开了来自 Dozor-Teleport 的内部文件作为证明。
截止目前,黑客组织发布了泄露的文件其中包括 pdf、照片和文档。周四上午,该组织还发布了三份文件,显示了 FSB 和 Dozor 之间的联系,以及 Dozor 员工用来验证他们是否正在与真正的 FSB 代表联络的密码,其中一个密码在 2023 年还是有效的。
根据前期研究结果表明,Wagner PMC 黑客组织曾公开支持瓦格纳集团。巧合的是, Cyble 研究与情报实验室(CRIL)调查了一种名为“Wagner”的新勒索软件。该勒索软件是 Chaos 勒索软件的变种。在分析过程中发现该勒索软件释放的目的不是为了勒索钱财,而是宣传用户加入 PMC 瓦格纳组织。
日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)(国立研究开发机构宇宙航空研究开发机构航空航天局)遭遇网络攻击[14]。JAXA 由三个先前独立的组织合并而成,于 2003 年 10 月 1 日成立。日本宇宙航空研究开发机构发言人表示,身份不明的黑客瞄准了该机构的网络服务器,但未能访问敏感信息。黑客据称利用了一家网络设备制造商 2022 年 6 月披露的漏洞,但制造商的名字没有被公开。
随着太空安全在军事的重要性以及受到有关国家的逐渐重视,太空安全相关会议相关议题普遍以军事背景开展,以下为国外太空安全会议统计:
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国家
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涉及内容
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1月23日-25日
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DISC国防与情报太空会议
Defense and Intelligence Space Conference
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美国
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美国国防情报交流会议
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2月27日
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空间和卫星系统安全研讨会
SpaceSec23
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美国
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空间系统安全、网络和通信安全、空间系统的隐私和可用性以及空间安全策略
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4月5日
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第二届年度太空力量安全论坛
Annual Spacepower Security Forum
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美国
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美国太空力量高层交流会议
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4月26日–27日
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航天界网络安全会议CYSAT
Cybersecurity for the space industry
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欧盟
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欧洲唯一完全致力于航天工业网络安全的活动。
旨在将太空和 IT 安全社区聚集在一起,建立一个能够应对欧洲航天工业当前和未来面临的挑战的欧洲生态系统。
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4月26日-27日
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军事太空态势感知会议
Military Space Situational Awareness Conference
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英国
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专注于军事和国防问题,包括国际合作、空间碎片和领域意识
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5月16日-17日
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欧空局安全会议
ESA Security Conference
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欧盟
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汇集来自政界、工业界和研究界的利益相关者以及太空服务用户,他们将讨论原子能机构应如何在塑造其太空安全方法和机构方面取得进展
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8月16日-18日
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太空作战论坛
Space Warfighting Forum
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美国
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讨论太空作战愿景、要求以及现有和新兴能力
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9月13日-14日
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外层空间安全会议
Outer Space Security Conference
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联合国裁研所
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裁研所的外层空间安全会议是一年一度的旗舰活动,为外交界以及来自军事、工业和学术背景的专家提供了一个独特的论坛,共同考虑与外层空间安全相关的挑战和解决方案
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10月3日-4日
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太空防御会议
Defence in Space Conference
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英国
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军事卫星通信、天基情报和地球观测、天基导航、空间领域意识、国家计划以及空间安全和网络战略
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10月17日-19日
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太空价值峰会
Space Information Sharing and Analysis Center
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美国
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威胁形势、保护太空资产、态势感知、弹性卫星通信、政策框架、劳动力发展和新兴技术
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10月23日-26日
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国际安全太空周
International Security Space Week
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美国
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全球太空供应链的弹性—制定联合方法,太空供应链安全、制定联合太空供应链战略
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11月6日-7日
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韩美太空论坛
United States and Republic of Korea Space Forum
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韩国、美国
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讨论涵盖了与太空相关的全方位问题,包括太空可持续性、太空威胁和太空安全、太空探索、天基对地观测以及私营部门在新太空经济中日益增强的作用
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11月8日
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日美韩太空安全三边对话
Japan-U.S.-ROK Trilateral Dialogue on Space Security
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韩国、美国、日本
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三个国家讨论了太空领域的威胁、国家太空战略以及负责任地利用太空
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12月7日
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联合太空作战倡议(CSpO)会议
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跨国
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CSpO倡议的成员国共享有关空间域感知能力的信息,旨在监视和跟踪太空威胁并训练其太空部队
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12月12日
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国防太空会议
Defence Space Conference
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英国
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汇集了英国高级军事和政府官员以及行业、学者和颠覆性技术领域的领导者,将军事太空战略和行动与太空技术和创新结合起来。它是英国共享和塑造未来英国太空领域战略思维和运营交付的主要平台
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作为国际航天能力最强的美国,一直致力于发展航天领域的前沿技术,以防止其它势力强劲的国家超越。美国于冷战时期建设的太空态势感知(SSA)能力为目前世界上最强大的太空态势感知设施,这包括强大的地基雷达、地基望远镜和天基望远镜系统。美天军 SDA 太空发展局主要推动的工作为在太空建立通过低轨卫星星座组成的七层作战支撑体系--“PWSA-扩散作战太空架构”[15],具体的七层包括:传输层、跟踪层、导航层、支撑层、监管层、战斗管理层、威慑层。在其整体架构中,传输层和跟踪层是其最重要的两个星座,其它层级的实现与功能更多依附于这两层的卫星上,实现对战斗管理、导航、监管等任务,而地面的发射场、火箭、控制中心为支撑层的重要组成部分。
美国在 2023 年开始部署其“扩散作战太空架构”的首批 Tranche 0 卫星,分别于 4 月 2 日和 9 月 2 日进行了 2 次发射,将约克空间、洛克希德马丁、SpaceX 公司制造的共计 23 颗卫星发射成功,其中包括 19 颗传输层卫星和 4 颗跟踪层卫星。本计划于 2023 年下半年发射的 4 颗 L3 Harris 制作的跟踪层卫星由于技术原因推迟到 2024 年发射。
2023 年 11 月,美国基于在轨的三颗约克空间系统公司制作的传输层卫星开展了天基 Link 16 链路传输实验,将多个战术信息从卫星传输到某个位于“五眼联盟”合作伙伴内的地面测试站点,该测试为美国第一次实现星载 Link 16 传输实验,为其扩散作战太空架构提供了部分强有力的能力验证[16]。
2023 年 12 月 22 日,NASA 发布《太空安全最佳实践指南》[17],以保护空间系统集成度和互联度不断提升的背景下,可能因为威胁和漏洞导致的航天任务失败。
特别关注的是,美国国会发表的 53 页战略报告《重置、预防、建设:赢得美国与中国共产党经济竞争的战略》[18]中提出,为 NASA 和国防部提供资金,争夺太空中全部的拉格朗日点,并确保作为第一个在所拉格朗日点永久安置资产的国家。该报告暴露了美国将太空领域视作国际竞赛的重要领域之一。
作为美国航天代表企业 SpaceX,同样在 2023 年做出了耀眼的成绩。SpaceX 利用猎鹰系列火箭成功发射了 96 次任务,打破了 2022 年 61 次轨道发射的年度纪录,这发射成绩超过了全球任何一个国家,其发射任务主要用于部署 StarLink 系统。在此过程中,SpaceX 成功着陆了第 250 个轨道火箭助推器,并发射和着陆了 19 次单枚火箭,不断突破火箭重复利用的界限,而且最短的发射时间间隔仅为 3 小时[19]。不过作为 SpaceX 重磅产品--“星舰”,在 2023 年进展可不是非常顺利,其进行了两次重要的发射尝试均以部分失败告终,但从另一角度上讲却是成功的,其技术不断刷新着新高度,相信未来该产品一定会成为一个耀眼的、甚至有些可怕的产品。
为了将太空作为一个作战领域,欧盟正在加强其太空领域意识和对太空环境(包括威胁和风险)的共同认知。2023 年 2 月,北约组织宣布计划建立联盟太空持续监视(APSS)计划[20],以加强联盟的天基监视和情报,从而提高态势感知和决策能力。
欧盟同样重视自身的卫星系统安全性,欧盟委员会和欧洲对外行动局 (EEAS)于 2023 年 3 月 10 日发布了《2022 年战略指南针》中的《欧盟太空安全与防御战略》[21],虽然该出版物是长期推动的结果,但一年多前针对 ViaSat 卫星的网络攻击[22]损坏了欧盟管辖范围内的卫星终端,强烈肯定了立即实施新推出的战略的必要性。
除此之外,欧盟在 3 月份公开一份招标文件显示,由 ESA 主导的 IRISS 星座项目正在拉开帷幕[23],这个价值 60 亿欧元的项目为了建设一个使用量子加密和增强网络安全能力的卫星星座,主要偏向于安全与弹性的卫星网络,可为政府、企业用户提供增强的通信能力,确保高速互联网宽带应对连接盲区。
日本作为国际上少有的具备火箭发射能力的国家,其在太空安全方向这几年出现较多的动作。自上世纪,日本国会成立了国家宇宙开发机构(NASDA)即现在的日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA),该机构主要为和平利用太空作为背景下成立,然而近些年的太空力量与军事力量融合的作战背景下,让日本感觉受到了较大的局限性。因此在 2022 年,日本相继发布三份战略文件,以允许通过卫星进行侦察和太空目标监视(SSA)活动,包括成立了一个太空作战小组,主要负责的工作是与美国和其它国家共享 SSA 信息。
日本除了与美国在航天领域有着深入的合作和交流外,也在积极发展自己的太空能力。2023 年 6 月,日本宇宙开发战略总部发表《太空安全倡议SPACE SECURITY INITIATIVE》[24]报告,倡议首先明确了太空安全环境的现状和挑战。指出了作为日本太空应用未来愿景的国家安全太空架构,以及为实现该架构的努力。
从总体架构图中可以看出,日本的国家安全太空架构分为了六大能力,分别为导航定位、情报搜集、情报通信、导弹防御、太空运输、太空监测。
情报搜集能力的卫星包含信息搜集卫星/星座、GEO 光学侦察卫星、商业卫星组成;导航定位能力包括 GPS 卫星与日本自身的 QZSS 卫星导航系统组成;情报通信能力包括数据中继卫星、商业通信卫星、军事通信卫星、受保护的抗干扰战术卫星、光学通信星座、商业通信星座组成;导弹防御能力由预警卫星和太空导弹防御系统组成;太空运输能力由发射站、商业火箭组成;太空监测由雷达、光学望远镜、卫星干扰检测设备组成。
该架构其实并非一朝一夕形成,日本早在过去的几年时间里一直在规划其太空安全战略。从架构中可以看出,日本针对太空对抗的野心还是很大的,其涵盖了大部分关键的太空安全能力,且可以为实际作战场景下提供技术支撑。
对于一个将太空置于国家和欧洲安全优先事项首位的国家,法国一直重点发展太空安全方向的能力,并希望成为世界上第三太空强国。这包括近些年举办一系列的太空演练,并集合其军队、航天企业为太空安全发挥重要的力量,其主要太空能力集中在空间态势感知技术和主动防御技术。
法国每年举办的太空军事演习在 2023 年同样并未缺席,“AsterX 2023”[25]演习于 2 月 21 日至 3 月 10 日在图卢兹举行,法国太空作战司令部参加了该演习。法国太空司令部司令菲利普少将表示:“AsterX 2023 的目标是继续在真实、复杂的模拟环境中对法国太空司令部部队进行训练,以应对不断增加和多样化的威胁所带来的挑战。”[26]
除法国之外,比利时、德国、意大利、美国和北约的 200 名参与者,根据公开信息显示,Aster X 2023 基于专门设计的技术平台,增加了新功能和场景,包括 23 个太空事件,其中一个是网络安全事件。
值得留意的是,在法国公开的 Aster X 2023 宣传视频[27]中的一个画面显示,法国军方使用 STK 软件模拟的蓝方卫星由法国的 CSO-2 军事卫星和 PLEIADES 军事卫星组成,而红方卫星经过编号查询结果显示包括:俄罗斯的 KONDOR-E 侦察卫星、多颗我国的“吉林”号卫星、我国的“天鲲1号”卫星和我国“风云1C”卫星碎片等目标,间接说明了与我国卫星的太空对抗为该演习内容的一部分。
如果用一个词来形容朝鲜半岛的太空局势,我想只能用“艰难”来形容。无论是暗地里努力奋斗的朝鲜以及夹缝生存的韩国,都在为发展自己的太空力量艰难地努力着,然而两个国家的发展途径却不一样,朝鲜喜欢依靠自己发展太空力量,而韩国则偏向于与国际航天强国合作。
朝鲜想拥有自己的军事卫星的这个梦想终于在 2023 年实现。2023 年 5 月 31 日,朝鲜进行了一次卫星发射,但因为二级火箭点火失败,导致最终发射任务失败。火箭坠入韩国西海岸附近的海域,同时在首尔引发警报和疏散命令。
2023 年 8 月中旬,朝鲜再次尝试发射军事侦察卫星,但仍以失败告终。这期间韩国为了获取朝鲜卫星的技术情报,争先打捞坠毁的火箭和卫星残骸。[28]从打捞上来的残骸来看,朝鲜卫星的技术可能并不那么先进。
2023 年 11 月 21 日,经历了两次发射失败的朝鲜成功将 Malligyong-1 军事侦察卫星送入轨道,此次任务是使用 Chillima-1 火箭从 Sohae 2 号平台发射,且根据轨迹计算,朝鲜卫星为了躲避其火箭坠落我国导致的风险,有意在飞行过程中进行了 2 次轨迹改变。这次发射的第一颗军事卫星旨在监视其他国家,特别是韩国、台湾和美国领土关岛。
朝鲜卫星 Malligyong-1(NORAD:58400,2023-179A)位于倾斜 97.43 度、512 x 493 km 的太阳同步轨道上。朝鲜卫星发射成功后,引发了邻居韩国以及美国的强烈响应,随后朝鲜国防省公开宣布:侵犯朝鲜太空资产将被视为宣战行为[29],表达了朝鲜对保护卫星的决心。
朝鲜卫星的成功发射一定程度上依赖于其日益强大的导弹技术,由于发射卫星的火箭技术与导弹技术存在部分重叠区域,因此朝鲜火箭的发射成功也将是顺理成章的事情,只是该成功受到了来自以美国为首的政治压力和既是邻居又是敌国--韩国的强烈反响。
除了卫星发射任务外,朝鲜还进行了高达 30 多次的导弹发射实验,其中大部分是短程和中程导弹,也包括洲际导弹。这给韩国和美国带来较大的压力,且这些行为违反了联合国相关规定。
韩国也跟随朝鲜在十天后实现了自己的梦想。太平洋时间 12 月 1 日,猎鹰 9 号从加利福尼亚州范登堡太空部队基地的东 4 号航天发射场(SLC-4E)向近地轨道发射了 25 艘航天器,其中包括韩国的“425任务”载荷 KORSAT-7 卫星[30]。
该卫星为韩国国防采办计划管理局(DAPA)耗资 5200 万美元的项目,由韩国国防发展局(ADD)和韩国航空航天研究所(KARI)牵头,韩国航空航天工业公司(KAI)、韩华系统公司和泰雷兹阿莱尼亚宇航公司也参与其中。该卫星配备电光红外(EO/IR)望远镜,也是韩国发射的第一颗军事侦察卫星,自此韩国具有了梦想已久的独立天基情报、监视和侦察(ISR)能力。至于该项目的另外四颗合成孔径雷达(SAR)卫星将于晚些时候发射。
2023 年 2 月,韩国发布了未来五年的太空计划,其中要求到 2027 年将政府的太空预算增加一倍,并建立一个新的国家航天局单位。韩国总统尹锡烈还宣布计划于 2032 年登陆月球,2045 年登陆火星[31]。
朝鲜与韩国的军事卫星发射,给半岛局势增加了紧张气氛。在 2024 年的开始,韩国和朝鲜分别在边境进行了军事部署,甚至面临开战的局面。同时也拉开了半岛太空军事竞赛的序幕,推测未来无论朝鲜和韩国,未来将发射更多的军事卫星以提高其各自的军事侦察能力。
俄罗斯的太空业务并没有受俄乌冲突和国际形势的影响而放缓,卫星发射任务正常进行,但由于战争的影响,俄罗斯与西方国家开展的空间站合作项目可能将要在 2024 年退出,俄罗斯总统普京曾公开表示要建立自己的空间站[32],计划于 2024 年开始建设于 2027 年发射,另外,俄罗斯也参与了我国的月球基地项目。
俄罗斯在俄乌冲突中使用了大量的卫星资产和陆地上的电子战装备,欧洲 Sentinel-1 雷达卫星的监测结果显示,俄罗斯在克里米亚启动了高功率的电子战设备以致监测数据出现干扰[33],且该电子战设备只针对 C 频段有效,虽然这些电子战设备可能并非针对卫星专用。
受到国内经济下行的影响,俄罗斯的航天能力似乎正在逐渐下降。俄罗斯的 GLONASS 卫星导航系统已经面临超期服役的风险,而下一代 GLONASS-K 星座将耗费巨资进行建设。跟据观察发现,在俄乌冲突中,俄罗斯的太空资产与西方国家的太空资产对抗中并没有占到优势,加上 Luna-25 航天器坠毁导致的探月任务失败,这对于航天大国俄罗斯来说无疑是个不小的困扰,在未来的航天领域,俄罗斯将努力与中国在某些航天领域开展合作,也会努力发展自己的太空对抗能力,寻找那个曾经处于鼎盛时期的航天强国。
印度作为国际航天新秀,近几年在国际航天领域出现了不少亮眼的成绩。借助于重视航天产业的发展以及其产业链低成本的优势,印度航天在稳步崛起。除了发射自己的航天器之外,印度还承担别的国家的发射任务。目前,该国在全球航天业务中所占份额为 2%~3%,且近几年呈现出航天向军事转型的趋势,这与印度公开的一些国家政策相匹配。
ISRO是印度的民用航天机构,国防研究与发展组织 DRDO(Defence Research and Development Organisation)是一家完全致力于军事应用的印度研发机构。2019 年印度开展了反卫星导弹测试[34],成功击毁在轨废弃卫星,成为国际上继美国、苏俄、中国之外,第四个成功开展该类测试的国家。
我国提出月球上建立基地的构想后,美国和印度相继推出自己的“月球竞赛计划”,值得注意的是印度已经签署了美国主导的《阿尔忒弥斯协定》[35],因为该协议实际上为美国主导的月球探索竞争的“小圈子”,且印度为了与中国进行太空竞争,与其它四方国家(美国、澳大利亚、印度和日本)共同开展太空方向的安全合作。
不得不说 2023 年的印度着实争了一口气,“月船 3 号”(Chandrayaan-3)开创了国际上首次登录月球南极的先河,这对于印度和全世界来说都创造了历史。继“月船 3 号”飞行器让印度成为全球第四个登月成功的国家后,印度拨款 900 亿印度卢比执行“Gaganyaan”计划[36],将 3 名机组人员发射到 400 公里的轨道上为期 3 天的载人航天任务,预计 2024 年发射,该任务将成为印度航天史上重要的里程碑。
月船 3 号的成功让印度在国际上赚足了面子,这个爱面子的国家将会加大在航天领域的投入,追赶国际航天强国的地位。在印度航天技术领域具有一定的优势,这包含了印度的政策支持与人才的培养。在 2024 年,印度已经计划执行更繁忙的航天任务,让我们不得不重视这个航天领域的后起之秀。
由于太空安全逐渐成为国际都互相关注的问题,目前为止仍缺乏适合当下的国际条约来约束,而联合国与之相关的进程,在近几年的持续讨论中并没有获得实际性的进展。导致这问题的主要原因是由于国际上参与讨论的国家对于最大威胁以及如何解决这一问题没有达成一致。
几年前,中国和俄罗斯提出了太空最大的威胁是在太空中放置“太空武器”,并提出了条约草案,该草案受到大多数发展中国家的认同,而美国及其盟国反对该草案,且拿不出替代方案。
后来美国改变其策略,把太空威胁向“负责和不负责”的观念转变,为此美国于 2022 年宣布暂定进行直升式反卫星武器(DA-ASAT)实验倡议[37],后续不断有国家宣布参与这一倡议,这让美国为首的牵头国家获得了该方向的外交上风。
联合国于 2023 年投票决定设立两个与外层空间安全有关的开放式工作组(OEWG),这可能导致维护太空安全的进程出现了两极分化的特点。两个工作组其中一个是由美国及其盟国支持的规范,另外一个由俄罗斯和美国推动的法律条约[38]。无论哪个方向,都需要激烈的讨论和投票才能获得通过,但依据目前的讨论结果来看并不理想,参会成员甚至连会议基本的程序描述都没有达成一致。
因此在太空安全相关的国际政策方向,未来可能还需很长的路要走。
当前国际形势动荡的背景下,许多国家正在积极寻求可武器化的太空和网络技术,并将太空视为未来冲突的一个领域。根据当前情况进行研究总结,太空安全的发展趋势如下:
国际太空对抗与竞争加剧:太空领域的对抗性质无法被忽视,随着竞争的加剧,航天大国在太空领域的竞争将变得越来越激烈,包括军事卫星系统的建设和外太空的军事任务。目前已有至少4个国家提出登月计划,而多数登月任务无法排除技术对抗、资源争夺、太空竞赛的目的。同时有多个国家提出太空军事架构,建设太空攻防体系,以面临日益严峻的太空军事对抗背景。
航天器属性变得更加模糊:随着太空资产的发展和扩张,航天器的属性不再由单纯的民用和军用来划分。在国际上多国部署的卫星与航天器往往具备军民两用的属性,这对太空安全的监管带来难题。在俄乌冲突中,部分民用卫星直接参与军事冲突让卫星的性质变得模糊,相信这种属性随着今后的发展会越来越复杂,边界也将更加模糊。
卫星网络安全受到关注:随着国际形势的严峻以及卫星网络在战争中受到攻击事件的影响,卫星网络安全逐渐在国际上受到重视。具有卫星安全属性的比赛、学术以及研究成果渐渐增多,虽然卫星网络安全跨越传统网络安全、IoT 安全、通信安全、轨道安全等领域,具有门槛较高的特点,但随着关注者增多、航天类比赛和活动的逐渐增多,可以预见未来将逐渐诞生一批卫星网络安全方向的人才与队伍。
安全体系融入卫星系统设计:卫星制造厂商在卫星系统建造过程中逐渐考虑安全或重视安全,如 DevSecOps 等安全开发机制逐渐融入到卫星系统的建造过程。在以往的卫星制造领域,安全没有受特别重视,相对封闭的开发环境导致卫星各部分系统软件部分可能会引入漏洞和风险。目前国际形势的严峻性以及卫星通信地位上升的背景下,安全将成为卫星设计过程中不可缺少的重要参与环节。
卫星网络攻防技术将不断进步:卫星通信技术具有较强的创新性,而新卫星通信技术的应用会给卫星网络带来安全的特性,如激光通信、量子通信等技术,这些技术在增加通信容量的同时也间接提升了卫星通信的安全性。但攻击技术会跟随这些技术的脚步不断发展和进步,未来也将产生新的卫星网络攻防技术,且不同领域的技术融合将产生最终难以防御的攻击效果。
弹性、重构、低成本的航天任务受重视:由于 Starlink 的卫星互联网星座在俄乌冲突中发挥的作用以及展现出来的网络弹性受到国际关注,因此卫星系统的设计逐渐偏向弹性与重构特性发展,且提倡以低成本的方式建设。SpaceX 的火箭回收技术与其卫星采用的工业器件,给 StarLink 星座的建设和运营带来较大的成本优势。与传统单一卫星不同,近几年的军事卫星设计呈现出小型化的特点,以小型化、多数量来改变传统的单颗高成本的局面,以提高卫星系统的抗毁能力以及网络弹性能力。
太空可持续性是未来的困扰之一:随着人类发射的太空物体逐渐增多,太空拥挤问题已经严重威胁天文观测、在轨运行安全,成为全球范围内重点关注的问题之一。空间可持续性将成为太空安全的下一个主要的挑战。国际社会正在积极推动相应的规定和办法来解决该问题,联合国组织的《外层空间安全会议》上,该方向同样为每年重点讨论的议题之一,然而该方向的推进进度缓慢,未来也是太空发展的困扰问题之一,人类仍需在该方向寻找有效的政策和方案以达成国际共识。
[1] https://m.thepaper.cn/baijiahao_25667580
[2] https://arstechnica.com/space/2023/12/spacex-launches-two-rockets-three-hours-apart-to-close-out-a-record-year/3/
[3] https://www3.nhk.or.jp/nhkworld/en/news/20240129_15/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Luna_25
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Chandrayaan-3
[6].https://www.world-today-news.com/asteroid-2023-cl3-approaching-earth-nasas-monitoring-and-predictions/
[7] https://new.qq.com/rain/a/20231022A041LJ00
[8] https://spacesafety.org/
[9].https://spacenews.com/an-in-orbit-game-of-cat-and-mouse-close-approaches-prompt-calls-for-communications-and-norms/
[10] https://aerospace.csis.org/data/unusual-behavior-in-geo-olymp-k/
[11].https://www.starcom.spaceforce.mil/News/Article-Display/Article/3607244/space-force-guardians-hone-cyber-defense-skills-using-on-orbit-satellite/
[12].https://www.kratosdefense.com/constellations/articles/analysis-of-thales-successful-compromise-of-esa-ops-sat-experiment
[13] https://cybernews.com/cyber-war/dozor-russian-satellite-telecom-hacked/
[14] https://therecord.media/japan-space-agency-cyberattack
[15] https://payloadspace.com/ndsa-explainer/
[16].https://breakingdefense.com/2023/11/sda-demos-first-ever-space-to-ground-link-16-connection/
[17] https://www.nasa.gov/general/nasa-issues-new-space-security-best-practices-guide/
[18].https://selectcommitteeontheccp.house.gov/sites/evo-subsites/selectcommitteeontheccp.house.gov/files/evo-media-document/reset-prevent-build-scc-report.pdf
[19] https://www.cnbc.com/2023/12/29/spacex-rockets-2023-launch-record.html
[20].https://www.defensenews.com/global/europe/2023/02/13/new-nato-initiative-to-bolster-alliances-space-based-data-collection/
[21].https://www.nonproliferation.eu/wp-content/uploads/2023/06/EUNPDC83_MunozPortela.pdf
[22] https://news.viasat.com/blog/corporate/ka-sat-network-cyber-attack-overview
[23] https://defence-industry-space.ec.europa.eu/eu-space-policy/iris2_en
[24] https://www8.cao.go.jp/space/english/anpo/kaitei_fy05/enganpo_fy05.pdf
[25] http://air.defense.gouv.fr/asterx/dossier/presentation-asterx-2023
[26].https://defence-industry.eu/french-space-exercise-asterx-builds-on-realistic-scenario-and-integration/
[27] https://www.youtube.com/watch?v=CgD3NvuJs0A
[28] https://www.aljazeera.com/news/2023/6/16/seoul-salvages-part-of-rocket-from-north-koreas-failed-launch
[29].https://edition.cnn.com/2023/12/01/asia/north-korea-satellite-warning-intl-hnk/index.html
[30] https://fr.wikipedia.org/wiki/Projet_425
[31].https://www.japantimes.co.jp/news/2023/02/20/business/south-korea-space-development-russia-ties/
[32].https://www.reuters.com/technology/space/putin-aims-have-russian-space-station-by-2027-2023-10-26/
[33].https://defence-blog.com/russia-is-jamming-european-space-agencys-sentinel-satellite/
[34].https://en.wikipedia.org/wiki/Mission_Shakti#:~:text=The%20Indian%20anti%2Dsatellite%20(ASAT,hostile%20ballistic%20and%20cruise%20missiles.
[35] https://en.wikipedia.org/wiki/Artemis_Accords
[36] https://www.isro.gov.in/Gaganyaan.html
[37].https://carnegieendowment.org/2022/04/20/u.s.-moratorium-on-anti-satellite-missile-tests-is-welcome-shift-in-space-policy-pub-86943
[38] https://press.un.org/en/2023/gadis3730.doc.htm
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