反卫星武器入门
反卫星武器在产生的效果类型、所需技术复杂程度以及开发和部署所需资源水平方面差异显著。这些多样化能力在运用方式、检测和归因的难易程度,以及对目标的效应持久性方面也存在不同。
反卫星武器有四个明确类别:动能物理、非动能物理、电子和网络。许多不同的反制空间系统目前正在开发或已投入使用。根据特定行为体的技术能力,可能优先选择某一种方法。任何这些类型的武器都可用于攻击卫星或其支持的地面站,使其成为反卫星(ASAT)武器。
动能物理攻击
动能物理攻击试图损坏或摧毁天基或陆基空间资产。通常分为三类:直接上升式、共轨式和地面站攻击。这些攻击的性质使其更易归因,并允许攻击者更好地确认成功。
直接上升式反卫星武器
定义:通常被视为对空间资产最常见的威胁,涉及从地球发射中程或远程导弹以损坏或摧毁轨道卫星。由于导弹发射易被检测,此类攻击通常易于归因。动能攻击不可逆,并为攻击者提供近实时成功确认。DA-ASAT会产生轨道碎片,可能危害轨道其他物体。低高度攻击可使更多碎片在大气层烧毁,而高高度攻击将导致更多碎片长期滞留轨道。
案例:
2007年1月中国试验:首次成功测试DA-ASAT,摧毁本国老旧气象卫星,产生3,000个可追踪碎片及数千个不可追踪小碎片。该碎片至今仍威胁近地轨道(LEO)卫星安全。中国后续进行非碎片生成试验,美国务院称此系2007年试验引发国际谴责所致。
2008年美国行动:布什总统下令摧毁正在脱轨的间谍卫星,官方理由为降低危险燃料地面泄漏风险。部分观察员质疑风险是否唯一动机。美国通过配备宙斯盾系统的巡洋舰和驱逐舰展示DA-ASAT能力。为避免类似2007年对华谴责,美国选择更低高度试验,大部分碎片在一周内脱离轨道。
共轨式反卫星武器
定义:利用轨道卫星实施攻击。攻击卫星先入轨,后机动至拦截轨道。需先进机载制导系统实现路径拦截。攻击方式包括:沿目标轨道部署带小型爆炸物的"太空雷",或使用机械臂抓取/脱轨卫星。通过追踪已知轨道参数可归因攻击者。攻击可逆性取决于攻击类型和能力。
案例:
苏联共轨系统(1960s-1980s):使用可快速接近目标至数十米内的卫星,引爆炸药发射弹片摧毁目标。经十年测试,1973年宣布该系统具备作战能力。
地面站攻击
定义:因地面站位于地球且常处境外,易受导弹、火箭等常规武器物理攻击,或电网/通信线路破坏。攻击归因难度因攻击模式而异,效应不可逆但非永久(可修复)。可能造成多卫星失控及人员伤亡风险。
非动能物理攻击
通过非接触方式物理损坏卫星,主要类型:电磁脉冲、高能激光和高能微波。归因难度中等,攻击者成功证据有限。
电磁脉冲攻击
高空核爆炸是太空中一种无差别攻击形式。例如,太空中的核爆炸会释放电磁脉冲(EMP),对作用范围内的卫星造成近乎即时的影响。爆炸还会产生高辐射环境,加速受影响轨道上卫星部件的性能退化。根据1963年《部分禁止核试验条约》,包括太空在内的核武器爆炸均被禁止。尽管已有100多个国家批准该条约,中国和朝鲜尚未批准。
案例:
1962年星鱼Prime试验:旨在研究地球磁层中的辐射带(范艾伦辐射带)对核爆炸的反应。此次核爆炸发生在北太平洋约翰斯顿环礁上空400公里处,增强了辐射带放射性强度并改变其形态。该试验同时揭示了电磁脉冲(EMP)的威力——据报告,其引发的电涌导致1300公里外夏威夷欧胡岛的军民电子设备受损。
高能激光
高能激光可用于永久性或暂时性损坏卫星关键部件(如太阳能阵列或光学中心)。若攻击针对卫星光学中心,则称为致盲或致眩。致盲——顾名思义——会对卫星光学系统造成永久性损伤。致眩则导致卫星暂时性失能。尽管攻击发生时激光发射位置可明确溯源,但由于攻击所用激光设备可机动部署(攻击者无需在本国甚至本大陆实施攻击),具体行为体的归因难度增加。仅有卫星运营商能确认攻击是否成功,这意味着攻击者难以获得明确战果确认(受攻击国家可能因战略考量选择不公开卫星受损情况)。高能激光攻击可能导致目标卫星失效失控,若卫星开始漂移则会产生连带损害。更高功率激光可通过部件过热造成永久性损伤,最易受损的部件包括卫星结构、热控面板和太阳能板。
高能微波(HPM)武器
高能微波(HPM)武器可用于干扰或摧毁卫星电子设备。"前门攻击"通过卫星自身天线作为入口路径,"后门攻击"则试图通过电气连接与屏蔽层周围的微小缝隙渗透。前门攻击:若HPM武器位于目标天线视场内,攻击较易实施。但若卫星配备检测/阻断能量突增的防护电路,攻击可被挫败。后门攻击:需利用设计或制造缺陷,实施难度更高,但可多角度发动。两类攻击的效应既可逆亦不可逆,但攻击者无法控制毁伤程度。与激光武器类似,HPM攻击溯源困难,且攻击者难以确认是否成功。HPM攻击可能导致目标卫星失控漂移,引发与其他卫星的碰撞次生损害。
电子攻击
电子攻击不试图破坏空间系统的物理组件,而是针对空间系统传输和接收数据的手段。干扰与欺骗均属电子攻击形式,其归因困难且仅产生暂时性效应。
干扰
干扰是利用射频信号干扰通信的电子攻击。干扰器须与目标天线工作于相同频段且位于其视场内。不同于物理攻击,干扰完全可逆——一旦干扰停止,通信即可恢复。干扰归因困难,因干扰源可能体积小、机动性强,且误调频率或指向错误卫星的用户可能误扰友方通信。
上行干扰器:通过制造足够噪声使卫星无法区分真实信号与噪声,干扰上行至卫星的信号。例如,对控制链路的干扰可阻止操作员向卫星发送指令。但上行干扰器必须位于卫星接收指令链路天线的视场内,故需物理邻近地面指令站。
下行干扰器:通过制造与卫星下行信号同频噪声干扰终端用户。其功率仅需匹配地面接收信号强度,且须位于终端天线视场内。这限制了单干扰器影响用户数量。由于多数地面终端使用指向天空的定向天线,下行干扰器通常需位于终端上方。该限制可通过空基或天基平台部署干扰器克服(将干扰器置于终端与卫星之间),从而扩大覆盖范围并影响更多用户。使用全向天线(如多数GPS接收器)的终端视场更宽,更易受地面多角度下行干扰影响。
案例:
伊拉克战场干扰事件:伊拉克政府倒台后,美军仍长期遭遇干扰,至少五起针对商用卫星通信(SATCOM)链路的敌对干扰事件被记录在案。
伊朗卫星干扰事件:近年来,伊朗持续干扰境外波斯语卫星电视信号,压制近120个进入伊朗的波斯语卫星频道(含境内外来源)。该干扰行动重点影响美国之音(VOA)与英国广播公司(BBC),伊政府未正式承认责任。
欺骗
欺骗是一种电子攻击形式,攻击者通过模拟合法射频信号诱骗目标锁定虚假信号。攻击者可伪造卫星下行链路信号,致使用户锁定伪信号并注入虚假数据;亦可伪造指令与控制上行链路信号以劫持卫星实施恶意操作。欺骗通常可逆,但若攻击者控制卫星后致其损毁,则效应不可逆。
防护手段:指令与控制上行链路信号加密是最佳防护(攻击者需破解加密才能生成看似合法的信号)。全向天线因视场宽更易受欺骗,使用高指向性天线(屏蔽其他方向信号)可降低风险。
归因特征:欺骗归因难度中等(取决于攻击模式)。与干扰不同,欺骗可通过使系统误认伪信号为真信号,规避"信号丢失"警报。
案例:
2013年游艇欺骗实验:得克萨斯大学奥斯汀分校研究团队使用公文包大小的欺骗装置发射虚假GPS信号,成功使私人游艇偏航数百米
网络攻击
网络攻击可用于截获数据、篡改数据或恶意劫持系统控制权。与通过射频信号干扰数据传输的电子攻击不同,网络攻击直接针对数据本身及使用数据的系统。系统中的任何数据接口(包括卫星/地面站天线、连接地面站与地面网络的有线线路)均为潜在入侵点。网络攻击对空间系统的效应涵盖从数据丢失到大规模瘫痪,甚至可能导致卫星永久性损毁。
数据截获/监控
数据截获是一种通过卫星系统传输过程收集数据或监控数据流以识别活动模式的网络攻击。此类攻击难以归因,因黑客可通过代理服务器等手段隐藏身份。卫星运营商可能在攻击发生时或事后均无察觉,但攻击者可近实时确认成功。
案例:
2009年伊拉克视频截获事件:揭露武装分子使用商用软件截获并解密美军侦察机卫星通信视频流。由于部分美机未配备视频流加密设备,武装分子得以近实时窥探美军监控画面。
数据篡改
当攻击者渗透系统并篡改数据以显示虚假信息时,可能发生数据篡改。此类攻击难以归因(因黑客可成功隐藏身份),且可完全逆转。同样,卫星运营商可能在攻击发生时无察觉。
控制劫持
网络攻击亦可用于劫持卫星控制权并执行指令。此类攻击同样难以归因,若攻击者完全控制卫星并执行不可逆指令,则效应不可逆。卫星运营商可能意识到攻击但无法及时阻止。若目标卫星失效失控漂移,可能引发连带损害。
案例:
NASA卫星控制劫持事件:美中经济与安全审查委员会曾援引针对美国政府卫星指控系统的网络攻击案例。据其2011年报告,2008年NASA的Terra EOS卫星遭较成功攻击——黑客于当年6月与10月两次侵入卫星控制系统(分别持续2分钟与9分钟),但未执行任何指令。