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還是繼續褥兩毛戰爭,怎么對付星鏈,這個事琢磨一下挺有意思的。
兩毛戰爭持續,最大價值之一就是讓我們可以觀察先進技術在戰爭中的運用,技術與戰略的平衡。例如,馬斯克對星鏈在戰爭中的使用限制。
周五,閑話不多敘,請大家趁熱喝粥。
可以如何干擾、摧毀星鏈?
問:
唐主說說星鏈吧,今后戰爭的關鍵節點,除了干擾,怎么能徹底的干掉它,激光反衛星現在到什么程度了?
答:
一、如何干擾星鏈
這個嘛,我們看看大毛和美帝現在、以前干過什么就清晰了。
本次兩毛戰爭的一個技術對抗支線就是,大毛一直在想方設法干擾星鏈通信。
從一開始的干擾星鏈終端GPS定位和授時,到使用提拉達-2S(Tirada-2S/RB-371A)、托博爾(Tobol/14Ts227)電子戰系統干擾星鏈的上行鏈路,直到今年6月份波浪-穹頂-保障者(Volna Kupol Garant)衛星通信干擾系統投入戰場,才算找到真正有效的辦法。
…… 雖然最近幾年受盡了嘲諷,但大毛同學一直很努力,韌性十足!
…… 說到這里,大毛同學倏然起立,眼眶里飽含熱淚。
…… 大毛同學請坐下,本堂會讓大家理解你的。
一句話,星鏈是一種萬顆級別的低軌衛星星座,加上美帝領先的通信技術使用,其通信非常難干擾。
簡單來說,主要原因有以下幾點:
1、它的星上通信天線、地面終端天線均為相控陣天線,其通信主波束極窄,只有2-4°。
即星鏈通信相當于天上、地下兩個手電筒對著照,其終端波束接近與地平線垂直、朝向天上,再加上相控陣天線具備自適應抗干擾能力,可以在干擾源方向形成“接收零點”,所以無論是瞄準干擾其主瓣、或旁瓣都極其困難,過去針對一個區域的常規通信干擾手段基本失效。
當然,兩個手電筒對準也有弱點,即星鏈終端一開始依賴于GPS定位和授時,這樣它才能驅動相控陣天線對準天上以7.5公里/秒速度高速過境的衛星。
所以在戰爭初期,俄軍曾采用大范圍GPS干擾的手段去壓制烏軍星鏈地面終端。但在烏克蘭的強烈要求下,馬斯克指示SpaceX進行軟件升級,讓星鏈終端在沒有GPS信號的情況下,能夠通過衛星自身的無線電信標進行替代授時與定位(PNT),基本化解了這種間接式干擾。
再當然,對于星鏈終端豎直朝天的窄波束,瞄準式干擾仍有辦法。就是采用無人機群搭載干擾機在戰區上空飛行,采用網格式部署,即對著照。
但這種辦法需要掌握絕對制空權,并且無人機群耗費巨大,所以這種屠龍技,俄軍壓根就沒想過。
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圖:星鏈衛星的通信天線為相控陣天線
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圖:星鏈用戶終端的天線也是相控陣天線
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圖:星鏈通信早期說明圖,可見其主波束非常窄。
2、星鏈通信是一種寬帶通信,它與地面終端通信在Ku、Ka頻段,信道極寬。
就說第一代Gen1星的Ku波段好了,它的上行鏈路為14.0–14.5GHz,總可用帶寬500MHz,劃分為8個信道,單信道有效帶寬達到60MHz。下行鏈路為10.7–12.75GHz,同樣劃分為8個信道,單信道帶寬250MHz。
因為信道帶寬大,其信號采用了時域短幀+低占空設計,短符號時長(Ts≈4.4μs)使脈沖干擾僅能影響單個符號,配合LDPC前向糾錯可快速恢復數據;用戶終端上行長時占空比約1%,信號呈間歇性傳輸,大幅減少與脈沖干擾“精準對拍”的概率。
即,星鏈通信在一個信道內,數據包會在極短的時間片內,在幾百個不同的子載波頻率之間快速變換(跳頻),而且通信間隙大。
俄軍過去提拉達-2S、托博爾這些老式電子戰系統,原來主要針對link16等低帶寬數據鏈,其干擾機只能發射1個或數個幾十至幾百 KHz 的干擾波束,自然對抗不了星鏈。
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圖:提拉達-2S電子戰系統
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圖:托博爾衛星通信干擾系統
所以,俄軍這幾年憋著搞了新型波浪-穹頂-保障者(Volna Kupol Garant)衛星通信干擾系統。
這個系統采用了大面積相控陣天線,用來瞄準星鏈的上行鏈路(星上天線接收),估計也是通過子陣劃分技術,同時發射幾百上千干擾波束。
即,老子不跟你玩頻率跟隨瞄準這種捉迷藏游戲了,老子用大型相控陣天線,全面阻塞你的整個信道。
在沒辦法時,大毛通常信奉力大飛磚的哲學,一個大型相控陣天線可以阻塞一個60MHz的信道。那星鏈衛星有8個怎么辦?那就一個系統上8個天線、8臺車!
對的,這其實就是很多中方軍迷幻想的全頻段阻塞,只是仍只能阻塞14.0–14.5GHz的500MHz帶寬。
據說,波浪-穹頂-保障者系統非常昂貴,一套就要150萬美元,不過確實有效,能夠切斷20平方公里范圍的星鏈通信。當然它的缺點也非常明顯,同時只能對付一顆星鏈衛星。
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圖:據說是波浪-穹頂-保障者系統的干擾天線,外形很像相控陣雷達。
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圖:烏克蘭宣稱其近期用無人機摧毀了一臺波浪-穹頂-保障者的天線
3、星鏈是一個萬顆衛星級別的低軌通信星座。
星鏈現在有10759顆實際在軌工作的衛星,這意味著每個用戶終端頭頂都有十幾顆、乃至數十顆可供鏈接的衛星,當然能維持良好信號的應該就幾顆。
不過這對于電子對抗來說足夠了,即用戶終端當發現當前鏈接的衛星被干擾了,它可以馬上切換到另一顆衛星,由于使用電子掃描的相控陣天線,這個切換時間只需要幾十毫秒,基本無感。
也就是說,即便波浪-穹頂-保障者系統能在20平方公里范圍對付單顆衛星,但要絕對確保烏克蘭無人機的星鏈通信失效,俄軍估計只能在某地域多部署幾個套波浪-穹頂-保障者。
所以,即便波浪-穹頂-保障者有效,由于成本問題,估計俄軍也只能用于重點地域防御,如重要指揮所、后勤倉庫、兵力集結地等。
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圖:密密麻麻包裹著的星鏈星座。
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圖:我國研究者設想的是干擾星鏈下行鏈路(對地面接收)。即采用無人機群網格式巡邏,成本一樣巨大,并且需要徹底掌握制空權。
二、如何摧毀星鏈
這就得看下美帝以前干過什么壞事了。
在說美帝干的壞事之前,先介紹一下低軌衛星激光通信地面站,這個跟激光反衛武器有相同之處。
低軌衛星激光通信地面站(Optical Ground Station,OGS)是低地球軌道(LEO,200–2000km)衛星與地面之間激光高速傳輸的地面終端,替代傳統微波射頻站,用紅外激光實現星地雙向超大帶寬數據傳輸,是低軌衛星互聯網、高分遙感星座的核心地面基礎設施。
衛星與地面站進行激光傳輸,好處是單鏈路速率可達幾十~120Gbps,是微波的數百倍,單次衛星過境可下傳 TB 級遙感數據;同時激光頻段不受射頻頻譜資源稀缺限制,并且激光束極窄,抗干擾能力強。
但低軌衛星過境速度極快,達到7公里/秒以上,技術上也有幾個要求:
1、需要有大口徑光學望遠鏡進行激光信號收發,確保200-2000km距離上激光光斑僅數米,保障能量密度。
2、二維高精度伺服轉臺,低軌衛星快速劃過天空,轉臺角速度需要達到每秒數度,粗跟蹤鎖定衛星、精跟蹤抑制大氣抖動,指向精度達到微弧度級。
3、完善的捕獲跟蹤分系統,大視場紅外相機快速捕捉衛星信標光,自適應光學 AO、傾斜反射鏡配合,快速校正大氣湍流造成的光束畸變。
4、配套環境監測與氣象站,監測云層、大氣能見度、湍流強度、太陽背景光,自動判斷是否可通鏈路。
因為高通量通訊衛星、以及高分遙感衛星的迫切需求,低軌衛星激光通信地面站技術發展很快,多國均有實用的商業化設施了。
例如,2024年9月15日,我國帕米爾高原500毫米口徑低軌激光通信地面站正式投入使用,這是我國首個常態化、業務化的商用低軌星地激光通信地面站。
為什么設在帕米爾高原,估計就是看中那里大氣層清爽、水汽少,激光束受干擾少。
既然商用低軌衛星激光通信設施都已經商用了,同樣原理的激光反衛武器,要跟蹤、瞄準肯定也沒問題。
而激光反衛,地理上就輪到我們有優勢了,畢竟我們擁有帕米爾高原、青藏高原等大氣條件良好的區域。
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圖:帕米爾高原500毫米口徑低軌激光通信地面站
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圖:低軌激光通信地面站工作示意圖
跟蹤、瞄準沒有問題,那就看激光的摧毀能力怎么樣了。
眾所周知,在冷戰末期及上世紀90年代初期,美國曾大力發展激光武器,寄希望于激光反導,那時的路線是大功率化學能激光器。
其中一個項目是MIRACL(中紅外先進化學激光器,全稱為 Mid-Infrared Advanced Chemical Laser),它是美國首臺達到兆瓦(MW)級輸出功率的連續波化學激光器。
其反應物為氟化氘,輸出波長介于 3.6 微米至 4.0 微米之間的中紅外波段,最大功率2.2兆瓦,可以實現1兆瓦功率連續70秒輸出。
當年美國在白沙導彈靶場測試,MIRACL配合SLBD系統(光束定向器,SeaLite Beam Director),曾摧毀固定的液體洲際導彈彈體靶標,以及數枚飛行中的火箭彈,證明了激光反導的潛力。
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圖:MIRACL及SLBD,左側涂有它摧毀的各類靶標。
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圖:MIRACL激光器摧毀洲際導彈彈體靶標
1997年10月,五角大樓做出了一個極具爭議的決定,使用 MIRACL 激光器照射一顆已在軌運行壽命末期的美國空軍氣象衛星 MSTI-3(軌道高度約 432 公里)。
這項試驗,美國官方沒披露具體細節。但小道消息說,兆瓦級主激光器失敗,由于功率過于巨大,激光器內部氣體產生激波導致設備輕微位移,引發了局部融化受損。
但用于輔助對準、功率僅數十瓦的低功率紅外跟蹤激光器,卻出人意料地成功“致盲”了 MSTI-3 衛星的紅外傳感器。這說明了激光反衛的可行性。
雖然沒有實測數據,但理論計算上,大約2-5兆瓦的激光束就足以在短時間內燒毀星鏈衛星脆弱的太陽翼、相控陣天線。
這個功率,其實對于部署在地面的化學能激光器并不是什么難事。而現在主流的光纖激光器也實現了300兆瓦級的輸出功率,正在往兆瓦級邁進。
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圖:更新的MIRACL+SLBD系統
既然激光反衛星技術上可行,那為什么美帝后來不繼續發展了。
這應該有兩個原因:
1、太空非軍事化是五常達成的基本原則
冷戰結束、蘇聯解體,美帝也沒特別的動力去爭奪更多技術優勢,畢竟反衛星是極具爭議的,有技術儲備就行,不急于推出實戰型號。
導彈反衛星也一樣,美帝和東大都利用反導攔截彈做過相關測試,但實戰部署還是以反導為主,反衛只是保持技術潛力。
2、美國太空資產遙遙領先
蘇聯解體后,在東大崛起前,美帝的太空資產是數量級的遙遙領先,GPS星座、各類偵察衛星,現在又有星鏈。如果激光反衛這種廉價手段投入使用,各大國跟隨,實際戰爭潛力受到最大削弱的其實是美帝。
至于俄軍現在為什么不用激光器摧毀星鏈衛星,本堂覺得也有兩個原因:
1、星鏈對烏軍使用限制
星鏈終端,烏軍主要用于地面部隊、自殺式無人艇、以及部分用于攻擊烏東戰區縱深的巡飛彈。
即烏軍星鏈終端使用只局限于他們的領土(包括烏東、克里米亞),以及國際水域。
現在攻擊莫斯科地區、以及各種俄羅斯重要工廠、倉庫的遠程無人機、巡航導彈,其制導手段是GPS+慣導+末段光學景象匹配。
為了避免星鏈被“武器化”,馬斯克及SpaceX 總裁格溫·肖特維爾曾多次公開表示,嚴禁將星鏈用于烏軍的遠程無人機襲擊。
SpaceX 在系統后臺設置了嚴格的地理圍欄,一旦搭載星鏈終端的設備越過進入俄羅斯領土,其衛星信號就會被自動切斷。
反倒是星鏈在烏克蘭使用沒有限制,俄軍曾一度使用非正規手段獲得的星鏈終端,安裝在天竺葵無人機,精確打擊烏克蘭境內目標。
不管怎么說,星鏈實際上已經“武器化”,馬斯克他們的做法大概是,烏軍可以使用星鏈進行防御,但不可用于攻擊。
在這種微妙的尺度下,俄羅斯方面似乎也不太好違反五常那僅剩五毛錢的共識,直接摧毀、或擊傷太空中的星鏈衛星。
畢竟現在美國的川普政府,立場一度是偏俄的,懂王本來就喜怒無常,沒事惹他干什么。
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圖:星鏈對烏軍最大的支持之一是,無人機、無人艇可以在公海上襲擊俄羅斯油輪、貨船。
2、俄羅斯這些年的技術考古工作,大功率激光器優先級應該不高,性能暫時沒恢復過來。
蘇聯是曾造出過1兆瓦級化學能激光器的,并曾試圖將它部署到太空。
但俄羅斯在2019年推出的“佩列斯韋特”(Peresvet)激光武器,從光學口徑來看,它應該只是一臺輸出功率100-300千瓦級激光器。大毛那邊吹佩列斯韋特的功率達到3兆瓦,估計是指等效輸入化學功率。
能量轉換效率不高,散熱系統體積巨大,是化學能激光器被光纖激光器取代的重要原因之一。
如果佩列斯韋特的輸出功率確實比較小,那它還不具備摧毀星鏈衛星的能力。
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圖:佩列斯韋特激光武器體型極其龐大,負責輸出的丁丁卻只有這么一丁點,比起我國閱兵展出的那一眾激光武器差太遠了。
不過,兩毛戰爭進行4年多了,期間可謂跌宕起伏、高潮迭起。
現在大毛接近被打急了,誰知道他下一步會干啥呢。
佩列斯韋特的丁丁再不行,頂硬上也不是不可以,即使摧毀不了星鏈衛星,燒傷不正好給SpaceX、美國政府一個警告?
甚至說,硬改一枚S-500防空系統的77N6-N1攔截彈用于打星鏈衛星,也是可以的。
梅德韋杰夫等一干人等不是吼著要使用戰術核武器,他們其實可以先捅一顆星鏈衛星,看看美帝、西方有什么反應,看看能不能把人嚇倒。
畢竟反衛星作戰,是接近使用戰術核武器的戰爭烈度升級。(作者:原講武堂公眾號堂主,今夜粥檔攤主)
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