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还是继续褥两毛战争,怎么对付星链,这个事琢磨一下挺有意思的。
两毛战争持续,最大价值之一就是让我们可以观察先进技术在战争中的运用,技术与战略的平衡。例如,马斯克对星链在战争中的使用限制。
周五,闲话不多叙,请大家趁热喝粥。
可以如何干扰、摧毁星链?
问:
唐主说说星链吧,今后战争的关键节点,除了干扰,怎么能彻底的干掉它,激光反卫星现在到什么程度了?
答:
一、如何干扰星链
这个嘛,我们看看大毛和美帝现在、以前干过什么就清晰了。
本次两毛战争的一个技术对抗支线就是,大毛一直在想方设法干扰星链通信。
从一开始的干扰星链终端GPS定位和授时,到使用提拉达-2S(Tirada-2S/RB-371A)、托博尔(Tobol/14Ts227)电子战系统干扰星链的上行链路,直到今年6月份波浪-穹顶-保障者(Volna Kupol Garant)卫星通信干扰系统投入战场,才算找到真正有效的办法。
…… 虽然最近几年受尽了嘲讽,但大毛同学一直很努力,韧性十足!
…… 说到这里,大毛同学倏然起立,眼眶里饱含热泪。
…… 大毛同学请坐下,本堂会让大家理解你的。
一句话,星链是一种万颗级别的低轨卫星星座,加上美帝领先的通信技术使用,其通信非常难干扰。
简单来说,主要原因有以下几点:
1、它的星上通信天线、地面终端天线均为相控阵天线,其通信主波束极窄,只有2-4°。
即星链通信相当于天上、地下两个手电筒对着照,其终端波束接近与地平线垂直、朝向天上,再加上相控阵天线具备自适应抗干扰能力,可以在干扰源方向形成“接收零点”,所以无论是瞄准干扰其主瓣、或旁瓣都极其困难,过去针对一个区域的常规通信干扰手段基本失效。
当然,两个手电筒对准也有弱点,即星链终端一开始依赖于GPS定位和授时,这样它才能驱动相控阵天线对准天上以7.5公里/秒速度高速过境的卫星。
所以在战争初期,俄军曾采用大范围GPS干扰的手段去压制乌军星链地面终端。但在乌克兰的强烈要求下,马斯克指示SpaceX进行软件升级,让星链终端在没有GPS信号的情况下,能够通过卫星自身的无线电信标进行替代授时与定位(PNT),基本化解了这种间接式干扰。
再当然,对于星链终端竖直朝天的窄波束,瞄准式干扰仍有办法。就是采用无人机群搭载干扰机在战区上空飞行,采用网格式部署,即对着照。
但这种办法需要掌握绝对制空权,并且无人机群耗费巨大,所以这种屠龙技,俄军压根就没想过。
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图:星链卫星的通信天线为相控阵天线
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图:星链用户终端的天线也是相控阵天线
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图:星链通信早期说明图,可见其主波束非常窄。
2、星链通信是一种宽带通信,它与地面终端通信在Ku、Ka频段,信道极宽。
就说第一代Gen1星的Ku波段好了,它的上行链路为14.0–14.5GHz,总可用带宽500MHz,划分为8个信道,单信道有效带宽达到60MHz。下行链路为10.7–12.75GHz,同样划分为8个信道,单信道带宽250MHz。
因为信道带宽大,其信号采用了时域短帧+低占空设计,短符号时长(Ts≈4.4µs)使脉冲干扰仅能影响单个符号,配合LDPC前向纠错可快速恢复数据;用户终端上行长时占空比约1%,信号呈间歇性传输,大幅减少与脉冲干扰“精准对拍”的概率。
即,星链通信在一个信道内,数据包会在极短的时间片内,在几百个不同的子载波频率之间快速变换(跳频),而且通信间隙大。
俄军过去提拉达-2S、托博尔这些老式电子战系统,原来主要针对link16等低带宽数据链,其干扰机只能发射1个或数个几十至几百 KHz 的干扰波束,自然对抗不了星链。
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图:提拉达-2S电子战系统
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图:托博尔卫星通信干扰系统
所以,俄军这几年憋着搞了新型波浪-穹顶-保障者(Volna Kupol Garant)卫星通信干扰系统。
这个系统采用了大面积相控阵天线,用来瞄准星链的上行链路(星上天线接收),估计也是通过子阵划分技术,同时发射几百上千干扰波束。
即,老子不跟你玩频率跟随瞄准这种捉迷藏游戏了,老子用大型相控阵天线,全面阻塞你的整个信道。
在没办法时,大毛通常信奉力大飞砖的哲学,一个大型相控阵天线可以阻塞一个60MHz的信道。那星链卫星有8个怎么办?那就一个系统上8个天线、8台车!
对的,这其实就是很多中方军迷幻想的全频段阻塞,只是仍只能阻塞14.0–14.5GHz的500MHz带宽。
据说,波浪-穹顶-保障者系统非常昂贵,一套就要150万美元,不过确实有效,能够切断20平方公里范围的星链通信。当然它的缺点也非常明显,同时只能对付一颗星链卫星。
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图:据说是波浪-穹顶-保障者系统的干扰天线,外形很像相控阵雷达。
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图:乌克兰宣称其近期用无人机摧毁了一台波浪-穹顶-保障者的天线
3、星链是一个万颗卫星级别的低轨通信星座。
星链现在有10759颗实际在轨工作的卫星,这意味着每个用户终端头顶都有十几颗、乃至数十颗可供链接的卫星,当然能维持良好信号的应该就几颗。
不过这对于电子对抗来说足够了,即用户终端当发现当前链接的卫星被干扰了,它可以马上切换到另一颗卫星,由于使用电子扫描的相控阵天线,这个切换时间只需要几十毫秒,基本无感。
也就是说,即便波浪-穹顶-保障者系统能在20平方公里范围对付单颗卫星,但要绝对确保乌克兰无人机的星链通信失效,俄军估计只能在某地域多部署几个套波浪-穹顶-保障者。
所以,即便波浪-穹顶-保障者有效,由于成本问题,估计俄军也只能用于重点地域防御,如重要指挥所、后勤仓库、兵力集结地等。
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图:密密麻麻包裹着的星链星座。
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图:我国研究者设想的是干扰星链下行链路(对地面接收)。即采用无人机群网格式巡逻,成本一样巨大,并且需要彻底掌握制空权。
二、如何摧毁星链
这就得看下美帝以前干过什么坏事了。
在说美帝干的坏事之前,先介绍一下低轨卫星激光通信地面站,这个跟激光反卫武器有相同之处。
低轨卫星激光通信地面站(Optical Ground Station,OGS)是低地球轨道(LEO,200–2000km)卫星与地面之间激光高速传输的地面终端,替代传统微波射频站,用红外激光实现星地双向超大带宽数据传输,是低轨卫星互联网、高分遥感星座的核心地面基础设施。
卫星与地面站进行激光传输,好处是单链路速率可达几十~120Gbps,是微波的数百倍,单次卫星过境可下传 TB 级遥感数据;同时激光频段不受射频频谱资源稀缺限制,并且激光束极窄,抗干扰能力强。
但低轨卫星过境速度极快,达到7公里/秒以上,技术上也有几个要求:
1、需要有大口径光学望远镜进行激光信号收发,确保200-2000km距离上激光光斑仅数米,保障能量密度。
2、二维高精度伺服转台,低轨卫星快速划过天空,转台角速度需要达到每秒数度,粗跟踪锁定卫星、精跟踪抑制大气抖动,指向精度达到微弧度级。
3、完善的捕获跟踪分系统,大视场红外相机快速捕捉卫星信标光,自适应光学 AO、倾斜反射镜配合,快速校正大气湍流造成的光束畸变。
4、配套环境监测与气象站,监测云层、大气能见度、湍流强度、太阳背景光,自动判断是否可通链路。
因为高通量通讯卫星、以及高分遥感卫星的迫切需求,低轨卫星激光通信地面站技术发展很快,多国均有实用的商业化设施了。
例如,2024年9月15日,我国帕米尔高原500毫米口径低轨激光通信地面站正式投入使用,这是我国首个常态化、业务化的商用低轨星地激光通信地面站。
为什么设在帕米尔高原,估计就是看中那里大气层清爽、水汽少,激光束受干扰少。
既然商用低轨卫星激光通信设施都已经商用了,同样原理的激光反卫武器,要跟踪、瞄准肯定也没问题。
而激光反卫,地理上就轮到我们有优势了,毕竟我们拥有帕米尔高原、青藏高原等大气条件良好的区域。
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图:帕米尔高原500毫米口径低轨激光通信地面站
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图:低轨激光通信地面站工作示意图
跟踪、瞄准没有问题,那就看激光的摧毁能力怎么样了。
众所周知,在冷战末期及上世纪90年代初期,美国曾大力发展激光武器,寄希望于激光反导,那时的路线是大功率化学能激光器。
其中一个项目是MIRACL(中红外先进化学激光器,全称为 Mid-Infrared Advanced Chemical Laser),它是美国首台达到兆瓦(MW)级输出功率的连续波化学激光器。
其反应物为氟化氘,输出波长介于 3.6 微米至 4.0 微米之间的中红外波段,最大功率2.2兆瓦,可以实现1兆瓦功率连续70秒输出。
当年美国在白沙导弹靶场测试,MIRACL配合SLBD系统(光束定向器,SeaLite Beam Director),曾摧毁固定的液体洲际导弹弹体靶标,以及数枚飞行中的火箭弹,证明了激光反导的潜力。
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图:MIRACL及SLBD,左侧涂有它摧毁的各类靶标。
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图:MIRACL激光器摧毁洲际导弹弹体靶标
1997年10月,五角大楼做出了一个极具争议的决定,使用 MIRACL 激光器照射一颗已在轨运行寿命末期的美国空军气象卫星 MSTI-3(轨道高度约 432 公里)。
这项试验,美国官方没披露具体细节。但小道消息说,兆瓦级主激光器失败,由于功率过于巨大,激光器内部气体产生激波导致设备轻微位移,引发了局部融化受损。
但用于辅助对准、功率仅数十瓦的低功率红外跟踪激光器,却出人意料地成功“致盲”了 MSTI-3 卫星的红外传感器。这说明了激光反卫的可行性。
虽然没有实测数据,但理论计算上,大约2-5兆瓦的激光束就足以在短时间内烧毁星链卫星脆弱的太阳翼、相控阵天线。
这个功率,其实对于部署在地面的化学能激光器并不是什么难事。而现在主流的光纤激光器也实现了300兆瓦级的输出功率,正在往兆瓦级迈进。
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图:更新的MIRACL+SLBD系统
既然激光反卫星技术上可行,那为什么美帝后来不继续发展了。
这应该有两个原因:
1、太空非军事化是五常达成的基本原则
冷战结束、苏联解体,美帝也没特别的动力去争夺更多技术优势,毕竟反卫星是极具争议的,有技术储备就行,不急于推出实战型号。
导弹反卫星也一样,美帝和东大都利用反导拦截弹做过相关测试,但实战部署还是以反导为主,反卫只是保持技术潜力。
2、美国太空资产遥遥领先
苏联解体后,在东大崛起前,美帝的太空资产是数量级的遥遥领先,GPS星座、各类侦察卫星,现在又有星链。如果激光反卫这种廉价手段投入使用,各大国跟随,实际战争潜力受到最大削弱的其实是美帝。
至于俄军现在为什么不用激光器摧毁星链卫星,本堂觉得也有两个原因:
1、星链对乌军使用限制
星链终端,乌军主要用于地面部队、自杀式无人艇、以及部分用于攻击乌东战区纵深的巡飞弹。
即乌军星链终端使用只局限于他们的领土(包括乌东、克里米亚),以及国际水域。
现在攻击莫斯科地区、以及各种俄罗斯重要工厂、仓库的远程无人机、巡航导弹,其制导手段是GPS+惯导+末段光学景象匹配。
为了避免星链被“武器化”,马斯克及SpaceX 总裁格温·肖特维尔曾多次公开表示,严禁将星链用于乌军的远程无人机袭击。
SpaceX 在系统后台设置了严格的地理围栏,一旦搭载星链终端的设备越过进入俄罗斯领土,其卫星信号就会被自动切断。
反倒是星链在乌克兰使用没有限制,俄军曾一度使用非正规手段获得的星链终端,安装在天竺葵无人机,精确打击乌克兰境内目标。
不管怎么说,星链实际上已经“武器化”,马斯克他们的做法大概是,乌军可以使用星链进行防御,但不可用于攻击。
在这种微妙的尺度下,俄罗斯方面似乎也不太好违反五常那仅剩五毛钱的共识,直接摧毁、或击伤太空中的星链卫星。
毕竟现在美国的川普政府,立场一度是偏俄的,懂王本来就喜怒无常,没事惹他干什么。
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图:星链对乌军最大的支持之一是,无人机、无人艇可以在公海上袭击俄罗斯油轮、货船。
2、俄罗斯这些年的技术考古工作,大功率激光器优先级应该不高,性能暂时没恢复过来。
苏联是曾造出过1兆瓦级化学能激光器的,并曾试图将它部署到太空。
但俄罗斯在2019年推出的“佩列斯韦特”(Peresvet)激光武器,从光学口径来看,它应该只是一台输出功率100-300千瓦级激光器。大毛那边吹佩列斯韦特的功率达到3兆瓦,估计是指等效输入化学功率。
能量转换效率不高,散热系统体积巨大,是化学能激光器被光纤激光器取代的重要原因之一。
如果佩列斯韦特的输出功率确实比较小,那它还不具备摧毁星链卫星的能力。
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图:佩列斯韦特激光武器体型极其庞大,负责输出的丁丁却只有这么一丁点,比起我国阅兵展出的那一众激光武器差太远了。
不过,两毛战争进行4年多了,期间可谓跌宕起伏、高潮迭起。
现在大毛接近被打急了,谁知道他下一步会干啥呢。
佩列斯韦特的丁丁再不行,顶硬上也不是不可以,即使摧毁不了星链卫星,烧伤不正好给SpaceX、美国政府一个警告?
甚至说,硬改一枚S-500防空系统的77N6-N1拦截弹用于打星链卫星,也是可以的。
梅德韦杰夫等一干人等不是吼着要使用战术核武器,他们其实可以先捅一颗星链卫星,看看美帝、西方有什么反应,看看能不能把人吓倒。
毕竟反卫星作战,是接近使用战术核武器的战争烈度升级。(作者:原讲武堂公众号堂主,今夜粥档摊主)
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