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分兩種情況。

第一種

也就是一般人理解的,平時部署在軌道上對地面形成威懾的核武器好像還有人美其名曰“達摩克利斯之劍”?

很多人以為這東西它平時飄在別人頭上想落就落實際上他們根本不明白星下點的意義。

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許多人眼裡的天基平臺
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實際上的衛星星下點軌跡

要讓自己隨時有核武器掛在可能的敵人“上空”嗎?好的!您需要組網。

什麼是組網?

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衛星組網示例

為了能夠快速響應並攻擊目標,我們設定衛星軌道高度為500km,且為極軌,這樣的衛星消耗佔自身質量25-40%的推進劑,可以達到0.7-1km/s的dv,並於10-15分鐘內抵達地面。此時,戰鬥部只佔在軌質量的60-75%,當然我們姑且先認為這個損失是值得的,也是可以接受的。

接下來,我們如果需要在決定發出攻擊命令的12小時內就能有1顆衛星處於目標上方,那麼這個時候,只要一顆衛星就能夠實現目標。當然,這個命令可以是突然的,可以等到核武器飛到別人頭頂的時候突然發出命令讓它下降,打對手一個措手不及。但是,如果兩個國家之間的戰爭徵候非常明確,採用導彈的一方先發射了彈道導彈,預計30-45分鐘就能飛抵目標,而採用天基平臺的一方,它的大殺器還需要10個小時才能到達對方上空,這不是很尷尬嗎?

又或者我們平時只是隱藏其真實目的,只為了那一次襲擊。但是這樣就有另一個問題,這樣的一個核武庫,一個隱蔽的核武庫,是低威脅甚至可以說是無威脅的,它只能用於核實戰,無法進行核威脅。而其實戰效果又實在值得商榷。

因為對於那些有能力防禦彈道導彈,所以不得不通過這種方式才有機會對其發動先制打擊的國家(主要指美蘇)而言,這個實戰的效果相當有限,因為這兩個國家都可以做到在遭受彼此外加其他有核國家的全力的幾乎完美的先制核打擊的情況下發動反擊,並對敵國造成“不可接受的”損失,同時還能對第三國保持核威懾(請注意,在這種情況下,核武器打完毫無疑問是一件非常尷尬而且糟心的事情)。有關核戰略的問題可以回去看

大神的回答,我就不在這裡多說了。

如果我們需要達成一般的ICBM的作用,即在30-45分鐘內將核彈投放到地球上任意位置,那麼一顆衛星(或是一個天基平臺)就不夠了。我們需要組網。

一顆位於500km極軌的衛星,可以覆蓋到北緯90度到南緯90度之間的任意位置,其軌道週期約90分鐘,每一圈星下點沿赤道向西移動約2600km,我們在和第一顆衛星的軌道面成90度的軌道面上佈置一顆衛星,則攻擊時間可以減半,縮短至6小時。我們假設單顆衛星擁有1300km的天頂星橫向覆蓋帶,則8顆衛星可以覆蓋全球,並在90分鐘內對任意地區發動攻擊。可惜現實中沒有真空中的球形雞,也暫時沒有這麼天頂星的覆蓋帶。於是,我們稍微退而求其次,假設衛星的覆蓋帶有650km,那麼16個軌道面可以實現90分鐘內做好攻擊準備,加上離軌道所需的10-15分鐘,那麼實現對地球上任意一點的攻擊就需要100-110分鐘。

佈置更多衛星可以大幅縮短攻擊時間,例如每個軌道面均勻佈置6顆,則準備時間縮短至15分鐘,總攻擊時間可以做到25-30分鐘。

這樣一個擁有小天頂星橫向機動能力的星座,可以在30分鐘內攻擊地球上任意一點,包含96顆衛星。如果需要同時或者比較接近的時間內可以有兩顆衛星對一個區域發動攻擊,那麼星座規模就需要再翻一番,192顆。

我們設一個導彈所攜帶的彈頭的質量為m,那麼根據先前的資料,即離軌所需推進劑佔總質量的25-40%來算,我們需要足足256m-320m的在軌質量,才能實現兩顆洲際導彈的功能。

相同運力的導彈,可以將質量n的載荷投送至10000千米外目標,或是將2/3n的載荷送入近地軌道,即每單位在軌質量所需運力是洲際導彈的1.5倍,那麼我們實際上就需要384-480次發射,才能實現和2枚導彈相同的目的。

當然我們可以不考慮成本問題。又或者↓

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我們假設你用這玩意達成目的

那麼天基系統的另一個問題就來了,它極易受到攻擊。對於任何天基對地攻擊系統,其軌道高度均不能太高,因而地面對其定軌和追蹤便非常容易,對其發動打擊也變得格外簡單。即使類似於鑫這樣的技術條件,也能使用600-1000km的短程導彈改造成簡陋的反衛星武器對天基平臺發動攻擊,就更不用說某個前兩天剛剛試射了正經反衛星武器的朋友了。無論是真正的反衛星武器,還是造價相對低廉的短程導彈改造的反衛星武器,都可以在短時間內在星座上製造出足夠的缺口,癱瘓星座擁有國通過天基平臺進行核打擊的能力。

除此以外,天基平臺的核武器,其退役和維護也是一個比較嚴重的問題,服役期間用於軌道維持的推進劑,退役時用於“正常”再入並回收的結構(或是專門用於回收的航天器),都需要消耗(浪費)更多的運力,而能達到的效果卻並不理想。

總結一下,就是天基平臺形成和洲際導彈相同的戰力需要大規模組網,成本驚人,同時還易受攻擊。維護和退役都是問題,在軌道上出故障問題還更嚴重。

因此,這種依靠天基部署的核武器,在今天和可以預見的將來,其價值對於主要有核國家而言都並不高。


說完第一種,我們來談談↓

第二種

就是毛子曾經試著玩過,但是沒過多久就不再具有優勢,並且最終被條約禁止了的部分軌道轟炸系統(FOBS)

首先大致解釋一下什麼是部分軌道轟炸系統。

冷戰初期,美蘇雙方均使用大型相控陣彈道導彈預警雷達系統對洲際導彈進行探測和預警,當導彈上升到預警雷達視線中,雷達便可以對其進行追蹤。

而這種雷達是漏洞的:一是它主要針對跨過北極的彈道(因為射程所限,蘇聯的洲際彈道導彈幾乎不會從美國南方發起攻擊);二是它的視野範圍有限,只適合探測洲際導彈。

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初期的BMEWS預警範圍極為有限

在這種情況下,貼著地球弧度飛行而不是高高升起再落下,且射程幾乎無限的FOBS便有了用武之地。它可以通過其他方向甚至是南極彈道攻擊敵國,而不是隻能走北極彈道,從而繞過先前建立的針對性的預警雷達。另一方面,即使通過北極攻擊,由於彈道高度低,雷達對於FOBS的探測距離將大大縮短,相對的,預警時間也因此變得捉襟見肘(洲際彈道導彈的遠地點往往高達1000-1500公里,而FOBS的遠地點小於200公里,近地點更是隻有150公里左右)。

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FOBS軌道示意圖

但是FOBS也並沒有想象中的那麼美好,隨著時間推移,越來越多的問題也暴露出來:

1.發射和再入的時候折騰的這麼一下是需要消耗更高的運力的,據分析,同等運力大約只能投送1/2-2/3質量的彈頭。

2.隨著美國的導彈預警系統特別是後來的天基預警系統建立完成,FOBS已經失去了其設計初期的優勢。

3.美國應對蘇聯核打擊的手段並不是大規模部署的導彈防禦系統,而是核制勝戰略(你儘管打我,我保證都能扛下來,但是之後,我這一拳下去你可能會死)。

值得注意的是,1967年的《外空條約》並未限制FOBS(不轉完一圈就不算入軌)的發展,而只限制了部署於軌道上的核武器。直到1979年的SALT II之後,FOBS才被明確禁止。

這其實在一定程度上反映出了一個在我們現在看來可能有些難理解的事實:即使是1967年,美國對於FOBS本身也不是特別擔心(核制勝戰略的影響),而更不可思議的是,基於同樣的戰略,時任國防部長的麥克納馬拉甚至在《外空條約》背景下捍衛蘇聯的部分軌道轟炸系統。

當然,除了核制勝戰略本身(ps.當時美國在洲際導彈上有著顯著優勢)的影響以外,美國自1963年起開始建立的超視距雷達系統可以使預警時間提高到30分鐘,這在一定程度上也填補了初期在雷達系統上的漏洞。

再之後,80年代,PAVE PAWS投入使用,進一步削弱了先制打擊對於美國的戰略核力量的威脅。

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PAVE PAWS(藍)和BMEWS(紅)覆蓋對比

1983-1984年,蘇聯退役了最後一批裝載FOBS的彈道導彈,這一武器系統的歷史也告一段落。


所以,為什麼不在太空中部署核武器?希望你在閱讀上文之後能夠了解一些條約之外,大致算得上是技術層面的原因。


補充1:使用太空梭或是軍用空天飛機等可重複使用的載具部署、檢修及回收衛星時的消耗。

假設某一空間機動飛行器執行一項任務,需要將三個質量為m的相同衛星送入同一軌道面上的三個軌道,假設飛行器本身質量(不含載荷和推進劑)為3噸,在採用傳統推力器的情況下它需要攜帶315千克左右的推進劑才能在釋放衛星後離軌重返地球。

當飛行器被髮射至第一顆衛星的軌道後,它需要釋放衛星並機動進入第二顆衛星的軌道(或是衛星自身攜帶額外推進劑進入預定軌道),此時,需要被送入第二條軌道的質量為飛行器自重加離軌推進劑質量加剩餘兩顆衛星的質量和將第三顆衛星送入軌道所需的推進劑質量。當需要部署到不同軌道的載荷增加,飛行器本身所需的推進劑質量也會增加。

利用0.1-0.2km/s的dv,運載器可以在24小時內將第二顆衛星釋放到相同軌道上距離前一顆衛星1/2軌道長度的位置,當然,如果需要加快部署時間,消耗的dv也將會增加。

對於改變傾角的機動,在500km軌道高度上,1.0km/s左右的dv只能將軌道傾角改變7.5°左右,2km/s的dv可以改變15°,因此並不建議使用類似載具部署、維修或是回收多個軌道面上的衛星。

作為參考,俄羅斯的Fregat上面級質量為7.4噸,對於1噸的載荷可以提供超過4km/s的dv。

如果使用機動飛行器給多顆衛星加註燃料或是檢修衛星,其分析方法也是類似的。


補充2:問題始終都不在於成本,而在於和其他投送手段相比,一個幾十顆甚至上百顆衛星的星座在一定時間內提供的投送能力只相當於一兩座發射井或是一艘潛艇能夠提供的能力,條約能通過,一方面是因為這種武器的部署可能使不止一國對此種戰略作出反應,研發並部署相同的武器,另一方面則是由於,已有技術如陸基和海基的洲際導彈成熟可靠而且某種意義上也更加有效。由於離軌到命中所需時間較短,軌道平臺適合用於發起先制核打擊,但是先制打擊卻不是必須使用軌道平臺才能發動,同時,每30分鐘就有平臺進入攻擊位置也意味著該平臺進入了極易遭受攻擊的位置。事實上,雖然公眾關注較高,但是某國對於部署於外層空間的對地攻擊武器的興趣一直不大,其對於空間軍事應用的焦點主要集中於保護本國衛星和開展太空活動的自由,阻礙敵國利用太空資源以及利用天基攔截彈道導彈三方面。

一般結論是天基化不適合利用動能,爆炸性武器以及核武器襲擊地面目標,就目前的技術水平而言,這類任務從地面就能夠很好或者更好的完成,對於相同的任務而言,從太空中獲得快速打擊能力所需要的成本顯著提高。另外,和陸基武器不同的是,這種系統需要在無日常維護和缺乏緊急維護(低維護頻率)的情況下時刻保持正常運轉,這樣的話,其可靠性就低一些,相比陸基武器,攻擊者對於天基武器更缺乏把握能力,若處於正確攻擊位置的天基武器失效,星座中的其它衛星雖然可以繼續發起攻擊,但卻需要一段時間才能就位,因而無法達到相同的快速性。

在數百千米的高度製造核爆可以製造強烈的電磁脈衝,從而摧毀近地軌道上核爆視線上的無遮蔽衛星。而且核爆會產生持久的輻射環境,緩慢損壞其他位於LEO的無遮蔽衛星,並在數月到數年的時間裡使高空衛星和地面站 之間通訊困難。然而核爆導致的破壞程度並不確定,給衛星提供遮蔽往往只增加百分之幾的成本,因此許多軍用衛星在設計之初便考慮到了EMP和輻射防護的問題。這種攻擊是無差別的,在近地軌道上有利害關係的組織或是一般通過敵對勢力都不太可能採用,但是,由於其影響範圍較大,輻射效果持久,擁有核武器和中程導彈的少數國家可能在太空中引爆核武器,進行高效的恐怖襲擊。

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