神舟十二號太空科技的軍事應用


  • 發布日期:2021/09/30

                              神舟十二號太空科技的軍事應用
國防戰略與資源所  江炘杓政策分析員
關鍵字:太空船、空間站、核心艙、返回艙
(本評析內容及建議,屬作者意見,不代表財團法人國防安全研究院立場)

2021617日上午,中國長征2F運載火箭搭載神舟十二號太空船在酒泉衛星發射中心升空,太空人在太空工作和生活了90天,主要任務是維持空間站運作、體驗太空生活、艙外作業實驗以及廢棄物管理等。917日午後,神舟十二號返回艙搭載三名太空人在東風著陸場順利著陸。[1]從太空船進入太空與天和核心艙完成對接,到返回地面的整個過程,涉及高度的技術應用,歸納出五項關鍵的太空科技能力,包括生命支援保障能力、全球中繼衛星通信能力、太空船精準交會對接能力、太空載具精確變軌能力以及重返大氣層熱防護能力。若將這些太空科技能力應用在軍事領域將產生巨大效益,分析如下:

生命支援保障能力

三名太空人在無重力的狹窄空間90天,其排泄物和廢氣若處理不好,將對身心造成嚴重傷害。新聞影像顯示他們在天和核心艙活動以及返回地球的生命體徵都相當好,意味空間站擁有良好的生命支持與排泄物處理系統。根據報導,624日天宮空間站尿處理次系統開始運作以來,一共處理616公升的尿液,並產生506公升的尿蒸餾水,[2]說明在太空排出來的尿液進行回收處理再利用,而且淨化空氣的生命支持系統也是保障太空人在空間站安全生活非常重要的科技能力。這些生命保障技術尤其能夠提供潛艦官兵在狹窄的密閉空間維持比較良好的空氣品質和操作環境,有利於潛艦保持更長時間潛航的隱密性。

全球中繼衛星通信能力

中國以三顆天鏈系列地球同步軌道衛星組成「中繼衛星天團」,確保太空船與地面控制站和指揮中心能夠保持密切聯繫,太空人在天宮空間站的活動也因此能夠藉由高畫質的視訊連線全程直播。2003年執行神舟五號任務的太空人還無法與地面指揮中心即時通信,直到2012年完成第一代天鏈三星組網,通信範圍涵蓋全球,神舟十號在2013年上天之後,習近平才能夠跟天宮空間站的三名太空人進行即時的天地通話。[3]到了2021年高品質全球即時通信的難題徹底解決,這意味中國具備在不受高山遮蔽之處進行清晰畫面視訊的能力;同時也意味解放軍如果在地球的任何海、空域或陸地執行任務,隨時隨地都能夠透過即時視訊接受國內作戰中心的指揮管制。因此,全球中繼衛星系統的軍事應用對於提高解放軍的作戰效力具有非常重大的意義。

太空船與空間站精準對接能力

神舟十二號太空船與天和核心艙脫離後,在返回地球之前,先完成繞飛以及與空間站徑向(radial direction)交會對接的實驗,其主要技術體現在神舟十二號推進艙帶著返回艙繞飛到空間站下方,再與空間站垂直對接,[4]為神舟十三號太空船與核心艙對接做了可行性的先期驗證。太空船靠著精準測向和定位的微型雷達,導引霍爾效應推進器(Hall-effect thruster, HET)釋放等離子噴流產生反作用力,調整瞄準空間站介面的角度,與核心艙實現自動精準對接,突顯了推進艙的精準微調能力。這次實驗也證明微型雷達的性能優越,若應用在載人和無人軍用載具,將更有利於進一步提高搜索、追蹤和定位的能力。

太空載具精確變軌能力

神州十二號太空船在酒泉基地發射,三個月後順利返回酒泉的巴丹吉林沙漠東風著陸場。返回過程首次採用「動態適應」的導引控制方式,在返回前先確定瞄準點,地面制定的標準程式完成後,再依即時彈道測算結果進行飛行動態調整,確保精準控制返回地球。[5]由於良好的變軌測控技術,因此即使返回艙必須借助三道降落傘減速,仍然能夠在距離預定位置不足100公尺的地方順利著陸。此項技術印證了火箭軍掌握洲際彈道飛彈分彈頭變軌能力的傳聞,各分彈頭在中途階段(大氣層外)動態調整飛行彈道,將更難被偵測鎖定,加上其重返大氣層後以每秒7公里的高超音速(20馬赫)撞擊目標,被反飛彈系統攔截的機率可以說是微乎其微,而且其命中圓周誤差率(circular error probable, CEP)也會比返回艙著陸的100米誤差要小得多很多。

重返大氣層熱防護能力

神舟十二號太空船的返回艙穿越大氣層時,高速運動與大氣產生劇烈摩擦形成最高溫可達攝氏1,650[6](前、後、上、下、左、右部位產生的高溫各不相同,由於返回艙頭部體積較洲際彈道飛彈的彈頭大得多,高速摩擦產生的溫度甚至可超過攝氏2,000度),儘管返回艙外部被燒成漆黑,但內部完好無損,人員狀態良好,顯示中國處理熱防護的技術能夠確保其洲際彈道飛彈在重返大氣層階段,不會有被高溫高熱熔毀之虞。同樣的原理,解放軍高超音速飛彈(東風-17A)和第六代戰機超高速飛行可能面臨的高溫高熱問題,已經得到解決。
除了上述太空科技對軍事應用具有重大的意義和價值之外,神舟十二號太空船實際上也廣泛採用人工智慧(artificial intelligence, AI)和無人駕駛(unmanned)技術,而這些技術也普遍被應用在軍事領域,包括無人機、無人艇(潛艇)、無人車(戰車)以及各種用途的軍事機器人,有關太空科技的軍事應用如附表。太空尖端科技發展與軍事應用的結合不僅能夠相得益彰,而科技能力對軍事力量的影響尤其巨大。此外,它亦可廣泛應用在產業領域,具有很高的商業價值。中國積極爭奪航空太空領域的制高點,已引起美國、日本以及其他西方國家的密切關注,如同美國國防部長奧斯汀(Lloyd J. Austin III)甫被提名即被通知在2021121日出席參議院聽證所言:「太空已成為大國競爭的舞台,中國是美國未來面臨的最大威脅。」呼籲美國要重視太空平台(space-based platforms)的建設,他也多次強調太空是未來主要的作戰領域(war-fighting domain)。實際上美國在201812月成立太空軍(Space Forces)起,未來的太空軍事化已經勢所難免,然而太空科技能力決定了太空軍事能力,美國國會已同意增加預算,確保其於太空領域(space domain)的領先地位。但在太空軍事化之前,太空科技將不可避免地會被優先應用在傳統的軍事領域。


附表、太空科技能力的軍事應用目標
項次 太空科技能力 主要軍事應用目標
1 生命支援保障能力 核潛艦、常規潛艦、深潛器、超長隧道和超深洞庫
2 全球中繼衛星通信能力 全球軍事通信系統
3 太空船與空間站精準對接能力 微、小型雷達
4 太空載具精確變軌能力 彈道飛彈分彈頭
5 重返大氣層熱防護能力 超高速飛行器、第六代戰機
6 人工智慧 軍事機器人、無人載具
7 自動駕駛技術 無人飛行器、無人潛航器、無人戰車等
資料來源:江炘杓整理自網路公情。


[1] 趙竹青、翁奇羽,〈神舟十二號載人飛船發射圓滿成功〉,《人民網》,2021617日,http://finance.people.com.cn/BIG5/n1/2021/0617/c1004-32132811.html;宗文,〈神舟十二號3名太空人安抵東風著陸場〉,中國航太科技集團有限公司,2021917日,http://zhuanti.spacechina.com/n3243372/n3243510/c3320188/ content.html。
[2] 馬俊、鄧孝慈,〈在空間站停留90天,刷新中國航太紀錄!神舟十二號太空人今天返回〉,《環球網》,2021917日,https://china.huanqiu.com/article/44ncVTuMeYL
[3] 付毅飛,〈天鏈一號05星發射!帶你認識「中繼衛星天團」〉,《人民網》,202178日,http://finance.people.com.cn/BIG5/n1/2021/0708/c1004-32151777.html。
[4] 邱晨輝,〈揭秘神舟十二號那些「神」操作〉,《人民網》,2021923日,http://finance.people. com.cn/BIG5/n1/2021/0923/c1004-32233983.html。
[5] 央視新聞客戶端,〈神舟十二號今日返回,多項測控技術首次應用〉,《央視網》,2021917日,http://m.news.cctv.com/2021/09/17/ARTIn91wipqGx71fjnwyPZDO210917.shtml
[6] 周聰、徐淑瓊、李雲芳,〈返回式航天器高溫隔熱材料綜述〉,《中國腐蝕與防護網》,20201223日,http://www.ecorr.org/dhTJDAOHANG/fhjs/jishuyingyong//2020-十二-23/178604.html