[Перевод] Технологии спутниковой обороны, или способы уничтожения чего-нибудь на орбите
Страны все больше рассчитывают на спутники как на важнейшую часть в программах касающихся национальной безопасности. В результате значительная часть оборонных бюджетов выделяется на космические технологии. Космос — это сфера, где еще несколько десятилетий назад невозможно было представить себе гонку вооружений, но теперь это вполне возможно.
Спутники — это не просто инструменты, которые помогают нам найти ближайшие Starbucks, они также помогают в борьбе с меняющейся динамикой мира. Сегодня Вооруженные силы возлагают большие надежды на космическое оборудование для различных целей, включая сбор разведданных о противниках. Соединенные Штаты, наряду с Россией, лидируют в разработке спутников для различных целей, а Китай может опередить их в ближайшем будущем.
Использование спутников дает определенное преимущество государству не только непосредственно на поле боя, но и в стратегическом противостоянии. Поэтому за последние несколько десятилетий ученые приложили немало усилий для разработки «противоспутникового оружия». Оно включает в себя ракеты, средства радиоэлектронной борьбы, хакерские атаки и даже космические буксиры.
Значимость космических исследований
Ученые пытаются понять огромные возможности космоса. С появлением новых микроспутников многое стало понятным. Мало того, что эти микроспутники можно производить быстро, что позволяет заменять существующие на орбите космические ресурсы за значительно меньшее время, так еще и 2020 год стал знаковым для малых спутников: на орбиту было запущено около 1200 таких спутников.
Хотя эти запуски осуществлялись в основном в коммерческих интересах, они также используются и в военных целях. Военные специалисты видят возможности для обеспечения солдат фронтовыми изображениями, которые помогут принимать тактические решения в режиме реального времени. Единственным недостатком остается то, что малые спутники не работают годами, в отличие от традиционных больших спутников, которые могут эксплуатироваться в течение десятилетий.
Преимущества использования и инвестирования в космические технологии были признаны многими странами. Частный и государственный сектор используют космические спутниковые снимки, телекоммуникации и технологии GPS. Службы определения местоположения, навигации и синхронизации посылают временные сигналы для различных целей, включая отслеживание запасов, точное наведение оружия и планирование маршрутов в небе, на земле и в океане.
Вот как выглядит спутниковая борьба в представлении большинства людей. Источник: www.scientificamerican.com
О причинах спутниковых конфликтов
Спутники, способные поражать живую силу и технику противника непосредственно на поверхности Земли, существуют только в научной фантастике. Военным ведомствам неоднократно предлагали инженеры создать на орбите боевые лазеры, орбитальные бомбы или просто тяжелые объекты, способные при падении наносить ущерб своей кинетической энергией, но ни один проект так и не был реализован.
Тем не менее объекты на орбите Земли способны существенно влиять на ход военных конфликтов на земле. Возможность наблюдать за обстановкой на поле боя, обеспечивать связь и точное позиционирование, даже в автоматическом режиме, является большим преимуществом для любой космической страны.
Поэтому неудивительно, что страны начали разрабатывать оружие против спутников вместе с самими спутниками.
Огнестрельное оружие в космосе
Самый простой способ нейтрализовать спутник на орбите — физически уничтожить его. Ведь космические аппараты уязвимы. Никто не защищает их броней, так как это увеличило бы их вес и, соответственно, стоимость запуска. Так что для уничтожения спутника достаточно огнестрельного оружия.
Конечно, такое оружие, стреляющее с земли не сможет сбить спутник. Оно должно быть установлено на другом космическом аппарате, который должен приблизиться к цели на расстояние нескольких километров, что вполне реально технологически в наше время. Порох — вещество, которое может взрываться даже при отсутствии кислорода, поэтому препятствий для выстрела нет.
В истории исследования космоса уже был случай испытания огнестрельного оружия в невесомости. В СССР разработали специализированную 14,5-мм автоматическую пушку, установили ее на станции «Салют-3» и провели испытания.
Модифицированная бортовая пушка, установленная на станции «Салют-3». Источник: alchetron.com
Использование огнестрельного оружия на орбите имеет два основных минуса. Первый — это расстояние до цели. Хотя в космосе нет горизонта, невозможно эффективно прицелиться в цель размером с человека на большом расстоянии.
Второй — это отдача. Согласно закону сохранения импульса, при выстреле любое оружие будет толкать космический корабль в противоположном от цели направлении. В то же время в вакууме нет сил трения и гравитации, которые могли бы компенсировать ускорение от выстрела. Таким образом, либо носитель оружия должен быть очень массивным, либо вам придется тратить дополнительное топливо, чтобы уравновесить отдачу.
Синдром Кеслера
Наиболее существенным недостатком применения оружия в космосе является образование обломков. Ведь они нигде не оседают, а рассеиваются по многочисленным произвольным орбитам и продолжают носиться вокруг Земли, сохраняя свою кинетическую энергию.
Эти обломки могут повредить любой объект на орбите — это может быть МКС, вражеский спутник или ваша собственная космическая инфраструктура. Самое страшное, что чем больше столкновений, тем больше образуется обломков и тем выше угроза новых столкновений. Такое неконтролируемое увеличение количества мусора может на какое-то время сделать полеты на орбиту просто невозможными.
Так что же все таки может уничтожить спутник?
Ракеты как противоспутниковое оружие
Еще один способ уничтожения спутников на орбите — ракеты. Этот метод интересен тем, что позволяет одним запуском уничтожить как космические аппараты противника, так и боевые блоки баллистических ракет противника. Такое оружие либо просто таранит спутник, либо взрывается рядом с ним, уничтожая аппарат своими обломками.
Соединенные Штаты Америки начали разработку противоспутниковых ракет еще в 50-х годах прошлого века. Первые образцы этого оружия представляли собой модифицированные баллистические ракеты. Они запускались либо с борта стратегических бомбардировщиков, либо с поверхности Земли. А уже в начале 1980-х годов США создали противоспутниковую ракету ASM-135 ASAT, которую мог нести обычный истребитель.
Радиоэлектронное подавление
Для того чтобы помешать противнику воспользоваться своими спутниками, необязательно уничтожать их физически. По сути, спутники, по крайней мере, спутники связи и навигации, являются передатчиками и приемниками радиосигналов, поступающих к ним с Земли. Поэтому они могут быть выведены из строя с помощью радиоэлектронной борьбы.
Российская система радиопомех «Красуха-2». Источник: Википедия
Радиоэлектронная борьба (РЭБ) состоит из двух частей: радиоэлектронного глушения и радиоэлектронной защиты. Первая подавляет или имитирует сигнал со спутника в местах, где его ловит наземная антенна. Для этого на необходимой частоте создаются мощные хаотические колебания. Среди них невозможно получить четкий и качественный сигнал от устройства.
Электромагнитный импульс
В свою очередь, электромагнитное излучение может быть настолько сильным, что вызовет огромные индукционные токи в электрических сетях спутника. В результате этого его чувствительное электронное оборудование просто перегорит.
Визуализация электромагнитного импульса на орбите. Источник: Asiatimes.com
Теоретически против спутников можно использовать оружие, похожее на антидроны.
Однако с направленным излучением электромагнитного импульса возникают те же проблемы, что и с лазерами. Трудно сфокусировать электромагнитное излучение, создав необходимую плотность энергии на расстоянии в десятки километров. Да и «аккумулятор» для такой «пушки» должен иметь мощность небольшой электростанции.
Лазерное оружие
Также существует более технологически современное средство выведения из строя вражеского спутника — лазеры. Лазер — это сфокусированный поток когерентного излучения. Соответственно, он не режет цель и не разрывает ее на части. Основное воздействие этого оружия — тепловое. Оборудование и конструктивные элементы спутника противника просто выходят из строя из-за перегрева, постепенно плавятся и частично испаряются.
Несмотря на то, что при использовании лазерного оружия не происходит образования большого количества осколков, это его преимущество полностью теряется из-за высокого потребления энергии и необходимости поражать цель на очень большом расстоянии.
Это подводит нас к первой проблеме лазерного оружия — необходимости точной фокусировки луча на цели для создания необходимой концентрации энергии. Это можно сравнить с попыткой поджечь лист бумаги с помощью увеличительного стекла с расстояния в несколько километров.
Лазерное оружие ВМС США. Источник: newscientist.com
Вторая проблема — высокое энергопотребление. Поэтому единственный реалистичный проект лазерной пушки — стационарный, размещенный на Земле. Американские военные должны были просто подключить ее к электростанции. И это устройство оказалось весьма эффективным. Правда, пока что им удалось уничтожить только ракету в атмосфере. Спутники по-прежнему остаются вне зоны его действия.
В 1980-х годах военные инженеры в США и в СССР разработали проекты по размещению лазеров на спутниках. Они должны были питаться от атомных электростанций. Советский Союз даже запустил в космос модель одного из таких устройств. Но в целом все эти усилия закончились ничем.
Радиоэлектронная защита
Чтобы предотвратить попытки заглушить спутниковый сигнал, инженеры используют радиоэлектронную защиту. В основном она состоит из трех методов.
Первый — это использование широкого диапазона частот излучения. Крайне сложно поставить препятствия одновременно на всех частотах. А когда сигнал идет одновременно на нескольких длинах волн, то хотя бы одна из них прорвется к приемнику, а там уже будет изолирована электроникой
Второй метод связан с первым и заключается в передаче цифрового сигнала кодированными пакетами, которые дублируются. Когда пакет таких сигналов распространяется в широком диапазоне, некоторые из них обязательно прорвутся даже через очень сильные помехи, и цифровое устройство на месте составит из них когерентное сообщение.
Наконец, можно использовать еще более широкий диапазон частот и постоянно менять волну, на которой ведется передача. Противник просто не может знать, какая часть спектра излучения должна быть заглушена в данный момент.
Хакеры и спутники
Благодаря современным технологиям можно повредить спутник более изящным способом. Он основан на практике подражания. Вместо того чтобы создавать хаотичные помехи, необходимо воспроизвести сигнал противника, но добавить в него необходимые изменения. Таким образом, можно передать противнику ложные данные.
Управление наземными и орбитальными спутниковыми системами ведется с помощью специализированных компьютерных программ. То есть обмен информацией происходит благодаря написанному коду, что делает весь этот процесс уязвимым для кибератак.
Схема вмешательства в работу спутника. Источник: Arstechnica.com
Атаке могут подвергнуться не только спутники, но и любой элемент системы, передающий или принимающий код. Выявление наиболее уязвимого звена в этой цепи — главная задача военного хакера.
Кибер-атака может произойти через специальный код, на который программа будет реагировать неправильно и в итоге перестанет функционировать. Другой способ — DDoS-атака. На одно из устройств-компаньонов поступает огромное количество запросов к сетевой инфраструктуре, что значительно превышает ее пропускную способность. В результате система перегружается и начинает работать медленно или вовсе выходит из строя.
Возможность перехвата управления спутниками
Преимущество кибератак заключается в том, что хакер может не только вывести из строя спутник, но и перехватить управление им. Таким образом, можно получить доступ к секретной информации или даже использовать спутники противника для поддержки собственных сил на поверхности Земли.
Одним из способов взлома системы является кража пароля доступа. Чаще всего такую информацию получают агенты спецслужб. Однако хакер может взломать систему, найти ее уязвимость и получить доступ к ней в обход системы авторизации.
Космические буксиры как оружие
Спутник можно вывести из строя не только путем атаки на его электронику, но и просто столкнув его с орбиты с помощью буксира. Космические буксиры — это орбитальные аппараты, оснащенные мощными двигателями и большим запасом топлива. Обычно они доставляют спутники на целевые орбиты. Или, наоборот, «толкают» к Земле те аппараты, которые перестали функционировать и превратились в космический мусор.
В январе 2022 года китайский спутник Shijian-21 успешно столкнулся с нефункционирующим навигационным спутником Beidou-2 и отправил его на «кладбищенскую орбиту». В этом простом событии американские военные видят потенциальную угрозу для собственной спутниковой инфраструктуры. Ведь если возникнет необходимость, такой буксир может столкнуть и один из американских разведывательных аппаратов. А для некоторых из них, чтобы перестать быть полезными, достаточно просто выйти на неправильную орбиту.
Возможный дизайн китайского буксира. Источник: www.dw.com
Такой буксир без проблем заставит вражеский спутник на низкой орбите упасть на Землю. Достаточно дать импульс на торможение, а дальше он начнет падать сам.
В конце концов, вражеский спутник можно просто украсть. Для этого, опять же, необходимо использовать буксир, который изменит орбиту аппарата. Он синхронизируется, например, с космической станцией, где космонавты разберут его и посмотрят, как он устроен.
Подводя итоги можем сказать, что в настоящее время несколько стран оснащены или, по крайней мере, разрабатывают средства уничтожения спутников, начиная от баллистических ракет и заканчивая глушителями связи. Соединенные Штаты, Китай, Россия, Индия и даже Япония и Франция стремятся укрепить свой противокосмический арсенал для защиты своих все более важных космических активов. Несмотря на то, что разработка противоспутникового оружия все еще находится в процессе и число стран, способных проводить операции в космосе, увеличивается.
Государства вынуждены вкладывать больше средств в свои противокосмические возможности, но в то время существует определенный риск гонки космических вооружений. Этому также способствует отсутствие надлежащего законодательства в отношении испытаний про. Действующее космическое законодательство предлагает мало ограничений, которые не были бы легко обойдены из-за их неясности или которые не могли бы быть просто искренней попыткой легализации собственных действий государства.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5–2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5–2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4×960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5–2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2×960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5–2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
