Статья: Научные и технологические тренды: 2020–2040 гг.: перспективы научно-технического развития (доклад организации НАТО по науке и технологиям, 2020 г.)

5. Космические технологии

Обычно считается, что космос начинается на высоте 90-100 км над уровнем моря. Космические технологии предназначены для работы в особых условиях, включающих: свободу действий, глобальное поле обзора, скорость, свободу доступа; почти вакуум; микрогравитацию; изоляцию; и экстремальные условия (температура, вибрация, звук и давление).

НАТО сильно зависит от космических возможностей для проведения миссий оперативно и эффективно. Для этого необходим доступ к ракетам-носителям, платформам (спутникам), датчикам. НАТО определила 5 основных космических потенциалов (Таблица 5)

Таблица 5

Малые космические аппараты массой менее 500 кг, вращающиеся на низкой околоземной орбите, могут быть использованы для научных, коммерческих и государственных, а также военных целей.

Особая категория модульных малых спутников (кубсатов) имеет объём не более нескольких литров и массу в несколько килограммов. Эти спутники значительно дешевле, чем более крупные платформы, и могут быть запущены быстро и с меньшими затратами. Кроме того, малые спутники позволяют развертывать их группировки для выполнения задач с повышенным разрешением, цикличностью и более высокой производительностью. Следовательно, малые космические аппараты могут обеспечивать боевые возможности, адаптированные к конкретным оперативным потребностям. В контексте НАТО малые космические аппараты могли бы поддерживать три стратегических потенциала НАТО:

1) стратегическое информационное доминирование;

2) надежную, безопасную связь;

3) повышение ситуационной осведомленности.

В технологическом плане малые космические аппараты значительно продвинулись за последнее десятилетие. Этому способствовала коммерциализация услуг по запуску малых спутников. В некоторых случаях малые спутники расширяют возможности обычных более крупных космических аппаратов, например, решают менее сложные задачи или поддерживают ретрансляторы связи. Малые спутники также быстро становятся жизнеспособными платформами для выполнения конкретных военных задач. Они могут выполнять обычные или специализированные функции, работать индивидуально, в созвездиях или автономно в роях для миссий более высокой сложности. Технические разработки в данной сфере направлены на создание крупных созвездий (сетей), функциональное разделение и контроль, повышение надежности и отказоустойчивости за счет снижения сложности, на обеспечение быстрой сборки, интеграции и верификации для сокращения времени и затрат на запуск, на разработку инновационных двигательных установок, на интеграцию в космические операции и др. Спутники являются полностью автономными или полуавтономными, поэтому зависят от разработок в области автономии транспортных средств.

Более широкое использование робототехники в космосе также способствует восстановлению, дозаправке и ремонту спутников на орбите. Хотя эта технология еще только зарождается, в течение следующих десяти лет она значительно сократит затраты на эксплуатацию и увеличит долговечность. Поскольку спутники выполняют задачи связи и наблюдения, то их развитие связано также с разработками специализированных датчиков (электрооптических/инфракрасных), в частности для поддержки противоракетной обороны, новых радаров (работающие на частотах выше 100 ГГц, пассивные когерентные радары и т.п.), новых систем связи.

Широкий спектр других связанных с космосом технологий окажет непосредственное влияние на будущие космические операции НАТО. К числу наиболее важных относятся: Аналитика больших данных и ИИ для обработки возрастающего объема космических данных, цифровая реальность (виртуальная, смешанная и др.) для поддержки космических операций и подготовки кадров, высокоскоростная оптическая связь, улучшенная киберзащита для предотвращения несанкционированного использования или переориентации спутников или их созвездий, а также моделирование и имитация, повышающие осведомленность о космической ситуации.

Космос становится все более коммерчески привлекательным. В настоящее время на орбите находится 2000 спутников. Ожидается, что к 2030 году их число увеличится в пять раз, уже в 2025 году ожидается запуск 1100 спутников в год (почти в четыре раза больше, чем в 2018 году). К 2040 году мировая космическая отрасль, по прогнозам, вырастет с $350 млрд. (США) до $1 - 2,7 трлн.

Рост космической отрасли повышает уровень угроз. Недавние действия российских операторов космических аппаратов, а также китайские и индийские противоспутниковые мероприятия вызывают серьезную озабоченность. К этому добавляются угрозы кибератак на космическую инфраструктуру, а также угрозы захвата существующих спутников, использования прямого энергетического оружия для ослепления спутниковых систем или более традиционного глушения спутниковой связи и управления. Технологии роботизированного обслуживания на орбите, вероятно, откроют двери для разработки нового оружия, такого как паразитные микроспутники, предназначенные для захвата, глушения, изменения назначения, уничтожения или скрытого мониторинга спутниковой активности. Таким образом, страны Альянса будут испытывать растущую потребность в создании устойчивых спутников, способных защитить себя (пассивно или активно) от таких угроз.

5.1 Возможности использования космических технологий для вооруженных сил Альянса

Малые космические аппараты поддерживают множество различных военных возможностей, поскольку они могут выполнять военные миссии, которые когда-то могли выполнять только большие космические аппараты. Сегодня малые спутники различного размера и степени автономности уже используются для сбора данных, используя преимущества очень короткого времени запуска и гибкого позиционирования. Более широкое использование малых космических аппаратов с новыми маломощными пассивными и активными датчиками повысит оперативную информированность.

Микроволновая фотоника может сильно повлиять на космические функциональные возможности и производительность высокочастотных радаров. Интеграция фотоники может помочь в уменьшении размера и веса, а также в повышении надежности (нечувствительность к электромагнитным помехам).

Увеличение дальности обнаружения наземных базовых радаров, дополненное космическими приемниками, позволит получать в реальном времени распознаваемую воздушную картинку на гораздо более широкой территории над нейтральной территорией и территорией противника. Это позволит получить углубленное представление о деятельности на широкой территории и обеспечить обнаружение, точное отслеживание и идентификацию целей с использованием передатчиков противника или нейтральной страны. Преимуществом такого подхода станет возможность более полного обнаружения и сопровождения пусков гиперзвуковых ракет.

Квантовые технологии будут использоваться для зондирования, в частности, обнаружения погруженных под воду или скрытых объектов противника. Улучшенная визуализация позволит более быстро и точно идентифицировать угрозы. Квантовые технологии обеспечат защищенную связь, но есть несколько проблем, которые необходимо преодолеть в отношении расстояния и размера сети. Оперативное выявление вторжений может оказать существенную помощь киберразведке.

Терагерцовые датчики будут поддерживать экзо-атмосферное зондирование с высоким разрешением. Возможности перехвата и контрмер в этом спектре не позволят другим субъектам использовать такие возможности против НАТО.

Борьба с космическим мусором, спутниками-охотниками-убийцами, перегруженными орбитами, коммерческой космической разведкой, мега-созвездиями, космической погодой и возросшей деятельностью человека в космосе - все это потребует повышения осведомленности о космической ситуации.

5.2 Риски для вооруженных сил Альянса

Поскольку малые космические аппараты могут разрабатываться в короткие сроки и с приемлемыми бюджетами, они также могут использоваться в качестве угрозы космическим средствам НАТО. Главным ограничением будет размещение малых космических аппаратов на соответствующих орбитах, требующих наличия ракет-носителей, которыми сегодня владеет лишь небольшое число стран. Однако пусковые мощности могут быть получены из России, Китая или развивающихся коммерческих компаний. Стремительное падение цен на космические запуски и растущая миниатюризация значительно расширят доступ к космосу, в т.ч. для криминальных или асимметричных угроз.

Применение микроволновой фотоники в беспроводных системах связи и распределенных сенсорных сетях сделает эту технологию доступной во всем мире. Такая доступность позволит противнику создавать все более мелкие и функциональные спутники и их созвездия.

Государства-противники получат возможность скрытого обнаружения и отслеживания деятельности сил НАТО на больших расстояниях.

Особую озабоченность вызывает возможность того, что противник сможет легче обнаруживать скрытые объекты с помощью космических терагерцовых датчиков.

Риски от противоспутникового оружия или роботизированных паразитных систем станут более существенными. Все более перегруженные орбиты, все более широкое использование крупных созвездий малых космических аппаратов и растущий объем космического мусора, загрязняющего околоземную среду, скажутся на эффективности и надежности космических систем.

5.3 Проблемы функциональной совместимости космических технологий

На сегодняшний день НАТО не владеет непосредственно спутниками, а использует те, которые принадлежат странам Альянса, использует полученную из космоса информацию и спутниковые коммуникационные сети. Таким образом, могут возникать проблемы в связи с доступом к строго засекреченной космической информации, оперативным использованием коммерческих сетей связи, обменом опытом, политикой использования данных, собираемых коммерческими датчиками, и возможностями Альянса запрашивать у государств сбор данных в определенных целях. Общие интересы и готовность к совместной работе характерны для международной деятельности в космосе, в том числе с участием НАТО, и такая координация и сотрудничество будут иметь особое значение для обеспечения оперативного использования и долгосрочной полезности космоса для целей НАТО.

5.4 Перспективы развития космических технологий

1. Микроволновая фотоника: продолжение исследований позволит повысить производительность систем и поддержать дальнейшую миниатюризацию.

2. Миниатюризация: множество малых спутников уже используются в военных операциях во всех областях. Однако эти системы все еще имеют технические ограничения. Чтобы полностью покрыть военные потребности, необходимо провести дополнительные исследования по маломощным двигателям, автономности и управлению спутниками, чтобы обеспечить возможность роения малых спутников следующего поколения или корректировки орбиты конкретной миссии.

3. Автономия: необходимо продолжать исследования для расширения автономных возможностей на орбите. Эти разработки включают в себя расширение возможностей бортового ИИ и обработки данных, совершенствование средств накопления энергии, более эффективные технологии подруливающих и двигательных установок, а также усовершенствованную робототехнику.

4. Пассивные когерентные локационные радары: исследования в настоящее время находятся на уровне теоретических рассуждений и моделирования. Отдельные полевые испытания показывают способность пассивных радаров отслеживать быстрые объекты, такие как ракеты. Предполагается, что эта технология достигнет уровня прототипа в течение следующих пяти лет и уровня готовности в течение 20-летнего периода времени.

5. Квантовые технологии: в течение 5-15 лет высокоточные навигационные системы, квантовые тепловизоры и датчики могут достичь уровня готовности.

6. Терагерцовые датчики: через 10-20 лет компоненты, разработанные первоначально для автомобильных систем и систем связи, будут доступны для космических систем, что позволит получать изображения космических объектов с радиолокационным сечением около 0,1 м² с разрешением более сантиметра на дальности 50 км.