衛星攻防戰升級：AI如何成為美國太空軍“隱形護盾”？

太空作為國家安全和軍事戰略的關鍵領域，其重要性日益凸顯。近期，美國安全與新興技術中心（CSET）發布報告《太空邊緣的Al》，深入探討了AI在空間領域意識（SDA）和軌道作戰功能中的應用，旨在避免軌道作戰中的意外情況，并為AI在太空任務中的應用提出政策建議。報告指出，為維持戰略優勢，太空軍需整合人工智能（AI）技術，增強空間控制能力，以應對日益復雜太空環境。

空間領域意識（SDA）中的AI應用

（一）SDA的重要性

SDA是太空作戰決策的基礎，涉及對可能影響太空行動的因素進行有效識別、描述和理解。它包括空間目標的探測、跟蹤、識別、特征描述、威脅預警與評估以及數據整合與利用等多個子學科。美國太空軍通過地面傳感器和空間傳感器獲取SDA信息，以跟蹤和管理超過47,000個人造空間物體。SDA不僅支持太空電磁戰、衛星通信、導彈預警等核心太空功能，還為軌道作戰提供關鍵情報支持。

（二）SDA面臨的挑戰

隨著衛星發射數量的激增和SDA架構的老化，美國太空軍在執行SDA任務時面臨諸多挑戰。全球范圍內的傳感器覆蓋存在缺口，任務分配和調度沖突不斷。例如，2023年，衛星近距離事件（“近失事件”）比2020-2023年增長了250%以上，這要求衛星所有者更頻繁地執行碰撞規避機動。此外，許多衛星與地面站之間沒有持續的實時遙測連接，這使得對衛星位置和速度的準確跟蹤變得困難。

（三）AI如何增強SDA

AI在SDA中的應用主要集中在五個關鍵領域：目錄維護（包括未關聯軌跡的解決）、軌道確定、交會評估、傳感器任務分配、調度和優先級排序以及數據收集和整合。例如，AI代理或通過強化學習訓練的混合模型可以優化傳感器任務分配，平衡傳感器限制；神經網絡能夠整合來自不同類型傳感器的數據。這些AI應用不僅可以提高SDA的效率和準確性，還可以減輕操作員的認知負擔，使他們能夠更專注于復雜和關鍵的決策。

軌道作戰中的AI應用

（一）RPO的定義與重要性

軌道作戰中的一個關鍵活動是交會與接近操作（RPO），即調整兩顆衛星進入相同的軌道平面、形狀和大小，并進行近距離操作，如對接、檢查或拖曳。RPO技術的發展使得這些操作更加迅速、精確和安全。

然而，RPO能力的提升也帶來了潛在的軍事風險，因為這些技術既可以用于和平目的，如太空垃圾清理和衛星延壽，也可以用于軌道作戰，如干擾、破壞敵方衛星。

（二）RPO面臨的挑戰

RPO操作復雜，需要熟練的人類操作員和專家來執行。操作員必須評估兩顆衛星的狀態，并確定目標衛星是合作的還是不合作的。對于不合作的目標，如非功能衛星或具有潛在攻擊性的敵方衛星，RPO的規劃和執行更為復雜。

此外，RPO還受到傳感器配置、平臺約束和軌跡規劃等因素的影響。例如，不同的傳感器配置可能消耗不同的功率，并且只適用于某些交戰范圍。操作員需要在不同的傳感器系統之間進行權衡，以優化性能。

（三）AI如何增強軌道作戰

隨著硬件小型化和算法效率的提高，將AI集成到衛星上的可行性越來越高。AI可以在多個方面支持軌道作戰，包括目標和運動檢測、自主導航、數據過濾和優先級排序、衛星總線子系統管理和動態通信管理等。

例如，基于計算機視覺的神經網絡可以實時處理圖像，檢測、分類和跟蹤目標；AI驅動的預測算法可以自主執行衛星機動、軌道維護和碰撞規避。這些AI應用不僅可以提高軌道作戰的效率和準確性，還可以在復雜的作戰環境中提供更快的反應能力，增強衛星的生存能力。

AI在太空領域的政策建議

(一)

SDA領域的政策建議

立即采用成熟的SDA模型：例如輕量級神經網絡，用于實時軌道確定和交會風險評估，這些模型已經證明可以顯著提高SDA的效率和準確性。

采購可升級的衛星系統：確保有足夠的計算能力來支持AI工具，這將使衛星能夠在未來應對更復雜的任務和威脅。

定義軌道自主性的邊界：建立嚴格的測試和評估協議，確保AI的透明度和可審計性，這將有助于在提高自動化水平的同時保持對AI系統的有效控制。

(二)

軌道作戰領域的政策建議

明確軌道自主性的可接受邊界：包括在何種條件下衛星可以在沒有直接人為干預的情況下運行，這需要在防御性和進攻性能力之間找到平衡。

制定詳細的技術性能標準：包括計算基準、允許的功耗、輻射耐受性和環境適應性，這些標準將確保AI系統能夠在太空環境中可靠運行。

實施全面的空間特定測試、評估、驗證和驗證（TEVV）流程：確保AI系統的可靠性和可信度，這將有助于識別和解決潛在的漏洞和風險。

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本文轉載自“ 稻香湖下午茶，原標題《衛星攻防戰升級：AI如何成為美國太空軍“隱形護盾”？》。

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