張保慶

國外偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展分析

張保慶

偵察與監(jiān)視衛(wèi)星利用可見光/紅外相機、合成孔徑雷達、大型可展開天線陣、紅外探測器等手段，從空間軌道上對目標(biāo)實施偵察、監(jiān)視和跟蹤，以搜集地面、海洋或空中目標(biāo)的情報。近年來，主要航天國家穩(wěn)步推進偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，加速偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)更新?lián)Q代，不斷提升對目標(biāo)的全方位偵察能力。

美制“鎖眼”-12太空偵察衛(wèi)星。該衛(wèi)星分辨率低于0.1米，是現(xiàn)今分辨率最高的光學(xué)偵察衛(wèi)星

美國注重發(fā)展戰(zhàn)術(shù)偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)

美國擁有世界上性能最為先進的偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)。近年來，美國從作戰(zhàn)任務(wù)及其要求的能力出發(fā)，高度重視偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力，現(xiàn)役偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)主要包括“鎖眼”系列光學(xué)偵察衛(wèi)星、“長曲棍球”雷達成像衛(wèi)星、ORS系列衛(wèi)星等。

“鎖眼”衛(wèi)星是美國軍用光學(xué)偵察衛(wèi)星，已經(jīng)發(fā)展了12個型號。KH系列衛(wèi)星主要由洛克希德·馬丁公司研制，美國國家偵察局負責(zé)運行，為美國提供了重要的軍事偵察能力?！版i眼” 系列成像偵察衛(wèi)星是當(dāng)今世界最為先進的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，搭載有可見光、紅外、多光譜和超光譜傳感器等光學(xué)成像偵察設(shè)備，最高分辨率達到0.1 米。在取消“未來成像體系”光學(xué)衛(wèi)星后，美國國家偵查局分別于2011年、2013年成功發(fā)射NROL-49衛(wèi)星、NROL-65衛(wèi)星。其中2013年發(fā)射的NROL-65為最新部署的“鎖眼”-12衛(wèi)星。美國計劃2018年9月發(fā)射NROL-71任務(wù)，據(jù)報道NROL-71將是美國新一代的“鎖眼”（KH）光學(xué)偵察衛(wèi)星。

“長曲棍球”衛(wèi)星是美國國家偵察局發(fā)展的雷達成像偵察衛(wèi)星，利用星上合成孔徑雷達對地面目標(biāo)進行高分辨率成像，最高分辨率達到0.3 米，具備全天候、全天時偵察能力，不受云、霧、煙以及黑夜的影響，并可識別偽裝或地下目標(biāo)，彌補光學(xué)成像偵察衛(wèi)星的不足。

“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”（SBWASS）是美軍發(fā)展的新型海洋目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，由美國國家偵查局負責(zé)系統(tǒng)和運行管理，主要為海軍提供海洋廣域監(jiān)視，實現(xiàn)對敵方艦隊位置、航行方向和速度的監(jiān)視。該系列衛(wèi)星質(zhì)量4噸，設(shè)計壽命為8年，運行于高1100千米、傾角63.4°的近圓軌道。2015年10月，美國國家偵察局（NRO）的NROL-55任務(wù)成功發(fā)射，將一組2顆SB-WASS海洋監(jiān)視衛(wèi)星成功發(fā)射入軌，編號USA-264。這2顆衛(wèi)星是美軍SB-WASS的第7組衛(wèi)星，以雙星編隊飛行方式組網(wǎng)運行，可通過時差／頻差定位原理對所探測的雷達信號進行定位（定位精度約為1000米）。至2001年首次部署，目前美國共計發(fā)射7組14顆衛(wèi)星，且均在軌運行。

作戰(zhàn)響應(yīng)空間計劃旨在確保美國具有太空支持作戰(zhàn)能力，包括在需要時提供突擊發(fā)射能力、在受到傷害或被降低能力時做到快速響應(yīng)或形成新的能力，而且無論在何種情況下這種能力都能被迅速“激活”。首顆作戰(zhàn)型衛(wèi)星ORS-1 于2011年6月成功發(fā)射，衛(wèi)星質(zhì)量為468千克，設(shè)計壽命2年，運行在近地點398千米、遠地點405千米、傾角40°的近圓軌道。ORS-1衛(wèi)星主要有效載荷為改進型光電偵察系統(tǒng)-2，工作在可見光和紅外7個不同的譜段（綠色、紅色、全色、近紅外、短波紅外1、短波紅外2和中波紅外），空間分辨率可達到國家圖像解析度分級標(biāo)準(zhǔn)4級的要求（即空間分辨率1.2~2.5米），能夠較好的滿足作戰(zhàn)用戶對衛(wèi)星空間、時間和光譜分辨率的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求。自2011年部署以來，ORS-1為多個作戰(zhàn)司令部在中東和東南亞的作戰(zhàn)行動提供可見光和和紅外圖像的任務(wù)支持。雖然美國空軍一直試圖關(guān)閉ORS辦公室，將其相關(guān)活動融入到主要的航天采辦機構(gòu)，但美國空軍始終希望保留。

美國偵察與監(jiān)視衛(wèi)星在軌情況

俄羅斯加速偵察監(jiān)視衛(wèi)星更新?lián)Q代

2016年3月，＂聯(lián)盟＂-2.1A運載火箭成功發(fā)射第二顆Bars-M地圖測繪衛(wèi)星。

俄羅斯不斷加快偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)代化步伐，注重發(fā)展多種偵察與監(jiān)視能力。近年來，俄羅斯一方面加速部署新型光電傳輸型偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，加快從舊型膠片返回型號過渡到新型光電傳輸型號；另一方面延續(xù)部署舊型的“琥珀／鈷”-M10膠片返回衛(wèi)星，以填補天基偵察能力縫隙。

Bars-M系列衛(wèi)星是俄羅斯在2007年重啟“空間制圖”計劃研制的新一代衛(wèi)星，計劃研制6顆衛(wèi)星，用于取代“琥珀”-1KFT膠片返回式測繪衛(wèi)星。2015年2月，俄羅斯成功發(fā)射“雪豹”-M1光學(xué)測繪衛(wèi)星是俄羅斯首顆傳輸型測繪衛(wèi)星；2016年3月，“雪豹”-M2光學(xué)測繪衛(wèi)星搭載“聯(lián)盟”-2.1a運載火箭成功發(fā)射?！把┍?M1衛(wèi)星設(shè)計壽命5年，質(zhì)量4噸，運行于高度551千米、傾角97.63°的太陽同步軌道。衛(wèi)星由進步國家火箭與航天科研生產(chǎn)中心研制，采用“琥珀”衛(wèi)星平臺，帶有2個名為“卡拉特”望遠鏡、2個激光發(fā)射器和激光測距儀，分辨率為1.1米。“雪豹”-M系列衛(wèi)星可為俄羅斯國防部提供全球立體圖像和數(shù)字高程數(shù)據(jù)，進而繪制小區(qū)域高精度地圖，將大幅提升俄羅斯天基偵察與監(jiān)視能力。

2016年3月，“聯(lián)盟”-2.1A運載火箭成功發(fā)射第二顆Bars-M地圖測繪衛(wèi)星

“角色”系列衛(wèi)星是新一代成像偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，采用光電傳輸式設(shè)計，能夠?qū)⑿l(wèi)星獲取的圖像直接或者通過中繼衛(wèi)星及時地傳輸?shù)降孛娼邮照尽?“角色”系列衛(wèi)星沿用了“資源”衛(wèi)星平臺，發(fā)射質(zhì)量超過7噸，設(shè)計壽命為7年；衛(wèi)星載荷采用了與“阿拉克斯”衛(wèi)星類似的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)的主鏡直徑為1.5米，其空間分辨率可達到0.3米。首顆“角色”衛(wèi)星于2008年7月成功發(fā)射，但由于電子設(shè)備故障導(dǎo)致衛(wèi)星在2009年2月失效。2013年6月，新型的“角色”-2光學(xué)偵察衛(wèi)星成功發(fā)射入軌，星載計算機在軌期間曾發(fā)生故障（近1/2內(nèi)存失效），但在2014年軟件更新后恢復(fù)運行。2015年6月，“角色”-3光學(xué)偵察衛(wèi)星成功發(fā)射，并進入高度約700千米×730千米、傾角98.1°的太陽同步軌道。與前2顆衛(wèi)星相比，“角色”-3衛(wèi)星增加了激光通信中繼終端，可通過地球靜止軌道中繼衛(wèi)星及時回傳數(shù)據(jù)。

“琥珀／鈷”-M衛(wèi)星是“琥珀”系列衛(wèi)星的最后一種改進型號，在2004年9月部署首顆衛(wèi)星。截至目前，俄羅斯共有10顆“琥珀／鈷”-M返回式光學(xué)偵察衛(wèi)星發(fā)射入軌。典型的衛(wèi)星配置包括“琥珀”平臺、1個主返回艙和2個小型返回艙；衛(wèi)星質(zhì)量約6600千克，通常部署在高度200～300千米的低地軌道，在軌壽命約120天；星載相機的空間分辨率可達到0.2米，但圖像交付周期較長，至少需要1個月。俄羅斯原計劃在2013年后停止發(fā)射該型衛(wèi)星，但“角色”衛(wèi)星在軌故障使其繼續(xù)用于保障天基偵察能力。

德國SAR-Lupe雷達偵察衛(wèi)星

歐洲積極推動新型偵察與監(jiān)視衛(wèi)星研制

與美國相比，歐洲天基偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)存在一定差距。近年來，在歐洲各國和聯(lián)合機構(gòu)的推動下，歐洲積極推動新型偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，多個新型偵察監(jiān)視衛(wèi)星項目取得一定進展。歐洲偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)以法國、德國和意大利為主，尤其是德國和法國，在偵察與監(jiān)視衛(wèi)星的研制上領(lǐng)先于歐洲其他國家。當(dāng)前，德國和法國正在研究下一代成像偵察系統(tǒng)；意大利也開始啟動第二代雷達衛(wèi)星系統(tǒng)的研制工作。

“多國天基成像系統(tǒng)”項目是意大利、法國、德國、西班牙和希臘于2006年聯(lián)合提出的軍事偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，最初計劃構(gòu)建由可見光、雷達、紅外和超廣譜衛(wèi)星組成的綜合系統(tǒng)，并且允許相互通過安全方式訪問對方的軍事偵察衛(wèi)星系統(tǒng)。但目前僅法國和意大利決定通過雙邊國防協(xié)議研究基于“通用互操作性層”的用戶地面段間互操作性，涉及法國下一代“空間光學(xué)組件”偵察衛(wèi)星和意大利第二代“地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座”軍民兩用衛(wèi)星系統(tǒng)。

法國現(xiàn)役光學(xué)偵察監(jiān)視衛(wèi)星包括2顆“太陽神”-2軍用衛(wèi)星和2顆“昂宿星”軍民兩用衛(wèi)星，分辨率分別為0.25米和0.7米。當(dāng)前，法國正在積極推進新一代“空間光學(xué)組件”衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)。 “空間光學(xué)組件”衛(wèi)星的分辨率將優(yōu)于0.5米。2015年2月，德國和法國簽署偵察衛(wèi)星系統(tǒng)的合作備忘錄，其中德國將投資法國第3顆“空間光學(xué)組件”光學(xué)偵察衛(wèi)星，承擔(dān)略低于50%的研制成本，以獲得整個3顆衛(wèi)星星座的20%數(shù)據(jù)訪問權(quán)。根據(jù)發(fā)射計劃，“空間光學(xué)組件”的前2顆衛(wèi)星將分別在2017年和2018年發(fā)射。

意大利已部署多顆衛(wèi)星組成的第一代“地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座”雷達偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，系統(tǒng)由同一軌道面的4顆衛(wèi)星組成，在實現(xiàn)高分辨率成像的同時，還具備一定的動目標(biāo)監(jiān)視能力。意大利于2015年9月與泰勒斯·阿萊尼亞航天公司簽署“第二代地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座”軍民兩用雷達衛(wèi)星系統(tǒng)的研發(fā)合同，包括對2顆衛(wèi)星和地面設(shè)施的詳細設(shè)計，并完成建造首顆衛(wèi)星、采購第2顆衛(wèi)星所需設(shè)備以及整個地面段的建設(shè)。第二代系統(tǒng)將建造2顆X頻段（中心頻率9.6吉赫茲）雷達成像衛(wèi)星，可實現(xiàn)亞米級成像。為保證與第一代系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)性，首顆衛(wèi)星計劃于2018年上半年實現(xiàn)發(fā)射運行。

“合成孔徑雷達-放大鏡”是德國發(fā)展的第一代雷達偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，系統(tǒng)由分布在3個軌道面的5顆衛(wèi)星組成，其分辨率可達到0.5米。當(dāng)前，德國正在研制德國第二代雷達偵察衛(wèi)星系統(tǒng)SARah，用于替代現(xiàn)役的“合成孔徑雷達-放大鏡”，預(yù)計在2019年前后完成部署。SARah系統(tǒng)由3顆編隊飛行的衛(wèi)星組成，其中一顆為主動衛(wèi)星，采用相控陣天線，負責(zé)向地表發(fā)射雷達信號，另外2顆為被動衛(wèi)星，均采用SARah-Lupe衛(wèi)星類似的拋物反射面天線，用于分別接受經(jīng)過地表散射的雷達信號。SARah系統(tǒng)強調(diào)在提高空間分辨率性能（可優(yōu)于0.5米）的同時，利用雙星任務(wù)采用的編隊飛行控制技術(shù)和干涉合成孔徑雷達技術(shù)，通過被動衛(wèi)星的不同編隊飛行模式可實現(xiàn)多種基于合成孔徑雷達的干涉工作模式，包括數(shù)字高程模型和動目標(biāo)指示等。

法國“太陽神-2A”偵察衛(wèi)星

日本不斷完善偵察衛(wèi)星系統(tǒng)

日本以應(yīng)對朝鮮發(fā)射彈道導(dǎo)彈為由，從20世紀(jì)末開始實施偵察衛(wèi)星計劃，批準(zhǔn)發(fā)展“情報收集系統(tǒng)”系統(tǒng)，迄今已發(fā)射兩代共8顆光學(xué)偵察衛(wèi)星和7顆雷達偵察衛(wèi)星，逐步構(gòu)建了軍用偵察衛(wèi)星。

“情報收集系統(tǒng)”衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)配置是“2顆光學(xué)+2顆雷達+1顆數(shù)據(jù)中繼”協(xié)同在軌工作，即“2+2+1”模式。2015年2月1日和3月26日，日本分別發(fā)射1顆雷達偵察衛(wèi)星和1顆光學(xué)偵察衛(wèi)星，使日本在軌偵察衛(wèi)星數(shù)量達到7顆（光學(xué)偵察衛(wèi)星4顆，雷達偵察衛(wèi)星3顆），基本具備全天時、全天候偵察能力，可保證對全球各地的目標(biāo)每天至少偵察1次。其中，光學(xué)偵察衛(wèi)星分辨率為0.6米，雷達偵察衛(wèi)星分辨率為1米，還有一顆光學(xué)偵察衛(wèi)星試驗星的分辨率可能超過0.4米級，能夠?qū)C場設(shè)施、導(dǎo)彈陣地、水面艦艇、水面航行狀態(tài)或港口停泊狀態(tài)的核潛艇進行較為詳細的描述和解析。

在積極完善和補充原有系統(tǒng)的同時，日本加緊謀劃IGS系統(tǒng)未來發(fā)展。2015年11月，日本宇宙政策委員會發(fā)布的《宇宙基本計劃》修訂草案建議將星座組成由目前的4顆衛(wèi)星增加至8顆衛(wèi)星。新的IGS系統(tǒng)將由10顆衛(wèi)星組成，包括4顆光學(xué)衛(wèi)星和4顆雷達衛(wèi)星，以及2顆配合使用的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。這將保證對全球各地的目標(biāo)每天偵察多次，進一步提升日本天基偵察能力。

偵察與監(jiān)視衛(wèi)星技術(shù)未來發(fā)展

當(dāng)前，國外正在積極開展新一代軍用偵察與監(jiān)視衛(wèi)星技術(shù)的研究，重點研發(fā)具有更高時間分辨率和光譜分辨率的偵察與監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)，如高軌道薄膜衍射成像技術(shù)、超光譜成像技術(shù)和超廣譜成像技術(shù)等。

高軌道光學(xué)成像技術(shù) 為解決高軌高分辨率成像的超大口徑光學(xué)系統(tǒng)問題，美國在2010年提出了“薄膜光學(xué)實時成像儀”MOIRE項目，目的是利用輕質(zhì)、可折疊的薄膜鏡片替代傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的玻璃鏡片，根據(jù)衍射成像原理實現(xiàn)高軌光學(xué)成像衛(wèi)星對目標(biāo)區(qū)域的長期定點凝視。2014年5月，美國完成MOIRE設(shè)計試驗，標(biāo)志著美軍薄膜衍射成像技術(shù)取得關(guān)鍵性突破。與傳統(tǒng)的玻璃光學(xué)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)采用超輕薄膜衍射成像技術(shù)，更易實現(xiàn)超大口徑和高軌高時空分辨率，可大幅降低系統(tǒng)重量、生產(chǎn)成本和鏡面加工精度要求。天基薄膜衍射成像技術(shù)代表了未來衛(wèi)星成像技術(shù)發(fā)展的重要方向，可使靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星同時具備高空間分辨率和高時間分辨率，還有助于低軌高分辨率衛(wèi)星實現(xiàn)超小型化和低成本。

超光譜成像技術(shù) 超光譜成像技術(shù)具有反映目標(biāo)光譜特征的特點，有助于探測并發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)場偽裝目標(biāo)和隱蔽目標(biāo)。該項技術(shù)目前存在的主要問題在于海量信息的數(shù)據(jù)處理與傳輸、高信噪比成像器件等。近年來，衛(wèi)星超光譜成像技術(shù)得到了快速發(fā)展。美國和歐空局均已進行了在軌驗證，德國和日本也正在開展相關(guān)技術(shù)的研究。

超時間成像技術(shù) 超時間成像探測器以多光譜或高光譜成像傳感器為基礎(chǔ)，利用多個不同波段光譜，以固定時間間隔對地面進行多光譜成像，并對所獲圖像進行實時融合，從而獲得“超時間圖像”。這種新型探測器既可以利用多個不同波段光譜，獲取比簡單可見光成像更多的場景信息，又可以利用多個時間段成像，發(fā)現(xiàn)隨時間變化的場景信息，獲得更高時間分辨率圖像。

責(zé)任編輯：彭振忠