崔瀟瀟（北京跟蹤與通信技術(shù)研究所）

□□隨著美軍對天基空間目標監(jiān)視研究的高度重視，近幾年美國將重點研制和部署一些新型天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)，以確保美國在近期內(nèi)獲得滿足空間對抗需求的空間態(tài)勢感知能力。

1 引言

空間目標監(jiān)視系統(tǒng)是利用地基或天基探測設(shè)備對航天器進入空間、在空間運行及離開空間的過程進行探測和跟蹤，以及對軌道碎片和自然天體的運行情況進行觀測，經(jīng)綜合處理，分析目標信息，并進行編目，以掌握空間態(tài)勢，向民用和軍用航天活動提供空間目標信息支援的國家戰(zhàn)略信息獲取系統(tǒng)。作為空間態(tài)勢感知系統(tǒng)最終的組成部分，空間目標監(jiān)視系統(tǒng)在今后的發(fā)展中被賦予更多的軍事應(yīng)用任務(wù)。盡管美軍的“空間監(jiān)視網(wǎng)”（SSN）擁有目前世界上最強大的空間監(jiān)視能力，但其現(xiàn)有能力還不能滿足美軍利用空間和控制空間的戰(zhàn)略需求。因此美軍非常重視空間目標監(jiān)視的研究，尤其是天基空間目標監(jiān)視的研究。美國近幾年將重點研制和部署一些新型天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)，這將有效彌補美軍現(xiàn)有空間監(jiān)視網(wǎng)在能力上的缺陷，從而確保美國在近期內(nèi)獲得滿足空間對抗需求的空間態(tài)勢感知能力。

2 系統(tǒng)研制進展

美國空軍在其發(fā)布的《空軍轉(zhuǎn)型飛行計劃》文件中，明確提到研制和部署“天基空間監(jiān)視”（SBSS）系統(tǒng)和“軌道深空成像儀”（ODSI）系統(tǒng)。2010年發(fā)射的首顆SBSS衛(wèi)星已在2011春季投入運行，它是美國為提高空間目標和活動監(jiān)視能力，完全掌握空間戰(zhàn)場態(tài)勢研制的天基武器系統(tǒng)；而作為中期目標的ODSI最早在2015年部署。值得關(guān)注的是，美國除研制SBSS和ODSI這樣具有全面覆蓋空間能力的監(jiān)視系統(tǒng)外，還在尋求對空間小區(qū)域范圍、某一特定空間目標，或?qū)Ρ緡臻g資產(chǎn)周圍環(huán)境進行監(jiān)視的能力，為此，美國正積極研制可用于空間監(jiān)視的微小衛(wèi)星。

SBSS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖JSp OC為聯(lián)合太空運行中心，AFSCN為空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)

SBSS系統(tǒng)

SBSS系統(tǒng)是美國空軍在近期實現(xiàn)部署的空間對抗裝備系統(tǒng)，其功能是跟蹤和確認空間力量，為實施進攻和防御性空間對抗服務(wù)。該系統(tǒng)的概念研究于2002年啟動，其目的是研制和部署能用于發(fā)現(xiàn)、識別和跟蹤空間目標的光學(xué)傳感器衛(wèi)星星座。SBSS系統(tǒng)能搜索整個空間，主要用于深空目標的搜索，也可執(zhí)行近地目標的搜索任務(wù)。由SBSS衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的近地目標，可由大孔徑地基系統(tǒng)繼續(xù)探測和跟蹤。其特點是不用考慮復(fù)雜大氣的影響，覆蓋范圍廣，能夠在任意時間、任何天氣完成空間監(jiān)視任務(wù)，其最終目的是完全取代地基空間監(jiān)視系統(tǒng)。

根據(jù)美國空軍目前的規(guī)劃，SBSS系統(tǒng)是一個低地球軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星星座，具有軌道觀測能力強、重復(fù)觀測周期短、可全天候觀測的特點，可大幅度提高美國深空物體的探測能力。據(jù)稱，SBSS系統(tǒng)將使美國對地球靜止軌道衛(wèi)星的跟蹤能力提高50%，同時美國空間目標編目信息的更新周期由現(xiàn)在的5天左右縮短到2天，從而大大提高美軍的空間態(tài)勢感知能力。SBSS系統(tǒng)能探測和跟蹤諸如衛(wèi)星和軌道碎片之類的空間目標，及時探測深空中的微小目標，區(qū)分對空間系統(tǒng)造成破壞的人為因素和空間環(huán)境非人為因素，比不能監(jiān)視深空小目標的地基空間監(jiān)視系統(tǒng)具有更大的優(yōu)越性。

SBSS衛(wèi)星由鮑爾宇航公司負責(zé)開發(fā)，使用該公司的BCP－2000衛(wèi)星平臺，采用三軸穩(wěn)定設(shè)計，衛(wèi)星設(shè)計壽命7年，平均任務(wù)持續(xù)時間5.5年。衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量1031kg，將運行在630km的太陽同步軌道。太陽電池翼功率約1100W，壽命末期功率840W。

SBSS的發(fā)展將分為兩個階段進行：第一個階段的目標是研制和部署SBSS－1[又名“探路者”（Pathfind er）]衛(wèi)星，該衛(wèi)星已于2010年9月25日由人牛怪－4新型軍用運載火箭從范登堡空軍基地發(fā)射，提供一種過渡的空間監(jiān)視能力，監(jiān)視近地軌道物體；第二個階段將部署由4顆SBSS衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，并將應(yīng)用更為先進的全球空間監(jiān)視技術(shù)。

SBSS－1衛(wèi)星的主要任務(wù)是驗證空間通信、情報、監(jiān)視和測量技術(shù)。目前，美國空軍采購了SBSS－2衛(wèi)星，并計劃于2014年年底發(fā)射升空。預(yù)計2015年SBSS系統(tǒng)成功部署后，美國將形成天地一體化的新的空間監(jiān)視網(wǎng)。

SBSS系統(tǒng)實時的空間態(tài)勢感知能力可極大地加強運行在中軌道的GPS星座和地球靜止軌道通信衛(wèi)星的安全性，提高美軍太空戰(zhàn)能力。可以預(yù)料，隨著SBSS系統(tǒng)的逐步建設(shè)，美國將在太空中率先建立其他航天國家并不具備的非對稱優(yōu)勢。此外，SBSS系統(tǒng)也能加強美國太空監(jiān)視網(wǎng)對中低軌道的監(jiān)視能力，縮短了目標更新周期，這是監(jiān)視和規(guī)避低軌道偵察衛(wèi)星的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。美國航空航天局（NASA）也將利用SBSS系統(tǒng)強大的空間態(tài)勢感知能力，為包括各種民用衛(wèi)星、“國際空間站”和未來的載人飛船在內(nèi)的各種航天器避開軌道碎片提供技術(shù)支持。具體來說，SBSS系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）SBSS衛(wèi)星成像能力顯著提高

SBSS衛(wèi)星上攜帶高靈敏度可見光探測器(SBV)，質(zhì)量約227kg，口徑為30cm，被安裝在可高速轉(zhuǎn)動的雙軸萬向常平架上，這種常平架可在不改變衛(wèi)星姿態(tài)的條件下快速轉(zhuǎn)移遙感器的視野，靈活探測跟蹤太空目標。星上還配有一個光學(xué)望遠鏡，能夠探測距地3.6×104km的地球靜止軌道衛(wèi)星。半導(dǎo)體技術(shù)聯(lián)合公司（STA）為SBSS衛(wèi)星提供的CCD達到240萬像素，具有更高的靈敏度和更好的成像能力。星上載荷的電子器件噪聲也非常低，降低了對探測能力的干擾。

SBSS能監(jiān)視近地軌道到地球靜止軌道空間內(nèi)航天器和軌道碎片

（2）SBSS系統(tǒng)具有更高的定軌精度

目前，陸基雷達對近地軌道空間目標定軌誤差高達數(shù)百米，地球靜止軌道上目標的定軌誤差更大，而SBSS系統(tǒng)具有更高的定軌精度，對近地軌道空間目標定軌誤差約10m，對高軌道空間目標定軌誤差在500m左右，這對于規(guī)避軌道碎片和太空作戰(zhàn)都能提供更大的幫助。

（3）SBSS可完整觀測地球靜止軌道

SBSS系統(tǒng)作為“空間中段試驗”（MSX）衛(wèi)星的后繼者，將用于探測和跟蹤衛(wèi)星及軌道碎片等目標，它在設(shè)計之初就比MSX衛(wèi)星多探測80% 的深空目標。而且SBSS能提供全時段和全天候的空間監(jiān)視能力，尤其是對深空目標的監(jiān)視能力有極大加強，這使得美國具備及時探測跟蹤幾乎任何太空目標尤其是敵方威脅的能力。SBSS系統(tǒng)正式建成后可以保證任意時刻都有1顆衛(wèi)星能完整的觀測到整個地球靜止軌道，這是更高靈敏度的“陸基電子光學(xué)深空監(jiān)測系統(tǒng)”（GEODSS）永遠無法實現(xiàn)的能力。

鮑爾宇航公司研制的SBSS－1衛(wèi)星

（4）SBSS地面系統(tǒng)具有快速的任務(wù)規(guī)劃能力

SBSS地面系統(tǒng)由波音公司開發(fā)并負責(zé)維護，衛(wèi)星操作中心位于科羅拉多州的施里弗空軍基地，第50太空聯(lián)隊的第一太空作戰(zhàn)中隊負責(zé)最終的操作工作。地面站負責(zé)衛(wèi)星的通信與控制，對回傳的數(shù)據(jù)進行分析處理，并分發(fā)處理后的太空目標數(shù)據(jù)。該地面系統(tǒng)具有快速的任務(wù)規(guī)劃能力，可以迅速地上傳指令執(zhí)行任務(wù)，并將處理后的數(shù)據(jù)及時移交給作戰(zhàn)人員。

ODSI系統(tǒng)

根據(jù)《空軍轉(zhuǎn)型飛行計劃》，美國空軍發(fā)展和完善空間態(tài)勢感知系統(tǒng)的中期計劃是發(fā)展ODSI系統(tǒng)。設(shè)想中的ODSI系統(tǒng)將是一個由運行在地球靜止軌道的成像衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座, 其主要功能是提供地球靜止軌道上三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的圖像。這不僅可大大改善美國目前空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的跟蹤能力，還能獲取空間目標的特征信息，進行空間目標識別。

按照2003年2月美國空軍空間跟蹤系統(tǒng)研究、研制、試驗和評價（RDT&E）預(yù)算申請中的任務(wù)描述，ODSI的首要任務(wù)是執(zhí)行空間目標識別，拍攝地球靜止軌道空間目標的高分辨率圖像，并近實時或定期地提供相關(guān)信息，以支持整個空間戰(zhàn)場感知和防御性空間對抗作戰(zhàn)。

ODSI衛(wèi)星采集目標衛(wèi)星圖像經(jīng)過星上處理下發(fā)給用戶，并利用其運行軌道與目標運行的地球靜止軌道的周期差，從而產(chǎn)生相對運動，衛(wèi)星在“飛越”過程中對目標進行高分辨率成像，幫助美國軍方獲取地球靜止軌道衛(wèi)星的相關(guān)信息，以識別和確認衛(wèi)星屬性。由于ODSI衛(wèi)星以星座方式工作，能提高監(jiān)視實效性。

2005年1月，波音、洛馬和諾格3家公司通過競標成為ODSI概念研究的合同商，預(yù)計ODSI衛(wèi)星將于2015年進行首次發(fā)射。

微衛(wèi)星空間監(jiān)視系統(tǒng)

美國正在研制的微衛(wèi)星也將成為空間監(jiān)視的力量之一。微衛(wèi)星星座由多顆微衛(wèi)星編隊飛行，每顆微衛(wèi)星可裝備不同類型的探測器，如可見光、紅外、微波探測器等。這些微衛(wèi)星組成一個觀測系統(tǒng)，同時觀測監(jiān)視特定區(qū)域或特定目標，這樣可以實現(xiàn)全方位、高精度的目標觀測、監(jiān)視和識別。這種用于空間監(jiān)視的微衛(wèi)星能有效滿足美軍未來空間對抗的需求，它與其他具有廣域空間監(jiān)視能力的系統(tǒng)配合使用，相互補充，可極大地提升美軍空間監(jiān)視能力，從而更為有效地支持美軍空間攻防。

ANGELS衛(wèi)星

設(shè)想的美軍未來空間監(jiān)視中微衛(wèi)星應(yīng)用方案包括：①針對突然出現(xiàn)的可能有敵意的空間目標，首先由其他空間監(jiān)視探測器發(fā)現(xiàn)目標，并進行跟蹤和識別。當(dāng)其他天基、地基空間監(jiān)視探測器無法獲取所需的關(guān)于目標更為詳細的信息時，用于空間監(jiān)視的微衛(wèi)星（包括在軌駐留和及時響應(yīng)發(fā)射的微衛(wèi)星）可靠近目標，對目標進行近距離觀測和拍攝，獲取更為詳細的目標特征數(shù)據(jù)。②針對需要特別保護的美國空間資產(chǎn)，美軍可以在其附近部署微衛(wèi)星，監(jiān)視受保護航天器周圍環(huán)境，對威脅進行預(yù)警，并判斷是自然破壞還是人為破壞。

目前美國可能用于空間監(jiān)視的微衛(wèi)星項目主要有ANGELS計劃和XSS計劃。

（1）ANGELS計劃

2005年11月，美國空軍研究實驗室提出ANGELS研制計劃，該方案是利用質(zhì)量小于15kg的納衛(wèi)星對在軌空間資產(chǎn)進行監(jiān)視，作為其他空間監(jiān)視手段的有力補充。ANGELS衛(wèi)星計劃于2011年和主衛(wèi)星一起發(fā)射，被送入地球靜止軌道，而后與主衛(wèi)星分離，并在主衛(wèi)星附近做貼近飛行，監(jiān)視主衛(wèi)星周圍的空間環(huán)境。這顆小衛(wèi)星將驗證監(jiān)視地球靜止軌道較大衛(wèi)星的能力。ANGELS將攜帶12kg的望遠鏡監(jiān)視其他衛(wèi)星，主要執(zhí)行監(jiān)視空間天氣情況、探測反衛(wèi)星武器和診斷主衛(wèi)星技術(shù)問題等操作。ANGELS計劃中的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)能對地球靜止軌道上衛(wèi)星附近區(qū)域提供連續(xù)的監(jiān)視，并詳細探測進入這一區(qū)域內(nèi)的目標及確定該目標的特征，這是其他地基和天基空間監(jiān)視系統(tǒng)難以做到的。這一能力對有效地保護空間資產(chǎn)至關(guān)重要。

（2）XSS系列衛(wèi)星

XSS系列衛(wèi)星是一項空軍研究項目，該項目將利用多顆小衛(wèi)星執(zhí)行近距離軍事行動，即圍繞其他衛(wèi)星機動，以便執(zhí)行監(jiān)視、服務(wù)或攻擊等任務(wù)。美國空軍的XSS微衛(wèi)星已經(jīng)進行了一系列的飛行試驗，演示了對空間目標的監(jiān)視能力。

由波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司研制的第一顆微衛(wèi)星—XSS－10質(zhì)量為28kg ，已于2003年1 月由德爾他－2火箭發(fā)射入軌。該衛(wèi)星在800km的軌道上3次逼近德爾他－2火箭第2級，分別在200m、100m、35m 的距離上對火箭第2級進行了拍照，演示了半自主運行和近距離監(jiān)視空間目標的能力。

XSS－11 微衛(wèi)星

XSS－11是美國空軍研究實驗室研制的新一代XSS系列微衛(wèi)星，質(zhì)量為100kg。作為先進的空間試驗平臺，XSS－11主要試驗對空間目標的監(jiān)視能力及演示先進的軌道機動與位置保持能力。2004年發(fā)射的XSS－11對空間目標的監(jiān)視能力進行了試驗。2005年XSS－11微衛(wèi)星又成功進行了針對國防支援計劃－23（DSP－23）導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星的逼近、繞飛等試驗。

從美國空軍的XSS系列微衛(wèi)星進行的飛行試驗不難看出，美軍已經(jīng)掌握了空間微衛(wèi)星近距離定點監(jiān)視的最為關(guān)鍵的技術(shù)。

其他天基計劃

美國空軍研究實驗室計劃研制一臺試驗型天基光學(xué)望遠鏡，并將其安裝在一顆較大的衛(wèi)星上，用來監(jiān)測空間遠距離的物體。此外，美國為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)研制的“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）和“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）衛(wèi)星也具有很強的天基空間監(jiān)視能力。

STSS衛(wèi)星

2009年5月5日，“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)-先進技術(shù)風(fēng)險降低”（STSS-ATRR）衛(wèi)星由德爾他－2火箭從范登堡空軍基地發(fā)射升空。目前，其運行和控制已經(jīng)正式移交給美國空軍航天司令部。STSS-ATRR是一顆小型試驗衛(wèi)星，該任務(wù)耗資4億美元，旨在驗證原型遙感器技術(shù)、星箭集成、發(fā)射點處理程序及安全規(guī)劃，為導(dǎo)彈防御局彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)新技術(shù)降低風(fēng)險奠定基礎(chǔ)。STSS-ATRR演示驗證的技術(shù)將用于STSS。除了為原型遙感器技術(shù)成功演示驗證所需要的在軌系統(tǒng)性能參數(shù)外，STSS-ATRR還一直在已具備能力的基礎(chǔ)上進行空間態(tài)勢感知及相關(guān)操作。

STSS-ATRR發(fā)射之后，2009年德爾他－2火箭又先后發(fā)射了兩顆STSS試驗演示衛(wèi)星。這兩次STSS測試任務(wù)展示了其空間技術(shù)性能，并測定了產(chǎn)生的數(shù)據(jù)質(zhì)量。這兩顆STSS試驗演示衛(wèi)星的軌道被設(shè)計成允許衛(wèi)星在太平洋試驗區(qū)上空飛行盡可能長的時間。衛(wèi)星入軌后，導(dǎo)彈防御局進行了一系列試驗以驗證衛(wèi)星探測及跟蹤戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的能力，以及兩顆衛(wèi)星彼此之間及其與彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)作戰(zhàn)管理部門之間的通信能力。這兩顆衛(wèi)星雖然主要用于試驗，但也具有應(yīng)急作戰(zhàn)能力。

SBIRS項目是美國空軍耗資115億美元研制的導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)，將為軍隊官員提供敵方導(dǎo)彈發(fā)射預(yù)警。SBIRS星座包括大橢圓軌道衛(wèi)星和地球靜止軌道衛(wèi)星。兩顆大橢圓軌道衛(wèi)星已分別于2006年和2008年發(fā)射升空，而4顆地球靜止衛(wèi)星在研發(fā)、制造和試驗方面面臨諸多問題。目前，衛(wèi)星的研制比預(yù)期推遲了9年時間，成本超支75億美元。2011年5月17日宇宙神－5火箭發(fā)射了首顆SBIRS地球靜止軌道衛(wèi)星。即將發(fā)射的第2顆SBIRS地球靜止軌道衛(wèi)星能提供導(dǎo)彈預(yù)警快速響應(yīng)信息和導(dǎo)彈防御數(shù)據(jù)，以便摧毀導(dǎo)彈和發(fā)射器。SBIRS還能為技術(shù)情報分析人員提供寬帶數(shù)據(jù)，為作戰(zhàn)人員提供戰(zhàn)場空間特征化信息。

3 美國天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)特點和發(fā)展趨勢

美國天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)具有以下特點：

1）在監(jiān)視星座及衛(wèi)星數(shù)量的選擇上，SBSS、ODSI和SBIRS等系統(tǒng)都是由多顆監(jiān)視衛(wèi)星組成的星座。每個系統(tǒng)能夠最大范圍內(nèi)的監(jiān)視到目標衛(wèi)星，并且一顆監(jiān)視衛(wèi)星上裝載多種遙感器，能夠覆蓋多個頻譜段，實現(xiàn)多種監(jiān)視功能。

2）在監(jiān)視系統(tǒng)的性能要求上，著重突出了實時跟蹤、廣空域、長時域、寬頻譜的要求。

3）在系統(tǒng)的建設(shè)上，有著比較明確的階段性目標。但系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標沒有明確規(guī)定，對于系統(tǒng)建設(shè)階段和作戰(zhàn)使用階段的技術(shù)及其他方面存在的風(fēng)險評估不足，且從一開始，資金方面就存在不足和不穩(wěn)定的問題。盡管如此，但美國仍然走在其他國家之前。

美國天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）積極研制和部署天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)

天基空間目標監(jiān)視探測器可有效增強美國空間監(jiān)視網(wǎng)對深空目標的監(jiān)視能力，實現(xiàn)對空間的全面覆蓋，尤其能提供深空微小目標的詳細信息。目前美國部署天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的計劃正在穩(wěn)步推進，預(yù)計到2015年左右，美國將建成天地一體化的空間監(jiān)視網(wǎng)。

（2）增強對深空軌道目標的空間監(jiān)視能力

增強對深空軌道目標的空間監(jiān)視能力，是美軍未來天基空間監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。SBSS、ODSI和ANGELS等天基監(jiān)視系統(tǒng)計劃都將增強對地球靜止軌道目標的探測、跟蹤和識別能力。由此可以看出，針對地球靜止軌道衛(wèi)星的空間態(tài)勢感知能力不斷增強的重要性。

（3）利用微小衛(wèi)星進行空間目標探測和監(jiān)視

針對特定空間目標或特定小范圍區(qū)域進行目標特性識別和環(huán)境監(jiān)視，也是美軍正在積極尋求的一種空間態(tài)勢感知能力。微衛(wèi)星作為提供相關(guān)能力的平臺將有效增強美軍空間目標監(jiān)視系統(tǒng)獲取詳細目標特征的能力及對威脅特征的判斷能力，從而有力支持美軍遂行進攻性和防御性空間對抗?！?/p>

SBIRS地球靜止軌道衛(wèi)星