劉韜 徐冰 （北京空間科技信息研究所）

2017年，國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展呈現(xiàn)了新的發(fā)展態(tài)勢。美國陸軍發(fā)射第一顆自己運(yùn)管的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，為美國成像偵察衛(wèi)星應(yīng)用模式的新發(fā)展埋下了伏筆。同時，歐洲各國加速發(fā)展本國的偵察衛(wèi)星。越來越多的新興航天國家采用整星采購方式，發(fā)展本國的軍用對地觀測衛(wèi)星。除了重視天基系統(tǒng)的發(fā)展外，國外越來越重視對地觀測衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)正在引領(lǐng)成像偵察衛(wèi)星應(yīng)用的變革，使傳統(tǒng)人工圖像判讀解譯目標(biāo)向目標(biāo)自動發(fā)現(xiàn)和識別發(fā)展，大幅度提升了效率。

2017年，國外共有6個國家發(fā)射了11顆軍用對地觀測衛(wèi)星，這些國家分別是美國、俄羅斯、意大利、印度、日本和摩洛哥，其中美國發(fā)射數(shù)量最多，達(dá)到4顆。從衛(wèi)星類型來看，光學(xué)成像偵察衛(wèi)星仍然最多，為5顆，電子偵察衛(wèi)星4顆，雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星1顆，大地測量衛(wèi)星1顆。

2017年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射活動概覽

1 2017年發(fā)展現(xiàn)狀

美國

整體來看，在偵察監(jiān)視衛(wèi)星方面，美國仍以補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)國家偵察局（NRO）發(fā)展的現(xiàn)有衛(wèi)星型號為主，并持續(xù)研發(fā)新一代系統(tǒng)。同時在“快響”理念帶動下，軍兵種嘗試發(fā)展成像偵察衛(wèi)星，增強(qiáng)應(yīng)對戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的能力。2017年，陸軍已發(fā)射首顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星驗證星。在技術(shù)發(fā)展上，高度重視新型高分辨率光學(xué)成像技術(shù)和小型雷達(dá)偵察衛(wèi)星技術(shù)的攻關(guān)，同時高度重視人工智能在成像偵察衛(wèi)星應(yīng)用方面的技術(shù)發(fā)展。

（1）受“快響”理念帶動，美國陸軍探索發(fā)展戰(zhàn)術(shù)型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星取得初步成果

美軍傳統(tǒng)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星系統(tǒng)能力先進(jìn)，技術(shù)領(lǐng)先其他國家一代，但這些系統(tǒng)主要支持戰(zhàn)略應(yīng)用，對戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的支撐非常有限。陸軍空間與導(dǎo)彈防御司令部（SMDC）圍繞戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用、低成本、短周期、高響應(yīng)的航天裝備發(fā)展思路，啟動了“鷹眼”項目。

美國于2017年8月14日利用獵鷹-9（Falcon-9）運(yùn)載火箭將鷹眼-2M光學(xué)成像偵察小衛(wèi)星成功發(fā)射至“國際空間站”，10月24日，該衛(wèi)星通過釋放方式成功部署。鷹眼-2M衛(wèi)星由陸軍運(yùn)管，陸軍擁有成像偵察衛(wèi)星的愿景經(jīng)過10余年的發(fā)展，終于初步實(shí)現(xiàn)。該衛(wèi)星是質(zhì)量50kg的小衛(wèi)星，運(yùn)行在500km高軌道上，單景圖像面積4km×6km，地面分辨率1.5m。未來，美軍將在5個低軌軌道面部署約40顆具有類似作戰(zhàn)能力的“鷹眼”小衛(wèi)星，每個軌道面布署8顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星成本約130萬美元，運(yùn)行壽命約為1年。

利用“鷹眼”衛(wèi)星，美軍將通過數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)絡(luò)直接向作戰(zhàn)部隊提供衛(wèi)星圖像，圖像交付周期僅需10min或更短時間。士兵通過手持設(shè)備可以對衛(wèi)星進(jìn)行任務(wù)編程。此外，鷹眼-2M衛(wèi)星已進(jìn)行過網(wǎng)絡(luò)攻擊脆弱性分析，能夠承受一定的網(wǎng)絡(luò)攻擊。該衛(wèi)星的部署意味著旅級或以下級別的戰(zhàn)術(shù)指揮官將首次被授予控制衛(wèi)星成像全流程的權(quán)力，包括從衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃到數(shù)據(jù)分發(fā)。

此次部署的鷹眼-2M衛(wèi)星屬于技術(shù)驗證星，該任務(wù)對于未來陸軍是否推進(jìn)小型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星星座部署的決策具有重要影響。

（2）電子偵察衛(wèi)星補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)，替換超期服役衛(wèi)星，確保在軌電子偵察能力的連續(xù)性

2 0 1 7年3月1日，美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（U L A）在范登堡空軍基地利用宇宙神-5（Atlas-5）火箭成功發(fā)射了國家偵察局的2顆“海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)”衛(wèi)星——NOSS-3-8A和8B。這2顆衛(wèi)星又稱為國家偵察局載荷-79（NROL-79），是美國的信號情報衛(wèi)星。

鷹眼-2M衛(wèi)星及其可充氣天線示意圖

NOSS-3-8A和8B是NOSS第三代的第8對衛(wèi)星，目前共有5對（共10顆）衛(wèi)星在軌工作（不包括本次發(fā)射的2顆衛(wèi)星），每對衛(wèi)星運(yùn)行在同一軌道面上，并保持編隊飛行。根據(jù)火箭運(yùn)載能力推算，NOSS-3-8A和8B衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量約為6500kg，設(shè)計壽命約8年。NOSS-3衛(wèi)星雙星構(gòu)型完全相同，帶有時差/頻差測向定位載荷、低噪聲接收機(jī)、星上信號處理機(jī)等載荷，對海上艦船的定位精度優(yōu)于2km。NOSS-3-8A和8B衛(wèi)星入軌至1010km×1200km、傾角63.4°的近圓軌道，近地點(diǎn)幅角接近180°。

2017年9月24日，美國成功發(fā)射了軍號-后繼星-2-2衛(wèi)星，由國家偵察局運(yùn)管，技術(shù)指標(biāo)高度保密。該衛(wèi)星是大橢圓軌道電子偵察衛(wèi)星，主要用于獲取包括俄羅斯、朝鮮和中國北部等高緯度地區(qū)的信號情報。

（3）軍方重視小型合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展

洛馬公司公布的“蜘蛛”相機(jī)模擬成像結(jié)果（左為擬成像目標(biāo)，右為模擬成像結(jié)果）

作為五角大樓一個專門負(fù)責(zé)研發(fā)尖端技術(shù)以解決國家安全問題的團(tuán)隊，美國國防創(chuàng)新部門實(shí)驗室（DIUx）在預(yù)算縮減的背景下，仍積極發(fā)展商業(yè)微衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)。2017年10月6日，美國眾議院和參議院國防撥款小組委員會否決了五角大樓為DIUx計劃提供5000萬美元撥款，該撥款原計劃用于商業(yè)微衛(wèi)星SAR樣機(jī)技術(shù)研發(fā)及深度分析。DIUx當(dāng)時未發(fā)表任何意見，但據(jù)推測，五角大樓正在為獲得全天候條件下晝夜成像的持續(xù)能力尋求其他資金來源。DIUx已經(jīng)開始向少數(shù)幾家公司提供資金，用于開發(fā)商業(yè)SAR和SAR分析工具。

（4）重視小型高分辨率衛(wèi)星創(chuàng)新成像技術(shù)發(fā)展

美國洛馬公司（LM）于2017年8年曝光了新型高分辨率成像技術(shù)—微透鏡陣列干涉成像技術(shù)的發(fā)展情況。該技術(shù)可以有效地降低星載相機(jī)體積和質(zhì)量，微透鏡陣列生產(chǎn)周期較短，工藝較為成熟，成本較低，易于大規(guī)模的部署，是低軌高分辨率衛(wèi)星小型化的重要發(fā)展方向之一，也是高軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的重要技術(shù)。從項目發(fā)展伊始就得到美國軍方資助，并由洛馬公司牽頭技術(shù)攻關(guān)，說明美國對其重視程度。

采用該技術(shù)的“蜘蛛”（Spider）相機(jī)在尺寸、質(zhì)量和功率（SWaP）上均大幅下降，這可以大幅度降低衛(wèi)星和火箭發(fā)射成本。對比傳統(tǒng)的龐大和復(fù)雜的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，新技術(shù)可以使望遠(yuǎn)鏡的質(zhì)量僅為原來的10%。在成像能力方面，微透鏡陣列干涉相機(jī)的性能十分可觀，對于500nm的波長、300km軌道高度、0.5m基線長度的微透鏡陣列干涉成像相機(jī)，其空間分辨率可以高達(dá)0.3m。

2017年8月的測試模擬了一個天基過頂成像偵察的場景，所使用的成像相機(jī)由30組微透鏡陣列和相應(yīng)的光子集成電路組成，每個微透鏡的口徑小于1mm。模擬成像目標(biāo)是一個火車站。

從2017年8月曝光的圖像看，還存在圖像模糊的問題，說明還存在一些需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。洛馬公司預(yù)計用5～10年的時間，相關(guān)技術(shù)才可以發(fā)展成熟。

（5）高度重視人工智能在成像偵察領(lǐng)域的發(fā)展

隨著軍用和軍商兩用成像偵察衛(wèi)星的快速發(fā)展，以及衛(wèi)星拍攝效率的大幅度提高，偵察衛(wèi)星圖像人工判讀的方式已經(jīng)逐步顯露出效率較低的問題。美國五角大樓已把機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能確定為武器與信息系統(tǒng)軍事現(xiàn)代化戰(zhàn)略的核心要素。在偵察衛(wèi)星領(lǐng)域，美軍重視利用人工智能技術(shù)促進(jìn)偵察衛(wèi)星圖像判讀，提升發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的效率。美國國家地理空間情報局（NGA）官員呼吁商業(yè)公司和學(xué)術(shù)界研制機(jī)器學(xué)習(xí)工具，來進(jìn)行自動重復(fù)耗時的圖像分析任務(wù)，這樣就可以解放技術(shù)嫻熟的分析專家，把更多的時間花在計算機(jī)無法解決的難題上。美國國家地理空間情報局局長羅伯特·卡迪略（Robert Cardillo）最近表示，他希望75%的重復(fù)任務(wù)分析可以自動完成，25%的其他任務(wù)需要專業(yè)人員重點(diǎn)關(guān)注，深度學(xué)習(xí)可以幫助實(shí)現(xiàn)。

歐洲

2017年，歐洲成功發(fā)射了1顆軍用對地觀測衛(wèi)星。整體來看，2017年歐洲軍用對地觀測衛(wèi)星的發(fā)展道路呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢，一是保持在“多國天基成像系統(tǒng)”（MUSIS）框架下，發(fā)展軍用對地觀測衛(wèi)星；二是各國獨(dú)立發(fā)展偵察衛(wèi)星的愿望更加強(qiáng)烈。

（1）持續(xù)推進(jìn)MUSlS建設(shè)

歐洲作為一個整體，通過MUSIS計劃，積極推進(jìn)歐洲一體化的軍用對地觀測衛(wèi)星體系，滿足歐洲各國安全防務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

MUSIS軍用衛(wèi)星系統(tǒng)主要由法國、意大利和德國分別研制，法國負(fù)責(zé)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，德國和意大利主要發(fā)展雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，并通過多國間的共享協(xié)議來換取對方不具備的情報數(shù)據(jù)。具體來說，光學(xué)成像偵察衛(wèi)星方面，法國持續(xù)推進(jìn)“光學(xué)空間段”（CSO）衛(wèi)星、西班牙持續(xù)推進(jìn)“智慧”（Ingenio）軍民兩用光學(xué)衛(wèi)星；在雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星方面，德國推進(jìn)新型軍用雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星（稱為SARah衛(wèi)星），意大利正式簽署了第二代“地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座”（CSG）軍民兩用雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星的發(fā)射合同，西班牙持續(xù)推進(jìn)“帕茲”（Paz）衛(wèi)星軍民兩用雷達(dá)衛(wèi)星。CSO、Ingenio光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，以及SARah、CSG和Paz雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，都是MUSIS的核心組成部分。

（2）意大利加速建成本國成像偵察衛(wèi)星體系

2017年，意大利成功構(gòu)建了由高分辨率光學(xué)和雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星組成的成像偵察衛(wèi)星體系。8月2日，意大利發(fā)射0.5m分辨率的OptSat-3000光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。9月，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）與阿里安空間公司（Arianespace）正式簽署意大利2顆第二代CSG衛(wèi)星的發(fā)射合同。意大利成像偵察衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展迅猛，使之成為歐洲第一個同時擁有高分辨率光學(xué)和雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星的國家。

OptSat-3000衛(wèi)星質(zhì)量368kg，衛(wèi)星直徑3.35m，高4.58m。衛(wèi)星運(yùn)行在450km高、傾角97.28°的太陽同步軌道。該衛(wèi)星所載光學(xué)成像相機(jī)具有全色和多光譜成像能力，全色分辨率為0.5m。

CSG系列是意大利航天局（ASI）與意大利國防部聯(lián)合發(fā)展的軍民兩用雷達(dá)成像衛(wèi)星星座。2顆二代CSG衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量均約為2200kg，將運(yùn)行在太陽同步圓軌道，搭載X頻段SAR有效載荷。衛(wèi)星在成像模式上延續(xù)上代衛(wèi)星的聚束、條帶和掃描模式，但在極化方式上增加了雙極化和全極化，分辨率更高，幅寬更大。

第二代“地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座”

（3）德國新的情報法案從側(cè)面促進(jìn)本國偵察衛(wèi)星的發(fā)展

2016年10月，德國議會批準(zhǔn)了一項有爭議的法案，授予本國情報機(jī)構(gòu)更廣泛的權(quán)力，包括對歐盟設(shè)施進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)時該法律被批評為“違憲”。2017年2月，明鏡周刊報道稱，自1999年以來，德國情報機(jī)構(gòu)對西方新聞媒體，包括BBC和路透社在內(nèi)的國際新聞機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了窺探。

2017年11月，德國議會預(yù)算委員會又批準(zhǔn)為德國聯(lián)邦情報局（BND）建造3顆偵察衛(wèi)星，預(yù)計將耗資4億歐元。而2016年，德國情報界僅計劃采辦1顆偵察衛(wèi)星。本次衛(wèi)星采辦數(shù)量的增加說明德國加速發(fā)展本國偵察衛(wèi)星的愿望更加強(qiáng)烈。目前，空客防務(wù)與航天公司（ADS）和德國不萊梅軌道高技術(shù)公司（OHB）都提交了為德國聯(lián)邦情報局命名為“喬治”（George）的新衛(wèi)星項目的標(biāo)書。此外，以色列航空航天工業(yè)公司（IAI）也提交了申請。德國官方?jīng)]有明確George衛(wèi)星是何種類型的偵察衛(wèi)星，但德國已經(jīng)發(fā)展了軍用雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，不太可能重復(fù)發(fā)展雷達(dá)衛(wèi)星。同時，根據(jù)這些公司現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)力，George衛(wèi)星是電子偵察衛(wèi)星的可能性極低，因此判斷該衛(wèi)星是光學(xué)成像偵察衛(wèi)星的可能性最大。德國認(rèn)為，利用商業(yè)衛(wèi)星或者從德國的國際伙伴獲得的衛(wèi)星圖像已經(jīng)不能滿足需求。聯(lián)邦情報局希望利用本國衛(wèi)星迅速且獨(dú)立地提供信息，從而能夠盡可能獨(dú)立地對時局做出最及時的評估。

根據(jù)分析，德國情報機(jī)構(gòu)監(jiān)視歐盟被曝光、德國新法案實(shí)施和本國偵察衛(wèi)星發(fā)展愿望的進(jìn)一步增強(qiáng)，都將在一定程度上對泛歐MUSIS計劃的實(shí)施產(chǎn)生負(fù)面影響。

俄羅斯

2017年，俄羅斯成功發(fā)射了2顆軍用對地觀測衛(wèi)星。從整體來看，近3年來，俄羅斯均保持每年都有軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射，加強(qiáng)新衛(wèi)星系統(tǒng)研發(fā)和部署，光學(xué)成像偵察、雷達(dá)成像偵察和電子偵察衛(wèi)星均在補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)。

（1）電子偵察衛(wèi)星更新?lián)Q代

俄羅斯國防部長謝爾蓋·紹伊古于2017年1月10日向媒體透露，俄羅斯將繼續(xù)發(fā)展由Lotos-S與介子-NKS（Pion-NKS）衛(wèi)星組成的新一代“蔓藤”（Liana）電子偵察衛(wèi)星綜合系統(tǒng)。

（2）俄羅斯發(fā)射一顆軍用大地測量衛(wèi)星

2 0 1 7年6月2 3日，俄羅斯利用聯(lián)盟-2.1（Soyuz-2.1）運(yùn)載火箭從普列謝茨克航天發(fā)射場成功發(fā)射了1顆軍用測地衛(wèi)星，該衛(wèi)星編號為宇宙-2519，代號水平儀-ZU-1，俄羅斯官方?jīng)]有公布該衛(wèi)星的細(xì)節(jié)。美國軍方的跟蹤數(shù)據(jù)顯示，該衛(wèi)星進(jìn)入高約660km、傾角98°的軌道。據(jù)推測，該衛(wèi)星是俄羅斯新型的測地衛(wèi)星，用于測量地球精確形狀和重力場，這些數(shù)據(jù)可改進(jìn)彈道導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度。根據(jù)火箭運(yùn)載能力，該衛(wèi)星質(zhì)量約為1400kg。

日本

2017年，日本補(bǔ)網(wǎng)現(xiàn)役軍用對地觀測星座，并重視彈性體系發(fā)展。一方面，日本繼續(xù)推進(jìn)2015年提出的新型IGS星座。IGS-R5衛(wèi)星于2017年3月17日成功發(fā)射，其分辨率約為1m。另一方面，日本初步開展了空間系統(tǒng)彈性研究，明確了“彈性”的定義，提出了加強(qiáng)“彈性”的原則、分類和應(yīng)對措施。與之相呼應(yīng)，日本為了確保作為最重要的軍事偵察資產(chǎn)的IGS衛(wèi)星在發(fā)生突發(fā)事件無法正常提供服務(wù)時，能夠擁有替代系統(tǒng)發(fā)揮作用，正在開展短期內(nèi)可發(fā)射的小型“快響”衛(wèi)星系統(tǒng)的驗證研究，質(zhì)量不足100kg，光學(xué)分辨率優(yōu)于1m，研制周期僅為2～3個月，將于2022年開始發(fā)射，進(jìn)行約2年的技術(shù)驗證試驗。

印度

2017年，印度在光學(xué)衛(wèi)星方面取得了進(jìn)展，成功發(fā)射CartoSat-2D和2E，與2016年發(fā)射的Cartosat-2C同屬二代改進(jìn)型。CartoSat-2D和2E發(fā)射質(zhì)量均為727.5kg，功率986W，采用高500km、傾角97.5°的近圓太陽同步軌道，星上攜帶了全色和多光譜相機(jī)，全色分辨率0.65m，4通道多光譜分辨率2m，幅寬10km。

其他國家或地區(qū)

其他國家中，僅摩洛哥在2017年11月8日成功發(fā)射了軍用對地觀測衛(wèi)星，即Mohammed-VI-A。主承包商是空客防務(wù)與航天公司，衛(wèi)星以法國“昴宿星”（Pleiades）高分辨率對地觀測衛(wèi)星的改進(jìn)型號為基礎(chǔ)，推測分辨率約為0.7m。

Lotos-S衛(wèi)星

2 發(fā)展趨勢

戰(zhàn)術(shù)型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星有望快速發(fā)展

在“快響”理論帶動下，經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)積淀以及多域作戰(zhàn)軍事需求的牽引，戰(zhàn)術(shù)型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星即將進(jìn)入發(fā)展的快車道。美國陸軍發(fā)射了第一顆自己運(yùn)營的光學(xué)偵察衛(wèi)星，可以滿足戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)應(yīng)用，戰(zhàn)場人員可以通過移動終端進(jìn)行指揮控制，圖像交付時間大幅度縮短。若該衛(wèi)星在戰(zhàn)績評估方面進(jìn)展順利，美國陸軍將大批量發(fā)射該型衛(wèi)星，構(gòu)建40星星座，實(shí)現(xiàn)近持續(xù)監(jiān)視能力。

對地觀測加人工智能技術(shù)促進(jìn)軍事應(yīng)用變革

人工智能技術(shù)的高速發(fā)展使對地觀測衛(wèi)星開始從交付圖像向交付產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，并且大幅縮短產(chǎn)品交付的時間。2017年，美國國家地理空間情報局呼吁商業(yè)公司和學(xué)術(shù)界研制機(jī)器學(xué)習(xí)工具來進(jìn)行自動重復(fù)耗時的圖像分析任務(wù)。密蘇里大學(xué)地理空間情報研究中心利用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，幫助研究分析人員在中國東南部地區(qū)大范圍搜索地對空導(dǎo)彈發(fā)射場。結(jié)果顯示，人工智能是傳統(tǒng)的人類視覺搜索效率的80多倍。