劉璐 王浩 （北京道達天際科技有限公司）

1 引言

英國《太陽報》2021年7月17日報道，美國天軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心擬開發(fā)“深空先進雷達能力”（DARC）項目，計劃在美國得克薩斯州及英國、澳大利亞各部署一座DARC雷達站，預(yù)計2027年正式投入使用。該項目中每個基地將部署10～15個直徑15m的大型天線，可探測距地球約3.6×10km外足球大小的目標，單座基地占地面積約10km。

此前，美國國防部曾于2017年啟動DARC項目計劃，每年投資1.4億～2億美元用于原型設(shè)計和測試，旨在建設(shè)新的雷達站，開發(fā)可監(jiān)測地球同步軌道衛(wèi)星和太空碎片的深空雷達傳感器，以探測、跟蹤可能對美軍高價值資產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅的空間目標。目前，在英項目已獲得英國皇家空軍批準，美國天軍正在考察蘇格蘭和英格蘭南部地區(qū)為雷達站選址。

由此可見，近年來，美國在持續(xù)發(fā)展原有地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著力研發(fā)深空雷達探測能力，積極推動相關(guān)項目實施，以增強包括地基空間目標監(jiān)視在內(nèi)的空間態(tài)勢感知能力，強化領(lǐng)域內(nèi)同盟關(guān)系以及威懾潛在對手等戰(zhàn)略意圖明顯，系統(tǒng)架構(gòu)逐步體系化，裝備效能不斷提升。本文就美國地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)進行梳理，系統(tǒng)分析美國在該領(lǐng)域的能力建設(shè)情況。

2 空間目標監(jiān)視系統(tǒng)

空間目標監(jiān)視系統(tǒng)是對空間目標進行探測跟蹤、定軌預(yù)報、識別編目、偵收分析的情報獲取系統(tǒng)，可通過對空間目標的精確探測和跟蹤，確定可能對航天系統(tǒng)構(gòu)成威脅的航天器尺寸、形狀、軌道參數(shù)等重要目標特性，進而對目標特性數(shù)據(jù)進行歸類和分發(fā)?？臻g目標主要指衛(wèi)星，包括在役衛(wèi)星和退役衛(wèi)星，同時也包括各種空間碎片，進入地球外層空間的各種宇宙飛行物以及深空天體等。

在偵察手段方面，空間目標監(jiān)視包括天基空間目標監(jiān)視和地基空間目標監(jiān)視。天基空間目標監(jiān)視是指通過安裝在空間平臺上的各種成像測量裝置，對空間目標進行探測、跟蹤和識別，具有機動靈活、探測范圍廣、不受疆域和氣象條件限制、可近距離詳測等優(yōu)點。

地基空間目標監(jiān)視是指采用由各種地基光電探測器、雷達探測器及無線電信號探測器組成的監(jiān)視網(wǎng)，對空間目標進行探測和跟蹤，受傳感器分辨率、地理位置和氣象條件等限制，地基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)在監(jiān)測性能、范圍、時效性等方面尚存在諸多局限。目前，該系統(tǒng)主要包括地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)和地基空間目標光電監(jiān)視系統(tǒng)。

地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)是空間目標監(jiān)視系統(tǒng)重要組成部分，具有全天候工作、廣域捕獲能力強等優(yōu)點，主要用于探測人造地球衛(wèi)星、空間探測器、航天飛機及空間碎片等各種空間目標，預(yù)報空間物體軌道、落點，對可能發(fā)生的碰撞和空間系統(tǒng)攻擊進行預(yù)警，也可兼顧對空間內(nèi)彈道導(dǎo)彈的預(yù)警。地基空間目標光電監(jiān)視系統(tǒng)則通過光學設(shè)備接收空間目標反射的可見光或紅外光，以觀測空間目標，系統(tǒng)主要由各種不同口徑的望遠鏡以及配套設(shè)備組成。在多設(shè)備協(xié)同狀態(tài)下，采用交叉定位法，可獲得空間目標連續(xù)位置信息，并進行軌道定位。

在階段任務(wù)方面，隨著各國對空間疆域的不斷爭奪和太空軍備競賽的不斷加劇，空間目標監(jiān)視系統(tǒng)在未來空間對抗中，將呈現(xiàn)不同階段不同任務(wù)的特點。

可以說，空間目標監(jiān)視系統(tǒng)具有重要的軍民兩用價值。在民用方面，其主要作用是保障航天器安全和判斷航天器故障。在軍用方面，該系統(tǒng)可以幫助確定潛在敵方的空間能力，為空間對抗等軍事航天活動提供支持。

空間目標監(jiān)視系統(tǒng)各階段主要任務(wù)概況

3 美國地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)概況

美國地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)，從體系架構(gòu)上看，主要包括探測系統(tǒng)及太空監(jiān)視中心；從雷達隸屬關(guān)系上看，包括專用、兼用和可用三類型雷達；從系統(tǒng)部署上看，典型部署有“空間監(jiān)視”（SPASUR）雷達系統(tǒng)、AN/FPS-85雷達、GLOBUS-II雷達、“太空籬笆”（Space Fence）雷達系統(tǒng)，以及深空探測雷達等。

系統(tǒng)組成

美國地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)主要包括探測系統(tǒng)及太空監(jiān)視中心兩部分。其中探測部分即地基雷達監(jiān)視系統(tǒng)，包括“空間跟蹤”（SPACETRACK）與“空間監(jiān)視”兩大系統(tǒng)。“空間跟蹤”系統(tǒng)用于監(jiān)視航天目標入軌及在軌配置過程，設(shè)有6個雷達站，對位于地球同步軌道和大橢圓軌道上的空間目標實施觀測。“空間監(jiān)視”系統(tǒng)用于測定新航天器軌道參數(shù)，由9個雷達站（3個用于發(fā)射、6個用于接收）組成。該系統(tǒng)對軌道傾角在30°～150°范圍內(nèi)的航天器進行搜索。

依據(jù)不同性質(zhì)和隸屬關(guān)系，美國空間監(jiān)視系統(tǒng)地基雷達可分為專用型、兼用型和可用型三類。其中，專用型雷達由國防部所屬，專門用于空間監(jiān)視及太空態(tài)勢感知任務(wù)，如AN/FPS - 85相控陣雷達等；兼用型雷達由國防部所屬，主要用于導(dǎo)彈預(yù)警、情報收集等任務(wù)，可兼用于空間目標監(jiān)測，如彈道導(dǎo)彈預(yù)警雷達和情報收集雷達等；可用型雷達由美國國內(nèi)科研機構(gòu)或國外相關(guān)機構(gòu)所屬，通過合作協(xié)議接入美國空間監(jiān)視網(wǎng)，并為其提供雷達數(shù)據(jù)，如靶場實驗雷達等。

太空監(jiān)視中心由包括位于科羅拉多州夏延山地下的主中心和位于弗吉尼亞州海軍太空監(jiān)視系統(tǒng)總部的備份中心組成，由美國太空司令部管理，負責接收各類探測器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行目標軌道確定、預(yù)報以及目標數(shù)據(jù)庫維護等。其中，夏延山地下主中心是北美航空航天防御司令部（NORAD）與原美國航天司令部（USSPACECOM）共用數(shù)據(jù)處理與監(jiān)視警戒中心，備份中心為美國備用太空防御作戰(zhàn)中心。

典型雷達系統(tǒng)及部署情況

美國“空間監(jiān)視”系統(tǒng)是一種連續(xù)波多基地雷達系統(tǒng)，由3個甚高頻（VHF）雷達發(fā)射站和6個接收站組成，工作頻率為 216.98MHz。該系統(tǒng)沿北緯 33°線部署，自佐治亞州塔特納爾至加利福尼亞州圣迭戈，通過建立東西方向數(shù)千千米巨大電磁波束，接收在軌空間目標穿過波束時反射雷達信號，測量并確定目標位置、速度、軌道信息等。該系統(tǒng)主站探測軌道高度為24000km，對雷達散射截面（RCS）為0.1m的目標探測距離為3687km，主發(fā)射站天線長約3.2km，接收站天線長約1.85km。

AN/FPS-85雷達建成于20世紀60年代末，是世界上最早的有源相控陣雷達，部署于美國佛羅里達州埃格林空軍基地，最初用于探測潛射彈道導(dǎo)彈。1988年，佐治亞州洛賓斯空軍基地“鋪路爪”（PAVEPAWS）雷達正式服役后，AN/FPS-85雷達成為專用空間探測雷達，主要任務(wù)是探測、跟蹤、識別和編目空間碎片，是美國空間監(jiān)視系統(tǒng)重要組成部分。

該型雷達為大型多功能相控陣雷達，由計算機控制各個單元相位，波束可迅速移動，陣面傾斜角為45°，雷達波束可覆蓋俯仰角 0°～105°和方位角 30°～150°探測空域。其主軸方向為墨西哥灣正南方，可在該軸兩側(cè)60°范圍內(nèi)工作。此外，該型雷達還能跟蹤近地球軌道和深空空間物體。

GLOBUS-II雷達（AN/FPS-129，原名HAVE STARE雷達），曾部署于加利福尼亞州范登堡空軍基地，現(xiàn)作為專用空間監(jiān)視雷達，部署于挪威北部芬馬克郡瓦爾德（Vardo）雷達站，除擔負美國空間目標監(jiān)視任務(wù)之外，也為挪威軍事情報部門提供數(shù)據(jù)服務(wù)。該型雷達采用27m機械拋物面天線，方位角0°～360°，俯仰角90°，發(fā)射功率200kW, X頻段10GHz頻率工作，具有1GHz信號帶寬，可生產(chǎn)25cm分辨率多普勒圖像，可探測目標尺寸為1～10cm。

S頻段“太空籬笆”地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)是美國太空態(tài)勢感知領(lǐng)域骨干裝備，于2020年3月27日正式服役。該系統(tǒng)具有太空微小目標探測跟蹤能力強、全天候觀測等特點，將取代美國原“電子籬笆”監(jiān)視系統(tǒng)，主要用于跟蹤商業(yè)和軍事衛(wèi)星、廢棄火箭助推器、空間碎片（包括低、中、同步軌道）以及預(yù)測空間物體對GPS衛(wèi)星、“國際空間站”（ISS）等設(shè)施存在的潛在威脅等。

“太空籬笆”系統(tǒng)關(guān)系示意圖

該雷達系統(tǒng)由2處雷達站點及1處作戰(zhàn)中心組成。其中，第一處雷達站點位于夸賈林環(huán)礁（原計劃于2021年交付使用，目前，開源信息尚未披露是否完成交付）；第二處雷達站點或?qū)⑽挥诎拇罄麃單鞑抗_德霍爾特海軍基地。作戰(zhàn)中心位于亞拉巴馬州亨茨維爾，由第20太空控制中隊負責系統(tǒng)運行，并將觀測數(shù)據(jù)發(fā)送至范登堡空軍基地第18太空控制中隊進行太空目標編目維護。

“太空籬笆”系統(tǒng)雷達采用S頻段全數(shù)字化相控陣雷達體制，具有波束合成靈活、覆蓋域廣、探測精度高等特點，可對低軌、中軌及地球同步軌道上的小型目標，進行搜索、跟蹤和記錄。該系統(tǒng)雷達工作頻率為3.5GHz，具有36000個發(fā)射陣元，峰值發(fā)射功率可達2.69MW，接收陣元86000個，具有超強的空間監(jiān)視能力，可探測跟蹤約20萬個直徑大于5cm的太空目標。

夸賈林“太空籬笆”雷達系統(tǒng)組成示意圖

深空探測雷達

除持續(xù)強化對合作體監(jiān)視跟蹤外，近年來，美國還針對空間非合作目標，不斷加強地基深空雷達探測能力建設(shè)。例如，美國宇航中心在加利福尼亞戈爾德斯頓(Goldstone) 建立深空站（DSS）探測雷達；美國天文電離層中心在阿雷西博(Arecibo)天文臺建立地基探測雷達等。地基深空探測雷達是一種主動雷達，主要針對目標包括太陽系內(nèi)各行星、小行星、其他物理天體等，與傳統(tǒng)雷達相比其典型特點是地面發(fā)射功率大，作用距離更遠；實施主動探測，靈敏度高。

深空探測雷達的建設(shè)與發(fā)展，將為美國空間態(tài)勢感知能力拓寬發(fā)展空間，功率更大、作用距離更遠、靈敏度更高的深空探測雷達，可對物理天體實施主動探測，這將進一步強化美國空間態(tài)勢感知能力。

4 發(fā)展趨勢

近年來，美國著力構(gòu)建面向空間對抗的體系結(jié)構(gòu)，將太空感知尤其是空間目標監(jiān)視列為建設(shè)重點，不斷更新、改建冷戰(zhàn)時期發(fā)展而來的空間目標監(jiān)視系統(tǒng)，堅持天地基一體建設(shè)，加強包括雷達在內(nèi)的地基空間目標監(jiān)視能力，其未來發(fā)展呈現(xiàn)以下幾方面趨勢：

一是鞏固地基雷達系統(tǒng)對低軌目標探測識別的骨干作用，通過發(fā)展新型高頻雷達、升級舊雷達至高頻等多種方式，提升雷達的空間目標識別能力，減小太空目標觀測數(shù)據(jù)更新周期，例如，開發(fā)新型S頻段“太空籬笆”系統(tǒng)。

二是重點增強10cm以下微小目標雷達探測能力。隨著空間碎片迅猛增長、在軌航天器激增，探測和跟蹤空間目標，保護高價值空間戰(zhàn)略系統(tǒng)，成為刻不容緩的重要空間任務(wù)。美國或?qū)⒀兄菩滦偷鼗臻g微小目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)，提高對微小目標的探測、跟蹤及識別能力。

三是加強多國布站，尤其重視持續(xù)推進向澳大利亞部署地基監(jiān)視裝備，縮小空間目標監(jiān)視網(wǎng)在南半球和東半球的覆蓋盲區(qū)，例如，建立新一代“太空籬笆”地基雷達站。

四是深空探測向“高頻率、高功率、高效率、高可靠性”的“四高”化發(fā)展方向。工作頻段從以 S 和 X 頻段為主，逐漸向 Ka 頻段方向發(fā)展，提升信噪比及抗干擾能力，增大地面發(fā)射機輸出功率，實現(xiàn)對超遠距在軌航天器遙測，強化技術(shù)指標，提升高效率及高可靠性。

綜上所述，美國在持續(xù)發(fā)展原有地基空間目標監(jiān)視雷達系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著力建設(shè)深空雷達探測能力，力爭實現(xiàn)其在空間態(tài)勢感知領(lǐng)域的戰(zhàn)略意圖，即不斷增強地基空間目標監(jiān)視能力，強化空間監(jiān)視領(lǐng)域同盟關(guān)系，以及威懾潛在對手。在深空雷達建設(shè)方面，計劃累計建造費用將達10億美元，至少需要建設(shè)3個永久性且地理分散的雷達站，部署完成后，性能優(yōu)于已位英國北約克郡菲林代爾斯空軍基地巨型雷達系統(tǒng)，美國將具備全天時全天候地基空間目標監(jiān)視能力。在同盟合作方面，美國在英國修建大型雷達站，不但可以監(jiān)視太空安全，還可以為英國衛(wèi)星系統(tǒng)提供保護。在太空威懾方面，超級地基空間監(jiān)視雷達站的部署與運行，將對俄羅斯等潛在對手產(chǎn)生強大威懾作用，特別是在應(yīng)對反衛(wèi)武器等方面。

5 結(jié)束語

目前，美國地基空間目標雷達監(jiān)視系統(tǒng)已建成較為完善的探測-管理體系架構(gòu)，擁有可供國防部及國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)專用或調(diào)用的多波段多類型雷達，可對大部分合作體空間目標進行探測、跟蹤及編目管理。同時，美國還與盟國合作，加緊部署“太空籬笆”雷達系統(tǒng)以及積極研發(fā)深空探測雷達等，不僅可提升對中低軌空間目標探測及跟蹤能力，提高探測覆蓋率，改善地基中、高軌探測監(jiān)視能力，還可加強對非合作體深空目標的監(jiān)視能力，美國空間態(tài)勢感知能力將得到進一步提升。