郭凱 崔瀟瀟 汪琦 任飛 魏晨曦 史蕾 陸怡婕 倪志釗

（1北京跟蹤與通信技術研究所 2航天恒星科技有限公司）

當前，美天基導彈預警與跟蹤系統(tǒng)被視為可提供最先進的導彈預警能力。俄羅斯等國正在加緊部署下一代高超聲速、低空飛行導彈，并在研制反衛(wèi)武器和其他反太空系統(tǒng)。而美軍當前的地基、天基系統(tǒng)無法有效應對上述威脅。本文探究了美天基導彈預警與跟蹤能力發(fā)展動向，聚焦其面臨的威脅與挑戰(zhàn)及應對策略，淺析其未來發(fā)展趨勢。

1 美天基導彈預警與跟蹤系統(tǒng)現(xiàn)階段能力

20世紀70年代以來，美軍先后發(fā)展了“國防支援計劃”（DSP）、“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）和“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS），已形成高、低軌結(jié)合，預警、跟蹤和識別功能復合，性能先進的預警衛(wèi)星體系，為美國提供強大的彈道導彈預警能力。

2020年6月，美國太空與導彈系統(tǒng)中心與諾格公司（NG）簽訂了價值2.225億美元的合同，對“國防支援計劃”預警衛(wèi)星進行技術升級，并將使該星座使用壽命延 長 至2030年。2022年8月4日，SBIRS-GEO－6的成功發(fā)射標志著SBIRS系統(tǒng)已部署完畢，將有效提升美導彈預警能力。繼SBIRS系統(tǒng)之后,美軍又規(guī)劃了“下一代過頂持續(xù)紅外”（Next-Gen OPIR）系統(tǒng)。

SBIRS-GEO－6示意圖

OPIR衛(wèi)星示意圖

SBIRS系統(tǒng)衛(wèi)星/載荷發(fā)射情況統(tǒng)計表

系統(tǒng)概述

OPIR系統(tǒng)作為SBIRS系統(tǒng)能力的補充并最終取代SBIRS系統(tǒng)。OPIR衛(wèi)星主要用于監(jiān)視和發(fā)現(xiàn)敵方的戰(zhàn)略彈道導彈，并在導彈發(fā)射時發(fā)出警報。

（1）星座構(gòu)成和研制計劃

Next-Gen OPIR項目分為Block 0和Block 1兩個階段。Block 0階段有3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星和2顆在大橢圓軌道（HEO）衛(wèi)星。首顆GEO衛(wèi)星預計2025年發(fā)射；首顆HEO衛(wèi)星預計2027年發(fā)射。預計2029年完成5顆衛(wèi)星組網(wǎng)，補充現(xiàn)役SBIRS系統(tǒng)，為美軍及其盟友提供彈道導彈及戰(zhàn)術導彈的早期預警功能。

OPIR星座組成

（2）系統(tǒng)性能

美軍積極尋求基于創(chuàng)新技術構(gòu)建新體系，旨在提升體系抗毀能力，并力爭2030年完成業(yè)務星部署。在OPIR系統(tǒng)的Block 1階段，將與在軌道上的Block 0衛(wèi)星協(xié)同工作。與現(xiàn)役的SBIRS衛(wèi)星相比，OPIR衛(wèi)星的特點是加強了探測能力，同時在面對反衛(wèi)星武器威脅的時候有更高的生存力特征，從網(wǎng)絡強化到在軌機動，使其能夠在太空競爭環(huán)境中發(fā)揮作用。OPIR主要在以下幾個方面增強系統(tǒng)能力：①利用大面陣技術實現(xiàn)多域多目標預警跟蹤能力；②將預警對象擴展到高超武器；③增強全球紅外事件的感知能力；④利用軌道設計增加燃料攜帶，增強系統(tǒng)的機動能力。OPIR完成部署并投入實戰(zhàn)應用中后，將直接在戰(zhàn)略和戰(zhàn)術層面支持反導作戰(zhàn)，將對“導彈中心戰(zhàn)”帶來極大的影響。

有效載荷研制整體進展

OPIR系統(tǒng)采用超大面陣多波段紅外陣焦平面探測器，不僅能探測跟蹤大型彈道導彈的發(fā)射，還能探測和跟蹤小型地空導彈、助推滑翔及吸氣式高超聲速武器，甚至空空導彈的發(fā)射。Block 0階段的衛(wèi)星有效載荷研制由雷神情報與空間公司（RIS）和諾格公司與鮑爾航空航天公司組合團隊（NG-Ball Aerospace）承包，分別設計、制造、組裝、集成和交付1臺任務載荷，用于前兩顆GEO預警衛(wèi)星。

為保障OPIR預警衛(wèi)星星座的建設，美軍太空發(fā)展局（SDA）也在發(fā)展一項初期導彈預警網(wǎng)絡項目，作為下一代天基預警傳感器的試驗臺，該計劃最終部署由70顆寬視場（WFOV）衛(wèi)星組成的大型星座。

2022年7月2日，美天軍發(fā)射了一顆WFOV衛(wèi)星，該衛(wèi)星由美國L3-哈里斯技術公司（L3-Harris）負責研發(fā)和建造，其設計任務壽命為3～5年，總質(zhì)量達3t，該任務旨在解決Next-Gen OPIR系統(tǒng)研發(fā)過程中的技術問題,包括測試新的大尺寸焦平面紅外傳感器、開發(fā)地面算法以處理傳感器數(shù)據(jù)等。WFOV衛(wèi)星裝載一個紅外光學凝視儀，用于探測導彈發(fā)射時的排氣羽流，測試廣域傳感器在未來軍事行動預警系統(tǒng)中的使用。

WFOV測試平臺空間想象圖

OPIR預警衛(wèi)星未來應用

下一代OPIR預警衛(wèi)星系統(tǒng)項目通過改進導彈預警能力，來以更高生存能力應對新出現(xiàn)的各種空間威脅。目前美軍已經(jīng)形成了成像偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星和導彈預警衛(wèi)星三位一體的偵察預警衛(wèi)星體系。美軍現(xiàn)有的SBIRS空間預警系統(tǒng)一直在改進與完善中，下一代OPIR預警衛(wèi)星系統(tǒng)首顆衛(wèi)星即將發(fā)射，一旦整個系統(tǒng)完成實戰(zhàn)部署，可直接在戰(zhàn)略和戰(zhàn)術層面上支持反導作戰(zhàn)，必將對美軍主要競爭對手戰(zhàn)略威懾力、導彈武器作戰(zhàn)運用構(gòu)成重大不利影響。由此可見，美軍計劃開發(fā)的下一代OPIR預警衛(wèi)星系統(tǒng)對于當前他國正在研究的高超音速滑翔彈頭威脅非常大，甚至可能成為未來美軍太空軍發(fā)展的重要太空支點。

2 美天基導彈預警與跟蹤系統(tǒng)面臨的威脅、挑戰(zhàn)與對策

威脅與挑戰(zhàn)

（1）應對跟蹤高超聲速武器的挑戰(zhàn)

1）多種發(fā)射選項和不可預測的飛行路徑。高超聲速武器可從機載飛機、艦艇和陸基移動發(fā)射器等各種平臺發(fā)射，可作為部分軌道轟炸系統(tǒng)的一部分進行部署，這意味著與初始助推器火箭分離的高超聲速武器不會產(chǎn)生足夠強烈的紅外信號，目前美軍地面相控陣雷達以及GEO和HEO上部署的衛(wèi)星傳感器無法探測到。高超聲速武器還具備遠程機動打擊多個目標的能力，同樣也使目標風險增加。

2）可低空飛行。新型高超聲速導彈系統(tǒng)可在比洲際彈道導彈低得多的高度飛行，一些高超聲速導彈可以離地球表面30～50km處飛行，甚至更低，這意味著在地球曲率影響下，其飛行高度可能位于當今雷達預警體系有效覆蓋的區(qū)域之外。目前的雷達和天基紅外傳感器系統(tǒng)無法對保持低空飛行的高超聲速武器進行跟蹤。

3）速度。一般來說，武器速度越快，防御者探測攻擊、確定其可能目標，然后決定適當對策的時間就越少。目前的陸基和天基導彈預警系統(tǒng)無法為美軍和盟國人員提供足夠的預警時間。

除高超聲速導彈外，美軍還面臨其他各種類型導彈的威脅，這些導彈的機動性將越來越強，飛行高度將越來越低，飛行速度可從亞聲速到高超聲速不等。國防部未來的天基導彈防御系統(tǒng)必須能夠?qū)@些威脅提供早期預警，并向國內(nèi)外的防空與導彈防御系統(tǒng)提供準確的目標信息。

（2）在對抗性太空領域作戰(zhàn)所面臨的挑戰(zhàn)

俄羅斯等大國認為美軍的天基資產(chǎn)是高價值目標，可在危機中威脅脅迫美軍，或在沖突中發(fā)動攻擊以實現(xiàn)太空優(yōu)勢。俄羅斯已部署對抗GPS導航信號、戰(zhàn)術通信、衛(wèi)星通信和雷達的陸基系統(tǒng)等非動能選項，并一直在尋求激光等陸基定向能武器，以破壞、降級或摧毀衛(wèi)星及各種傳感器。俄羅斯還在開發(fā)機載激光平臺，以對抗天基導彈預警傳感器。俄羅斯已開發(fā)動能反衛(wèi)星武器和其他太空武器，并已演示驗證幾種反衛(wèi)星導彈，這些導彈可能在未來幾年內(nèi)投入使用，能摧毀近地軌道上的目標。

（3）協(xié)同天基力量方面的挑戰(zhàn)

美軍防部設想采用“多樣化”架構(gòu)，包括所有三個軌道中的系統(tǒng)組合。部署在GEO和極地軌道上的下一代OPIR天基導彈預警系統(tǒng)應作為未來架構(gòu)中“最持久”的一層，其全球覆蓋和多視角傳感器可以為作戰(zhàn)人員提供導彈威脅的初步指示和警告，并為架構(gòu)中其他層的傳感器提供信息；部署在中地球軌道上的衛(wèi)星可以利用這些信息開始跟蹤威脅，中地球軌道所處的高度將有助于提高紅外傳感器導彈跟蹤的保真度；最后，一個成熟的未來分散型低地球軌道（P-LEO）星座及其數(shù)百顆衛(wèi)星將提供更高的保真度，為導彈防御系統(tǒng)提供所需要的信息，以實現(xiàn)精確的火力控制解決方案。

發(fā)展對策

為應對上述挑戰(zhàn)和威脅，未來美軍美天基導彈預警與跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展或?qū)⒉扇∫韵聨醉棇Σ撸?/p>

（1）采用多星架構(gòu)構(gòu)建更高彈性天基導彈預警系統(tǒng)

美國國防部應采用多層衛(wèi)星架構(gòu)，將傳統(tǒng)彈道導彈預警能力與近地軌道、中地軌道、地球軌道和極地軌道的增強型傳感器相結(jié)合，以探測并跟蹤高超聲速武器以及其他新型導彈威脅的整個飛行軌跡。

（2）利用成熟技術提高天基導彈預警系統(tǒng)機動能力

美國國防部應該利用成熟的技術，從使用有限壽命的化學推進劑過渡到其他更先進的推進能力以提高導彈預警系統(tǒng)機動能力。鑒于部署的衛(wèi)星數(shù)量有限，賦予其快速機動能力將提高生存能力。

（3）發(fā)展誘餌衛(wèi)星成熟技術助力天基導彈預警系統(tǒng)防御能力

美國國防部應發(fā)展在近地軌道和中地軌道部署“誘餌”衛(wèi)星的能力，給對手帶來目標選擇上的困境，或使對手將高價值的反衛(wèi)星資產(chǎn)浪費在非作戰(zhàn)、低成本的誘餌上，從而使對手國家的反太空目標行動復雜化。

（4）部署反衛(wèi)系統(tǒng)強化天基導彈預警系統(tǒng)生存能力

美國國防部應迅速和公開地部署足夠數(shù)量的動能和非動能反衛(wèi)星系統(tǒng)，使對手的太空系統(tǒng)處于危險之中，以加強威懾，并在威懾失敗的情況下，取得勝利。

3 美天基導彈預警與跟蹤系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢

綜上，美軍高度重視天基預警衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，積極推進高軌星座SBIRS系統(tǒng)的建設，具體來說，有以下幾項發(fā)展趨勢：

（1）具有彈性、分層的天基架構(gòu)更適合未來天基導彈預警系統(tǒng)發(fā)展

雖然基于GEO的SBIRS系統(tǒng)繼續(xù)服務于美軍的導彈預警需求，但新出現(xiàn)的威脅和競爭日益激烈的空間環(huán)境或?qū)⑹芤嬗诙嘬壍赖姆謱蛹軜?gòu)。美軍天基導彈預警目前正在進行的是SBIRS現(xiàn)代化工作，下一步是開發(fā)一種位于近地球軌道（LEO）和中地球軌道（MEO）之間的導彈預警架構(gòu)。這種多軌道、分層架構(gòu)也適用于其他各種天基能力，將為美軍的太空行動提供應對對手的潛在威脅的能力。

（2）星座架構(gòu)堅持高軌為主，有限度發(fā)展低軌衛(wèi)星

經(jīng)過20余年的研制和部署，高軌星座SBIRS系統(tǒng)一直具備作戰(zhàn)能力。盡管屢次出現(xiàn)延遲交付的情況，但美軍堅持積極推進SBIRS系統(tǒng)的構(gòu)建。然而，STSS系統(tǒng)低軌星座項目衛(wèi)星數(shù)量需求大、星座管理復雜且成本高，而且存在難以跨越的技術障礙難題，自STSS項目提出以來，美軍一直維持著對STSS低軌預警系統(tǒng)的有限度發(fā)展。

（3）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)傾向于功能分解、多軌道、多作戰(zhàn)域部署

隨著空間安全環(huán)境的變化，美軍空間系統(tǒng)面臨的威脅不斷加劇，脆弱性日益增強，將難以繼續(xù)沿用舊的空間體系。2013年8月，美空軍航天司令部發(fā)布《彈性與分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)》。為了實現(xiàn)分散式空間系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，美軍在白皮書中規(guī)劃了五種途徑：結(jié)構(gòu)分離、功能分解、有效載荷搭載、多軌道部署、多作戰(zhàn)域部署。

美軍已著手考慮下一代天基預警系統(tǒng)體系架構(gòu)，采取了其中多種模式。功能分解方面，美軍希望下一代衛(wèi)星能夠?qū)?zhàn)略預警和戰(zhàn)術預警能力進行分解，但預算的縮減迫使美軍將未來導彈預警系統(tǒng)的重點關注集中于戰(zhàn)略威脅任務；有效載荷搭載方面，美空軍提出了商業(yè)搭載有效載荷方案，研究在商業(yè)衛(wèi)星上搭載軍事專用有效載荷的技術，以實現(xiàn)利用商業(yè)衛(wèi)星快速、靈活的搭載軍用載荷的目標；多軌道部署方面，美軍在高中低軌均部署有預警衛(wèi)星；多作戰(zhàn)域部署方面，美軍積極將天基預警系統(tǒng)與地基、?；t外傳感器聯(lián)合使用，提高發(fā)射探測和導彈跟蹤能力。

（4）高度重視發(fā)展寬視場傳感器技術

美軍尤為重視寬視場傳感器試驗，認為這些試驗不僅有助于為空軍下一代SBIRS系統(tǒng)評估任務架構(gòu)，還有助于空軍開發(fā)算法，以處理升級版?zhèn)鞲衅鹘蛊矫婕夹g所提供的大量數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

對未來導彈預警衛(wèi)星的研制與規(guī)劃來說，首先，構(gòu)建彈性和分散化的太空體系結(jié)構(gòu)，采用高、低軌結(jié)合的部署方式，在GEO和HEO高軌道部署大型衛(wèi)星，低軌方面充分利用商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展成果，構(gòu)建大規(guī)模、低成本的小衛(wèi)星星座；其次，重點發(fā)展搜索、跟蹤一體化大面陣載荷技術，研究寬視場任務數(shù)據(jù)高性能處理算法，構(gòu)建高質(zhì)量、可擴展的目標紅外圖像數(shù)據(jù)集，提高強對抗條件下星上數(shù)據(jù)處理的時效性，實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)即跟蹤，應對新的威脅；最后，為提升高軌預警衛(wèi)星戰(zhàn)時生存能力，應積極發(fā)展衛(wèi)星近場感知與機動規(guī)避等防御技術。綜上，建設預警系統(tǒng)，應著眼于具體需求，力圖構(gòu)建兼顧戰(zhàn)略戰(zhàn)術要求，以戰(zhàn)術應用為主的天基預警系統(tǒng)。