空间态势感知

(2009-11-16 16:33:42)

标签： 军事 分类： 导弹攻防与空间对抗

刘永征 刘学斌

航天电子对抗 2009年第3期

1 引言

2002年，美国国防部提出了控制空间的三大能力，即空间态势感知(SSA)能力、防御性空间对抗能力和进攻性空间对抗能力，发展空间系统防护能力是美军控制空间战略近期的发展重点。从美国目前在该领域的发展来看，重点是提高空间态势感知能力和发展反卫星武器，以保持美国在空间的绝对优势。2008年2月20日，美国用“伊利湖”号巡洋舰上的SM-3导弹命中了其失控间谍卫星的燃料箱，在向世界炫耀了自己的反卫星实力的同时，更是展示了其强悍的空间态势感知能力。

2 美国的空间监测网络

美军空间监视网(SSN)由地基空间探测和跟踪系统(SPADATS)与天基空间监视系统(SBSS)组成，其探测距离超过36000km，对同一空间目标重复监视的时隔为5天。目前，全世界了解的空间物体碰撞事件，基本都是由美国监测到的。欧洲也依靠美国的空间监视网来获取有关轨道碎片的信息。

2.1 美国的地基空间监测网

美国的地基空间监测网主要利用空军的空间跟踪系统(SPACETRACK)、海军的空间监视系统(SPASURE)和其他可以用于空间监视的系统，形成了一个遍布全球的空间监测网。 空军的空间跟踪系统包括1个传感器网——有源空间监视系统(PASS)、2个光学观测站(也称地面基地电子光学远距离空间监督系统)、3个雷达跟踪站，5个光电观测站(也称地面深空光电监视系统──GEODSS)。其中，2个光学观测站位于索科洛(新墨西哥州)、迪戈加西亚(印度洋)。3个雷达站分别设在美本土的弗罗里达州的埃格林空军基地站(装备AN/FPS-85大型相控阵雷达)、北达科他的大福克斯空军基地站(装备AN/FPQ-6雷达)和阿拉斯加州阿留申群岛(采用AN/FPS-10型相控阵雷达)。5个光电跟踪站组成地面深空光电监视系统，分别位于新墨西哥州的白沙靶场、印度洋英属迪戈加西亚岛、夏威夷州的毛伊岛、韩国大邱和西班牙Moron航空基地。

美国海军的空间监视系统由横贯美国南部各州的多普勒效应无线电干涉仪组成对空电子警戒网。在美国本土东南部有3个发射基地、6个接收基地。

其他系统主要包括DSP预警卫星、弹道导弹预警雷达网等。如环形搜索雷达攻击特征鉴别系统:位于卡弗利尔空军基地(北达科地州);含1个北向相控阵雷达系统，探测距离2800km;“铺路爪”相控阵雷达: 在马萨诸塞、佐治亚，探测距离为5500km;多目标探测与跟踪雷达:陆军的位于夸贾林环礁(太平洋)。

地基电子光学远距离空间监督系统:位于索科洛(新墨西哥州)、毛伊(夏威夷州)、迪戈加西亚(印度洋)。采用起水平线反向微射雷达:缅因州1个(后备)，芒廷霍姆空军基地1个(后备)，探测距离921~5526km。

北部警戒系统:是替代远程预警系统(“远程预警线”)的后继系统;有自动远程雷达(探测距离368.4km)站15个，短距离雷达(探测距离110~150km)站40个。

2.2美国的天基空间监测网 (1)天基空间监视系统(SBSS)

该系统是一个低地球轨道光学遥感卫星星座，如图1所示，2004年3月开始研制，系统轨道高度1100km，设计寿命5年，每90min绕地球轨道一圈，实现对空间目标的监视并更新大多数卫星的位置数据，具有高轨道观测能力强、重复观测周期短、可全天候观测的特点。SBSS系统将使美国对地球同步轨道卫星的跟踪能力提高50%，将使美国空间目标编目信息的更新周期由5天缩短到2天，从而大大提高美军的空间态势感知能力。 图1 SSBS星座示意图

(2)轨道深空成像系统(ODSI) 该系统部署在地球同步轨道，采用光学技术对地球同步轨道卫星实施成像监视，并拍摄空间各种物体的图片。

(3)快速攻击识别、探测及报告系统(RAIDRS)

该系统将辅助区分在轨卫星受损是自然环境造成还是人为攻击所致，它将被集成到现有的卫星或在研的卫星上，组成另外的人工智能系统，为卫星控制人员提供有效数据。

天基红外预警系统(SBIRS)也是美国正在研制的探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视网。是美国正在研制的探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视网，分为低轨部分和高轨部分。低轨部分(轨道高度大约为177~483km)由24~30颗卫星组成。计划投资200亿美元;高轨部分由2颗地球同步轨道卫星和2颗大椭圆轨道卫星组成，计划投资100多亿美元。 随着微小卫星技术的日益成熟，利用微小卫星进行空间目标探测和监视也成为美国研究的热点。

美空军和国防高级研究计划局(DARPA)为10所院校提供经费，开发新型、低成本、供军方使用的纳卫星。这些纳卫星质量为2~10kg，可以演示不同的GPS导航、小型化的传感器和微推进技术。

3 美国采取多种措施提高空间态势感知能力

美军不断提升空间态势感知能力，近年来发射了20余颗与空间天气有关的科学实验卫星和空间环境监测卫星。

美国近期采取多方面的措施包括: (1)升级“干草堆”超宽带卫星成像雷达

据美国2008年《航空航天快讯》报道，美国空军司令部(AFSPC)正在计划加快升级“干草堆”超宽带卫星成像雷达，以便尽早为五角大楼提供描绘轨道上微型卫星特征的能力。

“干草堆”雷达位于马萨诸塞州列克星敦附近，是麻省理工学院(MIT)林肯实验室在20世纪60年代研制的，工作在X波段(8~12GHz)，中心频率为10GHz，有两个球形天线罩:一个直径为47m，另一个直径67m，是世界上功率最大的雷达之一。美国空军在2008财年预算申请中为“干草堆”雷达项目在内的升级项目追加了1000万美元。计划在2012财年完成“干草堆”雷达的升级改造工作，升级后的“干草堆”雷达图像分辨率将提高十倍。 (2)实施埃格林空军基地雷达服务延寿计划

埃格林空军基地雷达站设在美国本土佛罗里达州埃格林空军基地站，装备有AN/FPS-85大型相控阵雷达。该雷达是专为探测和跟踪卫星而建造的，经改进后也可用于探测潜射弹道导弹。目前，通过此计划该基地的大型相控阵雷达能服役到2015年。 (3)改进“空间篱笆”对空电子警戒网

计划在2015年完成全部改进工作并投入实用。 (4)实施新的空间监视望远镜计划

美国国防先进研究计划署计划以曲面光电器件为基础建立一个新型监测系统，以满足空军对观测目标微型化、观测范围全天化的要求。为此，将开发被视为提供高灵敏度和宽视野的关键器件的曲面电荷耦合器件。该计划预计耗资6500万美元，以使系统更加轻量化。美国空军拟在2009年使所研制的这种望远镜实用化，以提高单个望远镜的敏感度和视野。 (5)发射SBSS的首颗卫星“探路者”

五角大楼计划在2009年发射Pathfinder卫星，以尽快弥补因“空间中段试验”卫星超役(2008年6月关闭)而带来的天基空间监视能力的空缺。

4 美国发展空间态势感知能力的特点

(1)在监测手段的选择上，以陆基空间监测系统为基础，着重开始发展天基卫星监测网络，并且开始研制机载移动空间监测设备。

(2)在天基空间监测星座卫星数量的选择上，SBSS、ODSI和SBIRS都是由多颗监视星组成的星座，可最大范围地监视多目标卫星，并且，能够覆盖多个频谱段，实现多种监视功能。但对单颗卫星装载多种监测设备的研究没有深入开展。

(3)在空间目标监视系统的性能上，着重突出了实时跟踪、广空域、宽时域、全天候、阔频谱的要求。

(4)在空间监测系统的建设上，有着明确的阶段性目标。尽管系统的战术技术指标没有明确规定，对于系统方案阶段和使用阶段的技术以及其他方面的风险也未做细致评估，但始终以追求性能超越为主旨，肯在资金方面不断投入。

5 对发展空间态势感知能力的启示

通过研究分析美国空间目标监视系统的现状与特点，可得到以下几点启示:

(1)在监视手段的选择上，着重考虑可见光、红外监视设备，如宽视场可见光相机、窄视场可见光相机、“扫描型”红外传感器、“凝视型”红外传感器等。对雷达设备用于天基空间目标监视也要做必要的分析，如激光雷达、合成孔径雷达等。

(2)在卫星数量的选择上，若采用单颗监视卫星，应在卫星平台上装载多种天基空间目标监视载荷，并充分利用其机动灵活性进行监视。对于可配合的监视手段，按照功能互补、扬长避短的原则进行组合，如宽视场与窄视场的配合、扫描型与凝视型的配合、监视距离远而精度低与监视距离近而精度高的配合、主动监视手段与被动监视手段的配合。若采用星座进行监视，须根据监视目标，设计合理的星座及卫星数量，以满足大范围、高精度、实时监视的要求。

(3)在轨道的设计上，可用低轨监视卫星监视低轨和中轨目标卫星，用中轨监视卫星监视中高轨目标卫星，在发展初期，可先不考虑发展高轨监视卫星星座。若仅需要对中高轨目标进行捕获、跟踪和定位，可仅发展低轨监视网。低轨监视网不仅可以对低轨目标进行识别，也可以现对中高轨目标进行跟踪和定位。 (4)在系统的建设上，须作必要的风险评估，制定合理的阶段性目标、系统规模与经费投入。

6 结束语

近年来各航天大国都在积极拓展和提高空间态势感知能力，重点发展天基空间监测网，抢占空间战场的“制高点”，为未来空间作战提供及时、准确的空间目标信息。本文分析研究了美国的空间态势感知能力，总结了其发展措施和特点。从中得出了一些有益的启示。在发展天基空间目标监测系统方面，应合理高效地利用每一颗天基卫星，在科学规划、合理利用卫星载荷方面下功夫，以期取得以少胜多的效果。