一對海洋盜密者

探測海洋的各種特性，不僅在民用事業(yè)中有重大意義，在軍事上也是非常有用的。然而，海洋占全球表面積的70%左右，若用船只或飛機(jī)監(jiān)測全球海洋和跟蹤海面艦艇，花費(fèi)是巨大的，但如用衛(wèi)星則容易得多。集電子偵察、成像偵察、對艦船等運(yùn)動目標(biāo)定位于一身的海洋監(jiān)視衛(wèi)星，就是探測、跟蹤、定位、識別和監(jiān)視海上艦艇的“大腕”。

監(jiān)視海洋的兩大神探

與監(jiān)視陸地的電子偵察衛(wèi)星相比，海洋監(jiān)視衛(wèi)星具有戰(zhàn)術(shù)偵察性質(zhì)，因為海上目標(biāo)經(jīng)常是運(yùn)動的，所以衛(wèi)星須實時傳輸與分析數(shù)據(jù)，而電子偵察衛(wèi)星則反之；海洋監(jiān)視衛(wèi)星監(jiān)視的地區(qū)占地表面積大，故衛(wèi)星軌道均較高，以便覆蓋更大面積，而電子偵察衛(wèi)星的軌道較低；海洋監(jiān)視衛(wèi)星的工作方式有主動型和被動型兩種，而電子偵察衛(wèi)星主要采用被動型。

主動型海洋監(jiān)視衛(wèi)星用星載雷達(dá)確定目標(biāo)的航行位置和航速，并可全天時、全天候提供艦船尺寸甚至類型。被動型海洋監(jiān)視衛(wèi)星則是用多顆衛(wèi)星同時截獲艦載雷達(dá)信號，從而測定水面艦只的大致位置和形狀。若主動型和被動型配合使用，則可使被監(jiān)視的船只無法藏身。

蘇聯(lián)很早就同時擁有主動型和被動型2種海洋監(jiān)視衛(wèi)星了。1965年12月27日，蘇聯(lián)第1顆海洋監(jiān)視衛(wèi)星升空。此后的發(fā)展分為2個階段：1965年～1973年為試驗階段，1974年以后為實用階段。

雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星

獨(dú)一無二

裝有雷達(dá)系統(tǒng)的蘇聯(lián)主動型衛(wèi)星又叫核動力“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”，還稱為US-A，在世界上獨(dú)一無二。它重3800千克，是長10米、直徑1.3米的圓柱體，其中核反應(yīng)堆加上高軌道儲存部分重1250千克、長5.8米。由姿控火箭、電子設(shè)備、核電源系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)組成，工作在高250千米、傾角65°的軌道上，分辨率數(shù)十米，壽命3～6個月。工作過程如下：星載大功率X波段相控陣?yán)走_(dá)主動發(fā)射脈沖信號，并接收目標(biāo)的反射波，用以測定目標(biāo)的位置和外形。星上裝載大功率雷達(dá)的大孔徑拋物面天線，掃描海上艦只活動，然后把偵察到的情報發(fā)回地面站，從而確定艦艇的位置、航速和航向。先進(jìn)的“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”裝有側(cè)視雷達(dá)，1次掃描覆蓋寬度可達(dá)460千米。因雷達(dá)功率大，需要幾千瓦，故按當(dāng)時的技術(shù)水平只能使用小型核反應(yīng)堆供電才行。但這種衛(wèi)星在20世紀(jì)70～80年代多次發(fā)生墜落事件，引起全球恐慌，所以現(xiàn)在停用了。

“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”的主要有效載荷就是大功率X波段相控陣?yán)走_(dá)。呈半圓形的雷達(dá)天線從圓柱形衛(wèi)星平臺的一端伸出，全長約4米。衛(wèi)星上還裝有第2副側(cè)視雷達(dá)天線。在執(zhí)行工作任務(wù)期間，一個獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)控制著雷達(dá)。

星上雷達(dá)在良好的海況條件下能夠探測到中型和某些小型艦只，如巡洋艦和驅(qū)逐艦；即使在惡劣的海況條件下多半也能夠探測到大型艦只，如航空母艦。潛艇探測既不是“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)的原本目的，也不是這種衛(wèi)星所能做到的。

核反應(yīng)堆

“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”計劃中最富挑戰(zhàn)性的項目之一是研制核反應(yīng)堆。該衛(wèi)星核反應(yīng)堆的實際設(shè)計和制造工作先后由不同的機(jī)構(gòu)所承擔(dān)，同時對2種類型的天基核反應(yīng)堆開展工作：一種是帶有半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器的核反應(yīng)堆，另一種是帶有熱離子轉(zhuǎn)換器的核反應(yīng)堆。

工作型“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”所攜帶的BES-5核反應(yīng)堆是由用鈾-235濃縮的鈾-238提供燃料的，額定功率約5千瓦左右。反應(yīng)堆的燃料組件重53千克、長0.6米、直徑0.2米。

衛(wèi)星平臺

該衛(wèi)星平臺采用了一些專門研制的、按預(yù)定程序工作的“微型組件”，這些微型組件帶有當(dāng)時蘇聯(lián)最好的微型集成電路，它們被裝入星載系統(tǒng)中用于無線電控制和通信。衛(wèi)星的定向和穩(wěn)定系統(tǒng)不僅使衛(wèi)星保持正確的姿態(tài)，而且在核反應(yīng)堆發(fā)生災(zāi)難性故障情況下使衛(wèi)星自動處于正確的方位。

飛行剖面

“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”最初是以2顆衛(wèi)星配對工作的，它們在軌道上一前一后飛行，彼此相差約20～30分鐘。通過比較2顆衛(wèi)星發(fā)回的雷達(dá)信息，地面計算機(jī)可判斷出目標(biāo)的航速和航向。

由于“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”要在較低軌道上飛行，這意味著裝有核反應(yīng)堆的衛(wèi)星會在短時間內(nèi)衰減并墜落到地球上。為了防止核反應(yīng)堆意外再入大氣層對地球造成放射性污染，衛(wèi)星采用了這樣一種飛行剖面：在衛(wèi)星標(biāo)稱飛行時間結(jié)束或衛(wèi)星發(fā)生無法補(bǔ)救的故障時，1臺輔助的固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動機(jī)會將有輻射危險的部分即反應(yīng)堆和堆芯推到一條高約900～1000千米的安全軌道，這樣可確保它們在軌道上逗留400年左右。待到它們在24世紀(jì)再入大氣層時，放射性燃料將會自然衰變，對地球上的居民不會構(gòu)成任何威脅。

飛行試驗

蘇聯(lián)海軍分3個階段對“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)進(jìn)行了試驗：

第1階段為1965～1966年，僅對衛(wèi)星的定向、穩(wěn)定和推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗。衛(wèi)星未裝核反應(yīng)堆，而是攜帶一種化學(xué)電源作為其替代物。

第2階段為1967年12月～1969年1月，重點(diǎn)是試驗無線電控制系統(tǒng)、特制的核反應(yīng)堆模擬器以及“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”的化學(xué)電源。衛(wèi)星第1次裝備了執(zhí)行所有操作所需的全套控制系統(tǒng)，共發(fā)射了3顆，其中1顆由于火箭的第2級發(fā)生故障而未能入軌，另2顆衛(wèi)星起先飛行在高度為280千米×260千米、傾角為65.1°的低軌道上，在發(fā)射后2～6天內(nèi)便機(jī)動到約950千米×900千米的高軌道，衛(wèi)星均沒有攜帶核反應(yīng)堆。

第3階段自1970年10月開始。到1973年底共進(jìn)行了6次發(fā)射(其中有些遭到失敗)，所有衛(wèi)星都首次攜帶了工作型BES-5核反應(yīng)堆。

1974年5月發(fā)射的宇宙-651和宇宙-654首次以雙星配對工作飛行，2顆衛(wèi)星的反應(yīng)堆分別在發(fā)射后71天和74天被推入了高軌道，這大大超過了衛(wèi)星的設(shè)計壽命。

1974年10月，蘇聯(lián)宣布“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)正式投入使用。盡管系統(tǒng)已投入使用了，但試驗計劃的第3階段直到1978年才正式結(jié)束，因為“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)正式投入使用后在試驗階段出現(xiàn)的問題并未全部得到解決。到1978年，蘇聯(lián)海軍才有了第一批“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”樣星。

安全措施

為防止由于衛(wèi)星發(fā)生意外而給地球造成核污染，在“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)中配有安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)可由下述4個條件之一所觸發(fā)：地面發(fā)出有效指令、衛(wèi)星失去加壓能力、反應(yīng)堆動力出現(xiàn)異常及衛(wèi)星失去穩(wěn)定。

在正常情況下，衛(wèi)星完成任務(wù)后會分解為3部分：帶有自含助推火箭的核反應(yīng)堆、衛(wèi)星的推進(jìn)級、衛(wèi)星平臺。反應(yīng)堆會把自身推進(jìn)到較高的橢圓形轉(zhuǎn)移軌道，留在較低軌道上的其余2部分不久就會從軌道上衰減而再入大氣層焚毀。在到達(dá)轉(zhuǎn)移軌道后不到1小時，反應(yīng)堆的火箭發(fā)動機(jī)會再次點(diǎn)火，將其軌道圓化為約900千米×1000千米。作為一條附加的安全措施，在此軌道上，反應(yīng)堆的燃料芯會從反應(yīng)堆內(nèi)被彈射出去。

萬一上述4個條件無一促使反應(yīng)堆被推入更高的軌道，還有一條后備措施會在反應(yīng)堆開始從軌道上自然衰減時發(fā)揮作用。在114～120千米的高度上，地球上層大氣密度的增加會導(dǎo)致反應(yīng)堆溫度相應(yīng)升高，從而會促使燃料芯從反應(yīng)堆中彈射出去。這樣，在再入大氣層前數(shù)小時，反應(yīng)堆內(nèi)的危險物質(zhì)就會在大氣中燃燒而化為灰燼。

改進(jìn)衛(wèi)星

1987年2月和7月，蘇聯(lián)分別發(fā)射了2顆“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”—宇宙-1818和宇宙-1867，它們采用了新型核反應(yīng)堆—TEU-5“白楊”，而且是世界上首批發(fā)射到太空的裝有帶熱離子轉(zhuǎn)換器的核能裝置的衛(wèi)星。這2顆衛(wèi)星顯然是用來對這種新型反應(yīng)堆和經(jīng)過改進(jìn)的“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”衛(wèi)星平臺進(jìn)行試驗的，這種平臺則是為未來的雷達(dá)型海洋偵察衛(wèi)星而設(shè)計的，這些未來衛(wèi)星將裝有功率大得多的雷達(dá)，因而能夠在更高的軌道上工作。

電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星

隔云有耳

裝有電子情報系統(tǒng)的被動型衛(wèi)星又叫“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”，也稱為US-P。它重3噸，是長17米、直徑1.3米的圓柱體，載有被動式電子接收機(jī)、十字交叉干涉儀天線陣(利用2個天線接收信號的相位差來確定目標(biāo)的方向角)，使用的傳輸頻率為166兆赫。它把要接收和檢測的信號分為4個波段，每個波段都有3個不同基線干涉儀的正交天線陣。這種衛(wèi)星一般成對工作在高450千米、傾角65°的圓軌道上，壽命8～12個月，后經(jīng)改進(jìn)延長到2年，地面軌跡的重復(fù)周期也由4天減為3天。

星上的被動式電子情報系統(tǒng)有一副X形天線裝在衛(wèi)星平臺朝向地球的一面，它與民用“海洋”衛(wèi)星上所用的天線相似。該系統(tǒng)以“發(fā)現(xiàn)-傳輸”的方式直接接收來自衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，然后將所選目標(biāo)的坐標(biāo)輸入到反艦導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)。

平臺差異

運(yùn)行在略高一點(diǎn)軌道上的“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”用太陽電池翼為其供電。它雖采用與“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”相同的平臺結(jié)構(gòu)，但在某些方面卻有所不同?！半娮有秃Ｑ蟊O(jiān)視衛(wèi)星”平臺主體的直徑與“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”相同，也是1.3米，但它要長得多，達(dá)17米。衛(wèi)星總質(zhì)量3000千克。圓柱形平臺外面裝有2個大型太陽電池翼，其長度約為主體的2倍半。

衛(wèi)星攜帶一臺推力為300～600千克的主發(fā)動機(jī)，其用途與“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”上的相同。此外還攜帶一組共4臺10千克推力的姿控發(fā)動機(jī)。

飛行剖面

“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)的主要任務(wù)是，通過記錄所接收到的電子信號類型并確定發(fā)射機(jī)相對于衛(wèi)星位置所處的方向來探測海上艦只目標(biāo)。這些信息經(jīng)由數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星被近實時地中繼給地面站和海基艦艇。然后，在地面上通過計算機(jī)或分析人員將來自幾顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行快速分析，就可準(zhǔn)確判定發(fā)射源的位置和類型。由于“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”的偵察目標(biāo)通常是移動的，所以頻繁地飛越目標(biāo)對于保證目標(biāo)方位信息準(zhǔn)確可靠至關(guān)重要。

不過，“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”星座同樣無法進(jìn)行潛艇探測。

工作情況

1986年，“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)顯示了2種新的飛行剖面：2月發(fā)射的宇宙-1735在高度為405千米×420千米、傾角為65°的軌道上飛行，這一軌道略低于通常的軌道，但地面軌跡每3天即每46圈重復(fù)一次。這一新的軌道高度使得“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”系統(tǒng)最終于1988年5月，以一個3星星座而不是更為復(fù)雜的4星星座實現(xiàn)了對目標(biāo)的完全覆蓋。而3月發(fā)射的宇宙-1737則采用另一種新飛行剖面，其軌道傾角是73.4°，衛(wèi)星在持續(xù)46天的飛行中仍保持每3天重復(fù)一次地面軌跡。

到1989年，首次建立了一個由4顆“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”組成的星座，這4顆衛(wèi)星分別運(yùn)行在2個軌道面上，這兩個軌道在赤道上間隔172°。4顆衛(wèi)星共用一組共46個升交點(diǎn)，而且每3天重復(fù)一次，因而能準(zhǔn)確偵察海上目標(biāo)動向。后來，在1990年，該星座有一小段時間擴(kuò)充到了破紀(jì)錄的6顆衛(wèi)星，這一舉動多半是為了彌補(bǔ)“雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”星座的缺乏。理想的“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”星座應(yīng)由6顆衛(wèi)星組成，它們運(yùn)行在兩個間隔145°的軌道面上，每一軌道面上的3顆衛(wèi)星間距均等。

改進(jìn)衛(wèi)星

自1986年的宇宙-1769之后再沒有別的衛(wèi)星采用老的飛行剖面了，這說明老型衛(wèi)星自那時起已停止飛行。新型衛(wèi)星除了采用新的飛行剖面外，還采用了一種新的飛行結(jié)束方式：利用軌道機(jī)動降低其近地點(diǎn)高度來結(jié)束飛行，因而便于衛(wèi)星快速從軌道上衰減。

“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”星座有3種型號：US-P(原型)；US-PU(改進(jìn)型)；US-PM(改進(jìn)型)。US-P衛(wèi)星大概在1974～1986年期間飛行，US-PM型衛(wèi)星大概自1986年以宇宙-1735開始飛行。1989年10月，US-PM改進(jìn)型衛(wèi)星投入使用，這意味著新的飛行剖面效果良好。