美軍成像偵察衛(wèi)星的未來發(fā)展

徐　鵬

美國高分辨率的“鎖眼－12”光學(xué)偵察衛(wèi)星和“長曲棍球”雷達(dá)偵察衛(wèi)星，分別于1992年和1988年開始服役，此后推出的“未來成像體系結(jié)構(gòu)”和“空間雷達(dá)”軍用成像偵察衛(wèi)星升級(jí)計(jì)劃.都因技術(shù).經(jīng)費(fèi)與進(jìn)度等問題而被迫中止。為避免偵察衛(wèi)星覆蓋范圍出現(xiàn)空白.美國奧巴馬政府推出了名為“下一代光電系統(tǒng)”的新的光學(xué)偵察衛(wèi)星計(jì)劃.該計(jì)劃還有待國會(huì)的批準(zhǔn).而新的雷達(dá)偵察衛(wèi)星計(jì)劃還處于醞釀當(dāng)中。為鞏固美國一直以來在成像偵察領(lǐng)域占據(jù)的領(lǐng)先地位.其未來軍用成像偵察衛(wèi)星如何發(fā)展已引起了普遍關(guān)注。

世界領(lǐng)先的在軌衛(wèi)星

美國目前有3種類型的成像偵察衛(wèi)星在軌.共計(jì)6顆，分別為：3顆“鎖眼-12”(KH－12)衛(wèi)星.編號(hào)分別是uSA－186.USA-161和USA－116；2顆“長曲棍球”(Lacrosse)衛(wèi)星.編號(hào)分別是USA－1 82和USA-152；1顆“增強(qiáng)型成像系統(tǒng)”(EIS)衛(wèi)星.又稱8X衛(wèi)星.編號(hào)為USA－144。這些偵察衛(wèi)星協(xié)同工作.可以有效地對(duì)關(guān)注地區(qū)進(jìn)行偵察與監(jiān)視.并在幾次局部戰(zhàn)爭的偵察監(jiān)視和戰(zhàn)時(shí)打擊效果評(píng)估中發(fā)揮了重要的作用。

KH－12衛(wèi)星又稱改進(jìn)型KH-11衛(wèi)星.從1992年起累計(jì)發(fā)射5顆。KH－12衛(wèi)星直徑3.8米，長15米.重約10噸(燃料約為5～7噸).單星造價(jià)約10億美元。KH-12衛(wèi)星可見光分辨率為0.1～0.15米.紅外分辨率為0.6～1米。KH－12衛(wèi)星一天可飛越目標(biāo)區(qū)域兩次.具有側(cè)擺成像功能.能對(duì)飛行軌跡東西兩側(cè)區(qū)域成像。

“長曲棍球”衛(wèi)星從1988年起累計(jì)發(fā)射5顆.重14.5噸.單星造價(jià)約10億美元。星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像分辨率為0.3～1米.具有對(duì)星下點(diǎn)東西兩側(cè)成像的功能。SAR衛(wèi)星具有穿破云霧的偵察能力，既可彌補(bǔ)可見光偵察的不足.又可提高時(shí)間分辨率。

8x衛(wèi)星同時(shí)載有光學(xué)偵察相機(jī)和合成孔徑雷達(dá).僅在1999年5月發(fā)射一顆。8X衛(wèi)星單星造價(jià)約15億美元.運(yùn)行軌道與其他成像偵察衛(wèi)星不同.采用高度800千米、傾角63.4°的圓軌道。此外.美國政府還購買高分辨率商業(yè)成像衛(wèi)星的圖像.作為天基偵察能力的補(bǔ)充。目前在軌的高分辨率商業(yè)成像衛(wèi)星有4顆，其中2008年9月發(fā)射的“地球眼-1”衛(wèi)星成像分辨率達(dá)到0.41米。

美國的成像偵察衛(wèi)星是國家情報(bào)資產(chǎn).由國家偵察局(NRO)負(fù)責(zé)研制.主要面向國家情報(bào)部門的需求，可提供敏感地區(qū)重要軍事目標(biāo)的高分辨率照片.但是成像幅寬較窄.被形容為“用麥管看地球”.無法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對(duì)戰(zhàn)場進(jìn)行連續(xù)且實(shí)時(shí)的偵察與監(jiān)視的需求.特別是缺乏廣域戰(zhàn)場偵察與監(jiān)視能力和移動(dòng)目標(biāo)指示能力。為此美國提出研制“未來成像體系結(jié)構(gòu)”(FIA)衛(wèi)星。

幾度夭折的升級(jí)計(jì)劃

為了解決海灣戰(zhàn)爭中暴露出的偵察衛(wèi)星廣域偵察能力差的問題.NRO提出了兩種解決方案：一是將成像衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道，好處是提高目標(biāo)的持續(xù)覆蓋時(shí)間，缺點(diǎn)是延長了衛(wèi)星重訪周期.8X衛(wèi)星就是這種解決方案的嘗試。但是8X在“鎖眼”衛(wèi)星的基礎(chǔ)上增加雷達(dá)成像能力，還是沒有改變單星造價(jià)昂貴而無法批量部署的困境；二是降低單個(gè)衛(wèi)星的成本與質(zhì)量.建立低軌衛(wèi)星星座.正是在這種設(shè)想下.NRo在1997年提出了FIA計(jì)劃。

FIA計(jì)劃發(fā)展由體積小.重量輕、功能強(qiáng)、成本低的10—12顆衛(wèi)星組成的偵察衛(wèi)星星座。FIA衛(wèi)星重約6500千克.采用太陽同步軌道.提供可見光，近紅外光學(xué)成像和合成孔徑雷達(dá)成像能力。FIA衛(wèi)星星座將使衛(wèi)星在目標(biāo)區(qū)域上空駐留時(shí)間更長、視場更廣，不僅將極大縮短重訪周期.還將使單位時(shí)間內(nèi)生成的圖像數(shù)據(jù)量達(dá)到現(xiàn)役系統(tǒng)的8～20倍。1999年9月.波音公司擊敗長期承擔(dān)偵察衛(wèi)星研制的洛克希德·馬丁公司.成為FIA計(jì)劃的主承包商。但是，F(xiàn)IA計(jì)劃提出的覆蓋范圍，地面分辨率和定位精度等技術(shù)指標(biāo).嚴(yán)重超出了波音公司的技術(shù)開發(fā)能力，F(xiàn)IA計(jì)劃面臨技術(shù)與資金的嚴(yán)峻挑戰(zhàn).于2005年被迫終止。FIA計(jì)劃的終止對(duì)美國軍用成像衛(wèi)星升級(jí)換代的影響是巨大的.因?yàn)橐坏┰谲壍摹版i眼”衛(wèi)星和“長曲棍球”衛(wèi)星數(shù)量減少或提前退役.美國將面臨偵察衛(wèi)星覆蓋范圍出現(xiàn)空白的困境。

在NRO發(fā)展FlA計(jì)劃的同時(shí).美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)在1997年提出“監(jiān)視、目標(biāo)指示和偵察衛(wèi)星”(Starlite)計(jì)劃，即小型雷達(dá)成像衛(wèi)星星座方案。該計(jì)劃一經(jīng)提出.就得到了美國國防部的支持。面對(duì)如何平衡FIA計(jì)劃和Starlite計(jì)劃之間發(fā)展目標(biāo)的矛盾.美國國防科學(xué)委員會(huì)在1998年1月出臺(tái)評(píng)估報(bào)告建議：首先.應(yīng)按照進(jìn)度安排實(shí)施FIA計(jì)劃；其次.Starlite計(jì)劃發(fā)展的能力——全天時(shí)全天候、廣域偵察、動(dòng)目標(biāo)指示等——對(duì)于軍事作戰(zhàn)極為重要.應(yīng)啟動(dòng)預(yù)先研究。

1998年4月.starlite計(jì)劃得以立項(xiàng).被更名為“發(fā)現(xiàn)者-2”計(jì)劃?！鞍l(fā)現(xiàn)者－2”衛(wèi)星星座計(jì)劃采用24顆衛(wèi)星.平均部署在8個(gè)軌道平面.軌道高度為770千米.傾角53°.覆蓋南北緯65°之間的區(qū)域.在90％的情況下能在15分鐘內(nèi)完成戰(zhàn)場指揮官的偵察需求并傳輸偵察圖像。當(dāng)星座擴(kuò)展到37穎衛(wèi)星時(shí).重訪時(shí)間為8分鐘；當(dāng)星座擴(kuò)展到48顆衛(wèi)星時(shí).重訪時(shí)間為5分鐘?！鞍l(fā)現(xiàn)者－2”計(jì)劃將具備地面移動(dòng)目標(biāo)指示(GMTI)能力.以3米的目標(biāo)定位誤差探測以2.4—107.4千米，小時(shí)移動(dòng)的目標(biāo)。2000年.由于“發(fā)現(xiàn)者-2”計(jì)劃的軍事需求不明確.加上FIA計(jì)劃嚴(yán)重超支，預(yù)算增漲1倍，國會(huì)終止了“發(fā)現(xiàn)者-2”計(jì)劃。

2001年.美空軍在“發(fā)現(xiàn)者－2”計(jì)劃的基礎(chǔ)上提出“天基雷達(dá)”(SBR，SpaceBased

Radar)計(jì)劃.以提供面移動(dòng)目標(biāo)指示(SMTI)能力、SAR成像能力.高分辨率地形信息(HRTI)。2003年.該項(xiàng)目正式啟動(dòng)，2005年更名為“空間雷達(dá)”(SR，Space

Radar)計(jì)劃?！翱臻g雷達(dá)”計(jì)劃采用21顆低軌衛(wèi)星組成星座.可提供幾乎全天時(shí)的目標(biāo)區(qū)域覆蓋能力?！翱臻g雷達(dá)”一期計(jì)劃建造由9顆衛(wèi)星組成星座.可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)65％的持續(xù)覆蓋?！翱臻g雷達(dá)”計(jì)劃自提出后.預(yù)算就被一再削減，2005財(cái)年申請(qǐng)3.27億美元.批準(zhǔn)7380萬美元；2006財(cái)年申請(qǐng)2.26億美元，批準(zhǔn)9830萬美元；2007財(cái)年申請(qǐng)2.66億美元.批準(zhǔn)1.86億美元?！翱臻g雷達(dá)”計(jì)劃自實(shí)施以來.其5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)均未成熟.包括：先進(jìn)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、綜合無線電頻率總線、低軌激光通信終端、移動(dòng)面目標(biāo)指示處理算法、廣域海洋監(jiān)視處理算法。最終.“空間雷達(dá)”計(jì)劃也因技術(shù)與資金的問題.在2008年初被美國防部終止。

“未來成像體系結(jié)構(gòu)”和“空間雷達(dá)”這兩項(xiàng)軍用成像衛(wèi)星升級(jí)計(jì)劃.均實(shí)施多年后被終止，其原因是多方面的。美國

國會(huì)總審計(jì)局(GAO)多次出臺(tái)評(píng)估報(bào)告指出重大航天采辦項(xiàng)目存在很大問題：

一是需求不定.受“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃雄心勃勃的進(jìn)取精神和海灣戰(zhàn)爭取得壓倒性勝利的樂觀情緒的雙重影響.美國在新的軍事航天計(jì)劃上過度追求系統(tǒng)能力全面和技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)。特別是軍用成像衛(wèi)星升級(jí)計(jì)劃，由于多部門參與.始終兼顧著廣域戰(zhàn)場偵察(國防部)和特定目標(biāo)詳查(國家偵察局).能力需求上存在矛盾.造成項(xiàng)目在啟動(dòng)時(shí)需求不定。同時(shí).在建立空天一體化的情報(bào)、監(jiān)視與偵察體系中.沒有認(rèn)真分析“空間雷達(dá)”計(jì)劃能力建設(shè)的重復(fù)問題.如E－8“聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)攻擊雷達(dá)系統(tǒng)”(JSTARS)和“全球鷹”無人機(jī)作用的發(fā)揮。最終.由于軍方無法說服國會(huì)建設(shè)龐大的偵察衛(wèi)星星座需求的必要性而導(dǎo)致計(jì)劃失敗。

二是技術(shù)成熟度低和低估采辦費(fèi)用。FIA計(jì)劃和SR計(jì)劃均是在技術(shù)成熟度水平較低的情況下就開始了，并且對(duì)克服技術(shù)困難過于樂觀。同時(shí).軍方為快速啟動(dòng)項(xiàng)目.對(duì)承包商沒有進(jìn)行足夠的監(jiān)督.承包商在投標(biāo)時(shí)提供不切實(shí)際的低費(fèi)用估算.造成預(yù)算增加和進(jìn)度延遲。

仍不明朗的發(fā)展前景

繼FIA計(jì)劃之后.美軍方在2007年推出了“廣域天基圖像收集者”(BASIC)計(jì)劃。首先.增加購買商業(yè)衛(wèi)星圖像的數(shù)量。目前，美國軍方與數(shù)字地球公司和地球眼公司已達(dá)成4顆成像衛(wèi)星的圖像購買合同.總價(jià)值達(dá)10億美元。數(shù)字地球公司于2007年9月發(fā)射了分辨率為0.46米的“世界觀測－1”商業(yè)成像衛(wèi)星.并計(jì)劃在2009年發(fā)射同樣分辨率的“世界觀測－2”衛(wèi)星。“地球眼”公司于2008年9月發(fā)射了分辨率為0.41米的“地球眼-1商業(yè)成像衛(wèi)星.并計(jì)劃在2011年發(fā)射分辨率為0.25米的“地球眼－2”衛(wèi)星。其次.購買和發(fā)射改型的商業(yè)成像衛(wèi)星。在2014年前后.國家偵察局將購買和發(fā)射1～2顆按照國防部和國家情報(bào)局的需求改型的商業(yè)成像衛(wèi)星。最后.研制新的偵察衛(wèi)星。國家偵察局將在2018年發(fā)射新研制的BlockⅡ偵察衛(wèi)星，其性能指標(biāo)以后確定。預(yù)計(jì)BASIc計(jì)劃總費(fèi)用將達(dá)20～40億美元。但是，受到美國政府換屆的影響.美國國會(huì)參眾兩院防務(wù)撥款委員會(huì)一致決定取消為BASIc計(jì)劃申請(qǐng)的預(yù)算和已安排的經(jīng)費(fèi).美國未來發(fā)展何種偵察衛(wèi)星將由下屆政府來決定。

2009年4月.美國新任總統(tǒng)奧巴馬批準(zhǔn)了名為“下一代光電系統(tǒng)”的新的偵察衛(wèi)星計(jì)劃.亦稱“2＋2”計(jì)劃.即制造2顆大型先進(jìn)秘密偵察衛(wèi)星；增加購買商業(yè)衛(wèi)星圖像數(shù)量.其金額之大足以使運(yùn)營公司制造與發(fā)射2顆新的商業(yè)成像衛(wèi)星。可以看出.該計(jì)劃實(shí)際上基本承襲了BASIC計(jì)劃的主要內(nèi)容.走繼續(xù)研制功能更強(qiáng)大的高分辨率系統(tǒng)和購買商業(yè)衛(wèi)星圖片相結(jié)合的發(fā)展道路。

值得關(guān)注的是.“2＋2”計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)主要來源于國家偵察局.而國防部仍然關(guān)注發(fā)展廣域偵察能力。在“空間雷達(dá)”計(jì)劃失敗后.為及時(shí)響應(yīng)戰(zhàn)場指揮官的軍事偵察需求.國防部開始著手“戰(zhàn)術(shù)星”的研發(fā)。“戰(zhàn)術(shù)星”的概念是在“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”(ORS)計(jì)劃下提出的.ORS計(jì)劃的主要目的是快速、經(jīng)濟(jì)地將載荷送入空間，為戰(zhàn)役與戰(zhàn)術(shù)軍事行動(dòng)提供近實(shí)時(shí)的空間服務(wù)。2006年12月.美軍成功發(fā)射“戰(zhàn)術(shù)星－2”(TacSat－2).星上載有直徑為0.5米的高分辨率成像儀.試驗(yàn)為戰(zhàn)區(qū)提供戰(zhàn)術(shù)級(jí)分辨率圖像的能力。2009年5月.美軍成功發(fā)射“戰(zhàn)術(shù)星－3”.星上載有“先進(jìn)及時(shí)響應(yīng)型戰(zhàn)術(shù)有效軍用超光譜成像儀”(ARTEMIS).對(duì)接受戰(zhàn)區(qū)司令指令、采集處理圖像和分發(fā)給作戰(zhàn)人員的能力進(jìn)行了演示驗(yàn)證。從ORS計(jì)劃的近期發(fā)展來看.其重點(diǎn)是探索成像偵察戰(zhàn)術(shù)小衛(wèi)星未來的戰(zhàn)場應(yīng)用能力。

美軍轉(zhuǎn)型辦公室將ORS計(jì)劃作為軍事航天能力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵.予以高度重視。美國國防部在2007年成立ORS聯(lián)合辦公室，并制定ORS計(jì)劃.加速推進(jìn)ORS能力建設(shè)。不過，ORS的應(yīng)用效果與效費(fèi)比問題還有待深入研究。美國總審計(jì)局就建議國防部.應(yīng)將發(fā)展的ORS能力納入到現(xiàn)有的情報(bào).監(jiān)視與偵察(ISR)體系中。美國分析文章也認(rèn)為依靠戰(zhàn)術(shù)星發(fā)展及時(shí)響應(yīng)的偵察能力.同樣需要發(fā)展持久覆蓋的低軌星座.其效費(fèi)比并不高。但是.戰(zhàn)術(shù)星概念的提出，無疑為在戰(zhàn)爭時(shí)期解決廣域偵察能力不足的問題提供了一條新思路。

從美國軍用成像衛(wèi)星升級(jí)計(jì)劃的發(fā)展來看.完全依靠天基系統(tǒng)提供既滿足情報(bào)需求又滿足戰(zhàn)場廣域偵察需求的全球持久覆蓋的偵察與監(jiān)視能力.在技術(shù)和經(jīng)費(fèi)上都是難以承受的。在和平時(shí)期.天基偵察的重點(diǎn)依然是對(duì)敏感軍事地區(qū)的高分辨率覆蓋：在戰(zhàn)爭時(shí)期.一方面需要從體制上解決現(xiàn)有偵察資源的快速有效的戰(zhàn)場利用問題.另一方面也要發(fā)展創(chuàng)新的偵察系統(tǒng).如“戰(zhàn)術(shù)星”.甚至是臨近空間平臺(tái)和無人偵察機(jī).來彌補(bǔ)天基偵察能力的不足。

天基系統(tǒng)在空天一體的情報(bào).監(jiān)視與偵察體系中具有重要地位.美國國家情報(bào)部門和國防部軍事航天部門在軍用偵察衛(wèi)星未來的發(fā)展上.因過分強(qiáng)調(diào)各自需求.很難達(dá)成一致。為改變這種局面.美國國會(huì)授權(quán)成立新的空間委員會(huì).建議取消國家偵察局和美空軍的空間系統(tǒng)與導(dǎo)彈中心，成立國家安全空間辦公室，以協(xié)調(diào)和監(jiān)督美軍方和情報(bào)界的航天采辦工作。雖然該委員會(huì)的建議還有待政府審議通過并批準(zhǔn)，但是這一建議表明美國政府已開始高度關(guān)注當(dāng)前軍用偵察衛(wèi)星發(fā)展多頭管理的局面。