法國“太陽神”光學(xué)成像偵察衛(wèi)星系統(tǒng)簡介

□□2009年12月18日，法國國防部利用阿里安－5GS運(yùn)載火箭在圭亞那航天發(fā)射場成功發(fā)射太陽神－2B（Helios－2B）光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。目前，在軌的“太陽神”衛(wèi)星共計(jì)3顆，分別是太陽神－1A、2A和2B。其中，太陽神－1A衛(wèi)星運(yùn)行于距地680km的太陽同步極軌道，在軌服役超過15年；太陽神－2A衛(wèi)星運(yùn)行于距地660km的太陽同步極軌道，在軌服役約5年。太陽神－2B衛(wèi)星在實(shí)施一系列的光學(xué)儀器在軌測試后，于2010年3月交付使用。

1 發(fā)展概況

隨著世界政治軍事格局逐步轉(zhuǎn)向多極化，作為北約和歐盟組織重要成員的法國在全球范圍內(nèi)所擔(dān)負(fù)的軍事和維和任務(wù)也日益增多，對于相關(guān)的可有效保障法軍軍事行動的、可靠的軍事與地理空間情報(bào)需求量隨之猛增。但限于技術(shù)和手段，法國在衛(wèi)星偵察情報(bào)資源方面嚴(yán)重依賴于美國。為擺脫對美國的依賴性和建立相對獨(dú)立可靠的衛(wèi)星情報(bào)來源，法國利用研發(fā)“斯波特”（SPOT）系列軍民兩用衛(wèi)星積累的成功經(jīng)驗(yàn)，于1977年制定了旨在提高法國軍方戰(zhàn)場監(jiān)視、軍事制圖、目標(biāo)定位與戰(zhàn)場損傷評估等軍事能力的“薩姆羅”（SAMRO）純軍事用途的光學(xué)偵察衛(wèi)星研發(fā)計(jì)劃，1985年12月，“薩姆羅”計(jì)劃正式更名為“太陽神”（Helios），具體研發(fā)工作由法國國防部采辦局和負(fù)責(zé)“斯波特”衛(wèi)星運(yùn)行的國家空間研究中心（CNES）聯(lián)合實(shí)施。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，多場局部戰(zhàn)爭特別是海灣戰(zhàn)爭期間，美軍利用衛(wèi)星等高科技裝備對伊拉克部隊(duì)實(shí)施全天候監(jiān)控，并為聯(lián)軍部隊(duì)提供包括偵察、通信、預(yù)警、導(dǎo)航和氣象等全面的作戰(zhàn)保障，最終在短時間內(nèi)取得了勝利，為此，法國加快了“太陽神”系列衛(wèi)星的研制步伐。而出于資金和技術(shù)合作的考慮，法國還先后與意大利和西班牙簽署協(xié)議，將兩國納入太陽神－1系列的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并允許其分享和使用太陽神－1衛(wèi)星發(fā)射后所拍攝到的影像資料。為此，意大利承擔(dān)了20億美元總研制費(fèi)用的14%，西班牙承擔(dān)7%，法國則負(fù)責(zé)其余的79%。1995年7月7日，太陽神－1A成功發(fā)射，這也是歐洲的首顆軍用光學(xué)成像衛(wèi)星。1999年12月3日，法國再度成功發(fā)射太陽神－1B衛(wèi)星。

雖然2顆太陽神－1系列衛(wèi)星的升空大大緩解了法國和歐盟國家的軍事情報(bào)需求，但由于該系列衛(wèi)星的分辨率僅有1m，且不具備全天候成像能力。因此在確認(rèn)某些國家（如伊拉克）是否存在大規(guī)模殺傷性武器、具體襲擊目標(biāo)選擇等方面仍面臨諸多困難。為了解決上述問題，法國1994年4月啟動太陽神－2偵察衛(wèi)星的方案論證工作，計(jì)劃耗資30億美元研制2顆新的光學(xué)偵察衛(wèi)星及建設(shè)地面控制中心，比利時、西班牙、意大利、希臘四國各出資金的2.5%，以分享衛(wèi)星圖像。為強(qiáng)化合作，法國還與德國和意大利簽署了國家天基偵察網(wǎng)圖像共享協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議，德國和意大利可獲取法國太陽神－2偵察衛(wèi)星圖像，而作為交換，法國能獲取德國分辨率優(yōu)于1m的、由五星組網(wǎng)的“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”（SAR-Lupe）衛(wèi)星星座和意大利“地中海盆地小衛(wèi)星觀測星座”（COSMO-SkyMed）系列雷達(dá)衛(wèi)星圖像。2004年10月，運(yùn)行5年的太陽神－1B衛(wèi)星因電源系統(tǒng)故障停用，為彌補(bǔ)偵察空隙，法國于當(dāng)年的12月緊急發(fā)射了太陽神－2系列的首顆衛(wèi)星——太陽神－2A。該系列衛(wèi)星每天可繞地球14圈，拍攝照片數(shù)量由太陽神－1系列的每天12張?jiān)黾又?00余張，分辨率也由1m提高到數(shù)十厘米，并增加了紅外攝像功能，初步具備了夜間偵察、偽裝識別、導(dǎo)彈發(fā)射監(jiān)視和核爆炸探測等能力。

由于設(shè)計(jì)壽命僅為5年的太陽神－1A衛(wèi)星目前已處于大大超期服役狀態(tài)，為保障衛(wèi)星情報(bào)獲取的可靠性和連續(xù)性，法國國防部于2009年12月發(fā)射了太陽神－2B衛(wèi)星。該衛(wèi)星與太陽神－1A衛(wèi)星屬于同批衛(wèi)星，分辨率達(dá)到了0.35m。

未來的太陽神－3系列衛(wèi)星由歐洲各國聯(lián)合研制，預(yù)計(jì)搭載紅外遙感器和合成孔徑雷達(dá)其可見光遙感器分辨率將達(dá)到0.1m。

2 衛(wèi)星介紹

太陽神－1系列

太陽神－1系列由太陽神－1A、1B兩顆衛(wèi)星和相應(yīng)的地面設(shè)施組成，衛(wèi)星質(zhì)量約2500kg，設(shè)計(jì)壽命5年，由一塊GSR－3型太陽電池翼負(fù)責(zé)供給電源，功率為2.1kW。太陽神－1系列衛(wèi)星基于斯波特－4衛(wèi)星平臺設(shè)計(jì)，兩者主要區(qū)別在于分辨率和衛(wèi)星與地面之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換加密能力。太陽神－1系列衛(wèi)星的主要星載偵察設(shè)備包括推掃式CCD相機(jī)、紅外探測器等，并裝有對雷達(dá)信號和無線電通信信息實(shí)施偵察的電子偵察設(shè)備。由于該系列衛(wèi)星采取了新型的數(shù)字光學(xué)成像系統(tǒng)和120Mbit容量的新型數(shù)據(jù)磁記錄儀，因此其性能比斯波特－4衛(wèi)星有所提高，可利用可見光、0.5～0.9mm和1.6～1.75μm的紅外線進(jìn)行拍攝，并提供衛(wèi)星視場60km×60km、分辨率約1m的數(shù)字圖像。在軌期間，太陽神－1系列衛(wèi)星每年約向地面?zhèn)魉?萬多幅圖像。

1995年7月7日，太陽神－1A被成功送入近地點(diǎn)680km、遠(yuǎn)地點(diǎn)682km的太陽同步極軌道，軌道傾角98.10°，運(yùn)行周期為98.40min。1999年12月3日，太陽神－1B衛(wèi)星被成功送入與太陽神－1A大致相同的太陽同步極軌道，由于電源系統(tǒng)故障等原因，該衛(wèi)星被迫于2004年10月停用。在軌期間，兩顆太陽神－1系列衛(wèi)星進(jìn)行了協(xié)同工作，并將地面目標(biāo)重訪周期由48h縮短為24h。

太陽神－2系列

太陽神－2系列也由兩顆衛(wèi)星組成，分別是太陽神－2A和2B。該系列衛(wèi)星采用與斯波特－5衛(wèi)星相同的平臺，質(zhì)量為4200kg，設(shè)計(jì)壽命5年，衛(wèi)星尺寸約為6m×3.6m×3.4m，采取三軸姿態(tài)穩(wěn)定方式，地面分辨率最高可達(dá)0.35m，換言之，太陽神－2系列衛(wèi)星可觀測到地面猶如一本練習(xí)簿大小的目標(biāo)物體，傳回的圖像可清晰分辨出機(jī)翼下外掛炸彈的型號或是輔助燃料箱的大小。太陽神－2衛(wèi)星載有2個遙感器，一個是類似斯波特－5衛(wèi)星使用的、從可見光到低紅外頻譜的寬視場遙感器，另一個是由阿爾卡特公司（現(xiàn)為泰雷茲-阿萊尼亞公司）生產(chǎn)的特高分辨率遙感器。與太陽神－1衛(wèi)星相比，太陽神－2系統(tǒng)可提供在分辨率、對比度和電子噪聲方面具有更高質(zhì)量的圖像，以及更多圖像數(shù)量和更快獲取分發(fā)速度的能力。尤其重要的是，由于裝備了新型紅外線攝像設(shè)備，太陽神－2系列衛(wèi)星初步具備了包括晝夜24h的全天候?qū)Φ赜^測能力，并可根據(jù)目標(biāo)物體的溫度變化來判斷地面的汽車、坦克或飛機(jī)乃至核反應(yīng)堆是否準(zhǔn)備啟動等。

太陽神－2A衛(wèi)星是法國、比利時、西班牙三國的合作項(xiàng)目，由法國國家空間研究中心負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，由歐洲航空航天防務(wù)公司總體承制。2004年12月18日，太陽神－2A衛(wèi)星順利進(jìn)入近地點(diǎn)686.8km、遠(yuǎn)地點(diǎn)688.9km的太陽同步極軌道，軌道傾角98.1°，軌道周期98.4min。2005年3月，該衛(wèi)星正式開始向地面站點(diǎn)發(fā)送圖像數(shù)據(jù)資料，每天可傳回上百張高清晰度圖像。根據(jù)法國軍方總參謀部的介紹，太陽神－2A衛(wèi)星主要承擔(dān)三方面任務(wù)：首先，搜集軍方所需要的信息資料，例如對某些國家的核設(shè)施實(shí)施監(jiān)控，提供相關(guān)的信息資料；其次，實(shí)施地理探測，快速繪制軍方以前沒掌握的國家和地區(qū)的三維立體數(shù)字地圖模型，例如阿富汗等；最后，通過識別和鑒定軍事設(shè)施與武器裝備，以便在軍事行動中及時尋準(zhǔn)和確定襲擊目標(biāo)。此外，通過太陽神－2A衛(wèi)星，法國及其盟友可以順利實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位和制導(dǎo)，并支持信息化作戰(zhàn)行動。

太陽神－2B衛(wèi)星因諸多原因曾多次延遲發(fā)射，最后于2009年12月18日成功入軌。衛(wèi)星起飛質(zhì)量約4200kg，分辨率達(dá)0.35m。該衛(wèi)星由法國、比利時、西班牙、意大利及希臘共同合作完成，主承包商是阿斯特留姆公司，其歐洲工業(yè)團(tuán)隊(duì)還包括泰雷茲-阿萊尼亞航天公司，后者負(fù)責(zé)提供偵察衛(wèi)星的高清成像設(shè)備。法國國防采購局（DGA）負(fù)責(zé)管理太陽神－2B計(jì)劃，將空間段的合同授予權(quán)分派給法國國家空間研究中心。

3 地面段

“太陽神”衛(wèi)星系統(tǒng)的地面段主要包括：法國克雷伊控制中心（設(shè)于法國克雷伊空軍基地內(nèi)），意大利、比利時、西班牙、希臘和德國等參與研發(fā)國內(nèi)設(shè)立的衛(wèi)星接收分析中心，以及多套天線和基礎(chǔ)設(shè)備。目前，該衛(wèi)星主控制中心設(shè)在法國克雷伊空軍基地，法國國家空間研究中心負(fù)責(zé)控制中心的建造與運(yùn)行，通過自有的跟蹤站網(wǎng)絡(luò)對“太陽神”衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測，并利用控制中心的工作程序來生成和傳輸指令，包括衛(wèi)星圖像的加密等。法國還將接收到的相關(guān)圖像送往法國軍事情報(bào)局負(fù)責(zé)判讀。其他參與國則分別設(shè)立2個中心，即1個主中心和1個圖像遙測接收中心，中心裝備有接收、存儲和處理圖像的系統(tǒng)以及相應(yīng)的天線設(shè)備。其中，原本僅能接收太陽神－1衛(wèi)星信號的西班牙托雷瓊衛(wèi)星中心（設(shè)于西班牙馬德里附近的托雷瓊空軍基地內(nèi)）已完成地面系統(tǒng)升級工作，并可安全地接收太陽神－2衛(wèi)星傳輸?shù)膱D像。

4 結(jié)語

對于“太陽神”衛(wèi)星計(jì)劃，法國軍方自立項(xiàng)伊始就予以了高度重視，法國軍方總參謀部官員曾指出，“我們不掌握自己的情報(bào)來源，那我們就不能百分之百地肯定所獲得的數(shù)據(jù)沒有被修改，因?yàn)閿?shù)字圖像是可以作假的”。而“太陽神”項(xiàng)目恰好可以確保法國在軍事情報(bào)方面的國家主權(quán)得到保障。在軍事應(yīng)用中，“太陽神”系列衛(wèi)星已在科索沃等戰(zhàn)爭中得到了實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，包括對襲擊目標(biāo)的繪制對比、核設(shè)施檢測等方面，并取得明顯成效。而作為未來歐洲“多國天基成像系統(tǒng)”（MUSIS）的技術(shù)儲備項(xiàng)目之一，“太陽神”衛(wèi)星系統(tǒng)更可為“多國天基成像系統(tǒng)”衛(wèi)星在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口設(shè)計(jì)、圖像分發(fā)和共享等諸多方面提供借鑒，推動歐洲國家從簡單地“付費(fèi)使用”轉(zhuǎn)為“聯(lián)合研發(fā)”。可以預(yù)見，隨著太陽神－3等后續(xù)衛(wèi)星的相繼研制和發(fā)射，法國及盟友必將獲得更為先進(jìn)和有效的偵察手段，進(jìn)一步擺脫對美國的依賴，從而推動和實(shí)現(xiàn)軍事力量的獨(dú)立發(fā)展。■