美國(guó)作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空計(jì)劃中的衛(wèi)星發(fā)展近況

張睿 李智（裝備指揮技術(shù)學(xué)院）

□□隨著空間技術(shù)的發(fā)展，美軍的軍事行動(dòng)越來(lái)越依賴于各種衛(wèi)星。然而，由于其空間系統(tǒng)缺乏必要的靈活性和軌道機(jī)動(dòng)能力，容易受到攻擊，而且快速響應(yīng)能力有限，無(wú)法對(duì)空間系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)充，昂貴的發(fā)射成本也在很大程度上制約了向太空發(fā)射載荷的質(zhì)量和數(shù)量。為了解決空間系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，美國(guó)提出了作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空（ORS）的概念。2000年，在空軍提出“大規(guī)模生產(chǎn)”小衛(wèi)星的概念后，猶他州大學(xué)空間動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了小衛(wèi)星生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的流水線化，每顆衛(wèi)星可節(jié)省100萬(wàn)美元，并且大大加快了應(yīng)急發(fā)射的響應(yīng)速度。2003年，美國(guó)國(guó)防部轉(zhuǎn)型辦公室正式提出“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”（TacSat）的概念，其基本理念是構(gòu)建低成本且具備快速反應(yīng)能力的空間平臺(tái)，衛(wèi)星的使用范圍由軍師級(jí)擴(kuò)展到戰(zhàn)區(qū)各級(jí)指揮員。

目前，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室已完成了戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4有效載荷的所有環(huán)境與性能測(cè)試。該衛(wèi)星原計(jì)劃2009年秋季發(fā)射，但因火箭出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題及美國(guó)國(guó)防部任務(wù)優(yōu)先級(jí)的變更，發(fā)射時(shí)間推遲到2010年8月。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1

1 戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1是一顆低分辨率光學(xué)成像小衛(wèi)星，質(zhì)量為109kg，由美國(guó)國(guó)防部轉(zhuǎn)型辦公室和海軍研究實(shí)驗(yàn)室共同研發(fā)，結(jié)合了成熟的軍事和商業(yè)衛(wèi)星技術(shù)。它的設(shè)計(jì)原理取自傳統(tǒng)衛(wèi)星和無(wú)人空間飛行器的功能和硬件設(shè)計(jì)。該衛(wèi)星驗(yàn)證的3個(gè)重要功能包括：①空中和空間設(shè)備的協(xié)作；②載荷的戰(zhàn)術(shù)控制和通過(guò)保密I P路由網(wǎng)絡(luò)（SIPRNET）的數(shù)據(jù)分發(fā)；③特殊發(fā)射器性能，它是一種信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)，能夠全天候、遠(yuǎn)程跟蹤地基和海基雷達(dá)。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1攜帶有可見(jiàn)光成像儀和紅外成像儀兩個(gè)光學(xué)載荷。紅外成像儀使用的是微測(cè)輻射熱計(jì)FPA，由于不需要低溫冷卻，因此質(zhì)量更輕，體積更小，能耗更低。紅外成像儀的探測(cè)范圍為7.5～12μm，探測(cè)精度為850m；可見(jiàn)光成像儀的探測(cè)精度為70m。

根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的最初設(shè)想，一旦“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”發(fā)射成功，地面部隊(duì)將可以直接對(duì)星上遙感器發(fā)出指令，并通過(guò)美國(guó)政府的保密IP路由網(wǎng)絡(luò)獲得需要的數(shù)據(jù)。然而，由于2007年8月戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2的發(fā)射已驗(yàn)證了戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1需要驗(yàn)證的大部分技術(shù)，戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1的發(fā)射被取消。后來(lái)有報(bào)道稱，戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1將在獵鷹－1（Falcon－1）火箭第6次發(fā)射時(shí)升空，并更名為戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1A。

2 戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2[又名聯(lián)合作戰(zhàn)空間－1（JWS－1）]是一顆全色光學(xué)成像小衛(wèi)星，于2006年12月16日由“人牛怪”（Minotaur）火箭發(fā)射至362km上空。衛(wèi)星質(zhì)量為370kg，由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室研制。其主要任務(wù)是：了解快速部署衛(wèi)星的工程技術(shù)；了解快速研制新衛(wèi)星和有效載荷的要求和限制；了解小衛(wèi)星之間如何相互引導(dǎo)才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2

2007年4月，美國(guó)空軍開(kāi)始利用戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2搜集圖像，共進(jìn)行了11項(xiàng)試驗(yàn)，其中最重要的是地球表面成像（ESI）試驗(yàn)和目標(biāo)指示器試驗(yàn)（TIE）。地球表面成像儀是戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2主要有效載荷，它采用仙童公司（Fairchild）成像CCD583時(shí)間延遲積分線性掃描陣列，以大約9600線/秒的速率進(jìn)行采樣，地面采樣距離為0.9m。運(yùn)行在近地軌道的戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2具有較高的地面掃描速率（衛(wèi)星地面軌跡速率為715km/s）。目標(biāo)指示器試驗(yàn)設(shè)備主要用于驗(yàn)證與戰(zhàn)術(shù)有關(guān)的作戰(zhàn)能力，完成實(shí)時(shí)信號(hào)定位，利用天基或航空采集平臺(tái)的無(wú)線電頻率信號(hào)進(jìn)行采集和成像系統(tǒng)試驗(yàn)，另外，該設(shè)備還可以在軌道上重新編程，從而捕獲新目標(biāo)。目標(biāo)指示器試驗(yàn)設(shè)備在戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1上使用過(guò)，功率為70W，而戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2上改進(jìn)后的目標(biāo)指示器試驗(yàn)設(shè)備的功率僅為7W。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2在2007年12月停止運(yùn)行。

3 戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3

2009年5月19日，美國(guó)空軍的“人牛怪”火箭將戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3發(fā)射升空，軌道高度約為425km，同時(shí)入軌的還有美國(guó)航空航天局（NASA）的1顆PharmaSat微衛(wèi)星和3顆立方體衛(wèi)星（CubeSat）。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3于2004年開(kāi)始設(shè)計(jì)，原計(jì)劃2007年發(fā)射，后因衛(wèi)星設(shè)備出現(xiàn)多種問(wèn)題而推遲2年。衛(wèi)星質(zhì)量為400kg，由空軍研究實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)管理。該項(xiàng)目的目標(biāo)是研制快速響應(yīng)、具有靈活性和經(jīng)濟(jì)上可負(fù)擔(dān)的太空作戰(zhàn)系統(tǒng)。另外，美國(guó)國(guó)防部力量轉(zhuǎn)型辦公室還將利用這顆衛(wèi)星試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化模塊用于后續(xù)“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”任務(wù)的適應(yīng)性。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3攜帶3種有效載荷。

先進(jìn)響應(yīng)型戰(zhàn)術(shù)有效軍用成像光譜儀（ARTEMIS） 它是一臺(tái)高分辨率的超光譜成像儀，能實(shí)現(xiàn)制定戰(zhàn)術(shù)決策的下級(jí)指揮官快速詢問(wèn)和接收有關(guān)敵方部隊(duì)與設(shè)備方面的信息。該成像光譜儀由雷神公司制造，光譜范圍覆蓋可見(jiàn)光到短波，由高精度全色成像光譜儀、望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)器件、焦平面陣列和可控/輸出電子裝置構(gòu)成。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3

海洋數(shù)據(jù)遙測(cè)微衛(wèi)星鏈路（ODTML） 它由海軍研究辦公室提供，作為衛(wèi)星的第2級(jí)有效載荷，能夠快速向作戰(zhàn)者提供通信信息，如把采集到的海上浮標(biāo)的信息發(fā)向地面站，再由后者傳給作戰(zhàn)人員。

空間電子試驗(yàn)（SAE）有效載荷 它利用重新編程部件把有效載荷和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)集成起來(lái)，使之具有更強(qiáng)大的功能。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3運(yùn)用了用戶友好軟件，向官員們展示及時(shí)響應(yīng)型衛(wèi)星對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上下級(jí)指揮官的價(jià)值。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－3項(xiàng)目經(jīng)理表示，希望能建成一種天基支持軍事的全新范例。該衛(wèi)星在2009年年底參加陸軍的實(shí)驗(yàn)，展示其接收戰(zhàn)區(qū)指揮信息，收集圖像，并將成果下行到戰(zhàn)地士兵手中的能力。

4 后續(xù)衛(wèi)星

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4質(zhì)量約為363kg，用于驗(yàn)證超視距通信。除了為部隊(duì)與其視線之外的其他部隊(duì)提供通信聯(lián)系外，這顆衛(wèi)星還能為配置跟蹤裝置的友軍提供數(shù)據(jù)中繼，監(jiān)控友軍的位置，避免發(fā)生友軍間誤傷事件。此外，它還可用于中繼海上浮標(biāo)發(fā)出的信息。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)特高頻（UHF）通信轉(zhuǎn)發(fā)器，與大型軍事衛(wèi)星“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”（MUOS）類似。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－1～3成像衛(wèi)星都運(yùn)行在450km的近地軌道，而戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4運(yùn)行在近地點(diǎn)為400km、遠(yuǎn)地點(diǎn)為12000km的橢圓軌道上，這樣既能對(duì)感興趣的地區(qū)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的觀察，又能提高通信載荷的利用效率。該衛(wèi)星由美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室主管，海軍研究辦公室和力量轉(zhuǎn)型辦公室也參與其中。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－5將是一顆軍事偵察衛(wèi)星，質(zhì)量不足400kg，成本不超過(guò)2000萬(wàn)美元，運(yùn)行壽命1～3年。該項(xiàng)目于2007年啟動(dòng)，由空軍研究實(shí)驗(yàn)室和作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空辦公室合作進(jìn)行管理。2009年1月，空軍研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了發(fā)展戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－5的廣泛機(jī)構(gòu)公告，但目前該任務(wù)還不明確。新的衛(wèi)星平臺(tái)將符合美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室即插即用電子標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2012年發(fā)射。

作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空衛(wèi)星－1（ORS Sat－1）是作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空計(jì)劃的第一顆實(shí)用型衛(wèi)星，將提供地面部隊(duì)指揮官指定區(qū)域的彩色圖像，還將運(yùn)用已有的地面系統(tǒng)處理和分發(fā)圖像等其他信息到戰(zhàn)場(chǎng)，其設(shè)計(jì)將滿足美國(guó)關(guān)鍵指揮情報(bào)、偵察和監(jiān)視的需求。衛(wèi)星將在2010年由人牛怪－1火箭發(fā)射，其上有一臺(tái)U－2間諜機(jī)上使用的攝像機(jī)。另外，作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空衛(wèi)星－2將攜帶一個(gè)成像雷達(dá)有效載荷，以便為部隊(duì)提供全氣候的夜視能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

要想在12個(gè)月內(nèi)完成衛(wèi)星的制造并投入使用，關(guān)鍵在于衛(wèi)星載荷平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，還需要能快速組裝和發(fā)射的基礎(chǔ)設(shè)施。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2、3的成功發(fā)射和在軌運(yùn)行驗(yàn)證了衛(wèi)星快速制造、發(fā)射和運(yùn)行及多種有效載荷技術(shù)，試驗(yàn)證明作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空概念在技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的。后續(xù)的“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”任務(wù)將繼續(xù)驗(yàn)證不同載荷在作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空任務(wù)中的能力，同時(shí)也將從不同軌道高度進(jìn)行驗(yàn)證，如戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4，而戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－5將滿足即插即用的航天電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，加速了平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”發(fā)展的模式和理念，對(duì)我國(guó)衛(wèi)星的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。