2015年　國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展回顧

劉韜 徐冰 （北京空間科技信息研究所）

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2015年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展回顧

2015 Year in Review：
Foreign Military Earth Observation Satellites

劉韜 徐冰 （北京空間科技信息研究所）

2015年，國外共有3個國家發(fā)射了7顆軍用對地觀測衛(wèi)星，這些國家分別是俄羅斯、美國和日本，其中俄羅斯發(fā)射數(shù)量最多，達(dá)到3顆，美國2顆，日本2顆。從衛(wèi)星類型來看，光學(xué)成像偵察衛(wèi)星仍然最多，為4顆，雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星1顆，電子偵察衛(wèi)星2顆。

1 俄羅斯

俄羅斯在2015年共發(fā)射3顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，成為本年度該類衛(wèi)星發(fā)射最多的國家，大大加強了俄羅斯軍事成像偵察與測繪能力。

大幅增強軍用天基光學(xué)測繪能力

2015年2月27日，俄羅斯成功發(fā)射首顆高分辨率傳輸型軍用光學(xué)測繪衛(wèi)星—獵豹－M1（Bars－M1）衛(wèi)星，彌補了民用資源－DK、P（Resurs－DK、P）衛(wèi)星在軍用測繪方面的能力不足，增強了軍用大比例尺天基光學(xué)測繪能力，并提高全球測繪的時效性。目前，俄羅斯已規(guī)劃6顆獵豹－M衛(wèi)星，計劃3年內(nèi)發(fā)射3顆，這將使俄羅斯具有全球高時效性軍用地圖測繪能力，為其軍事斗爭提供關(guān)鍵支撐作用。

“獵豹”項目始于20世紀(jì)90年代中期，旨在替代琥珀－1KFT（Yantar－1KFT）衛(wèi)星，但該項目在2000年初被叫停。2007年，俄羅斯重啟“天基制圖”項目，項目名稱定為獵豹－M，是“獵豹”項目的后續(xù)發(fā)展項目，由俄羅斯國防部和聯(lián)邦航天局（Roskosmos）聯(lián)合撥款。

獵豹－M衛(wèi)星代號14F148，放棄了傳統(tǒng)的“琥珀”衛(wèi)星平臺而采用新平臺，有效載荷包括雙線陣立體測繪相機和激光高度計，衛(wèi)星質(zhì)量約4t，設(shè)計壽命5年，空間分辨率最高1.1m。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)主要包括有效載荷模塊（MTsA）、服務(wù)艙（MSS）和推進系統(tǒng)（SVIT）。

俄羅斯獵豹－M衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

獵豹－M衛(wèi)星的有效載荷模塊包括“卡拉特”（Karat）雙線陣立體測繪相機和激光高度計。雙線陣立體測繪相機也稱光電復(fù)合（OEK）望遠(yuǎn)鏡，基于3個透鏡組設(shè)計。激光高度計由2個激光發(fā)射器、激光測距儀、鏡面反射器和姿態(tài)控制傳感器組成，它能夠在難以獲取地面控制點的情況下進行測量，將進一步提高測量精度。由于獵豹－M衛(wèi)星的有效載荷模塊無法承受因空間環(huán)境中溫度的劇烈變化而造成的微小變化影響，因此為確保其一直處于最佳位置狀態(tài)，被安裝在“形狀穩(wěn)定的儀器裝載平臺”（RSNKP）上。該平臺由碳基復(fù)合材料制成，具有在地球軌道最極端溫度變化條件下的精確形狀保持能力。

裝配中的俄羅斯角色－3衛(wèi)星

同月發(fā)射2顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

2015年6月5日，俄羅斯利用“聯(lián)盟”運載火箭成功發(fā)射1顆琥珀－4K2M－10返回式衛(wèi)星，也稱為鈷－M（Kobalt－M）衛(wèi)星。6月23日，俄羅斯又用“聯(lián)盟”運載火箭從同一發(fā)射中心成功發(fā)射1顆角色－3（Presona-3）光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。這2次軍用衛(wèi)星的成功發(fā)射將極大增強俄羅斯的天基偵察能力。

目前，琥珀－4K2M衛(wèi)星作為過渡型號仍在承擔(dān)偵察任務(wù)。琥珀－4K2M是琥珀－4K2衛(wèi)星的改進型，于2004年9月24日首次發(fā)射。該型衛(wèi)星由進步中央特別設(shè)計局研制，其典型配置包括“琥珀”平臺、1個主返回艙和2個小型膠卷艙。琥珀－4K2M衛(wèi)星質(zhì)量為6600kg，通常部署在高180km×330km的低地球軌道，在軌壽命從原來的60天提高到120天左右。其所拍攝圖像的最高空間分辨率可達(dá)0.2m，但從膠卷返回到交付圖像至少需要1個月左右。

“角色”是俄羅斯新一代傳輸型軍用光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，采用資源－DK衛(wèi)星平臺，而資源－DK衛(wèi)星平臺是在“琥珀”系列衛(wèi)星平臺的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。“角色”衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量6500kg，主體呈圓柱體，長7 m，最大直徑2.7m。衛(wèi)星采用太陽同步近圓軌道，軌道高732km×714km、傾角98.3°，設(shè)計壽命7年。“角色”衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)采用科爾施（Korsch）型三鏡消像散全反射望遠(yuǎn)鏡，光學(xué)口徑1.5m，焦距20m，相對孔徑f/13.3。相機焦平面單元由光學(xué)科研生產(chǎn)聯(lián)合體（NPO Opteks）研制，CCD器件采用俄羅斯電光科研生產(chǎn)聯(lián)合體（NPP Elar）研制的ELCT1080v1U型，像元尺寸9μm，星下點全色分辨率達(dá)0.33m。

角色－3衛(wèi)星帶有激光數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（BA MLSPI），可通過俄羅斯“射線”[Luch，也稱奧林帕斯－K1（Olimp－K1）]和射線－5B地球靜止軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，該激光數(shù)據(jù)通信載荷由俄羅斯精密設(shè)備股份公司（NPK SPP）研制。

2 美國

美國僅有1次軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射活動。2015 年10月8日，利用宇宙神－5（Atlas－5）運載火箭將2顆低軌電子偵察衛(wèi)星—海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)－3－7A、7B（NOSS－3－7A、7B）送入預(yù)定軌道。海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)－3系列衛(wèi)星為美軍高度保密的電子偵察衛(wèi)星，技術(shù)細(xì)節(jié)未知。此次發(fā)射的2顆衛(wèi)星是第三代第7對衛(wèi)星，由洛馬公司研制，代號“入侵者”。海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)－3系列衛(wèi)星由美國國家偵察局（NRO）負(fù)責(zé)系統(tǒng)和運行管理，主要為美國海軍提供海洋廣域監(jiān)視，監(jiān)視對方艦隊的位置、航行方向和速度。該系列衛(wèi)星質(zhì)量4t，設(shè)計壽命8年，運行于高1100km、傾角63.4°的近圓軌道。海軍海洋監(jiān)視系統(tǒng)－3采用雙星時差和頻差相結(jié)合的定位體制，對海上艦船的定位精度優(yōu)于2km。

3 日本

2015年，日本采取一系列舉動將原“航天開發(fā)僅限于和平利用”的承諾撕得粉碎，走上了快速發(fā)展軍事航天的道路。日本于2月1日發(fā)射1顆“情報收集衛(wèi)星-雷達(dá)”備份星（IGS-R Spare）。3月26日發(fā)射1顆情報收集衛(wèi)星-光學(xué)－5（IGS－O5），這顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星是日本發(fā)展的第三代首顆“情報收集衛(wèi)星-光學(xué)”，分辨率達(dá)到0.4m，具有世界先進水平。

日本“情報收集衛(wèi)星”現(xiàn)有星座和未來星座對比圖

2015年11月，日本提出新版航天基本計劃進度表，擬將現(xiàn)有“情報收集衛(wèi)星”系統(tǒng)由4顆擴展到10顆，從“成像偵察向高時效性成像偵察+高速數(shù)據(jù)傳輸”過渡，未來系統(tǒng)實戰(zhàn)能力將大幅增強；大力發(fā)展快響型偵察衛(wèi)星，涵蓋光學(xué)成像、雷達(dá)成像和電子偵察，將大幅加強其衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力。

積極發(fā)展快響型光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，完善體系能力

在體系方面，日本加速快響型衛(wèi)星的發(fā)展，如果成功部署，將成為國外第2個具備“常規(guī)+快響”能力的國家。2015年2月9日，日本防衛(wèi)省根據(jù)新版《宇宙基本計劃》的要求，提出了發(fā)展快響型小衛(wèi)星計劃的總體構(gòu)想，將發(fā)展“一旦在軌衛(wèi)星失效，可在5天內(nèi)發(fā)射應(yīng)急替代的衛(wèi)星”。日本擬通過“艾普斯龍”（Epsilon）火箭或機載空中發(fā)射系統(tǒng)，將模塊化衛(wèi)星快速發(fā)射入軌，目前重點發(fā)展能快速發(fā)射的對地觀測衛(wèi)星。日本快響型小衛(wèi)星質(zhì)量約小于500kg。

更新骨干衛(wèi)星體系星座構(gòu)型

在系統(tǒng)升級方面，2015年9月，日本宇宙政策委員會（隸屬內(nèi)閣府）下屬宇宙安全保障分會召開了成立后的第六次會議，對2016年度與空間安全相關(guān)的預(yù)算申請進行了聽審。內(nèi)閣衛(wèi)星情報中心（CSIC）向宇宙政策委員會提出了增加目前“情報收集衛(wèi)星”星座的衛(wèi)星數(shù)量，以及增加新型光學(xué)和雷達(dá)衛(wèi)星的意愿。目前，由4顆衛(wèi)星（2顆光學(xué)和2顆雷達(dá)）組成的“情報收集衛(wèi)星”星座重訪頻率低，時效性差，僅可以實現(xiàn)對任意地點進行1天1次的拍攝。因此，為了提高重訪頻率和時效性，建議把“情報收集衛(wèi)星”星座數(shù)量由現(xiàn)在的4顆增至8顆，并與2顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星配合使用。

分辨能力持續(xù)提升

在能力升級方面，2015年3月26日，日本發(fā)射了第三代首顆“情報收集衛(wèi)星-光學(xué)”業(yè)務(wù)星，此前，日本曾發(fā)射了情報收集衛(wèi)星-光學(xué)－5V試驗星，用于驗證第三代光學(xué)成像技術(shù)。與第二代光學(xué)衛(wèi)星相比，第三代衛(wèi)星分辨率進一步提高到0.4m。

4 其他國家

除上述國家在2015年發(fā)射了軍用對地觀測衛(wèi)星外，其他國家也在2015年取得相關(guān)實質(zhì)性進展。

以色列升級光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

2015年，以色列曝光了新型軍民兩用衛(wèi)星發(fā)展計劃。以色列商業(yè)衛(wèi)星圖像提供商—圖像衛(wèi)星國際公司（ImageSat）正在研制地球遙感觀測衛(wèi)星－C（EROS－C），以色列航空航天工業(yè)公司（IAI）是主承包商，預(yù)計2017年后發(fā)射。地球遙感觀測衛(wèi)星－C的分辨率將達(dá)到美國數(shù)字地球公司（DigitalGlobe）世界觀測-3（WorldView-3）0.3m分辨率水平。

圖像衛(wèi)星國際公司表示當(dāng)前地球遙感觀測衛(wèi)星－B的0.7m分辨率圖像能夠滿足軍事用戶需求，但是市場對圖像的需求正朝著越來越高的分辨率發(fā)展。在地球遙感觀測衛(wèi)星－C論證中，以色列航空航天工業(yè)公司和圖像衛(wèi)星國際公司否定了重采樣方案，原因是重采樣圖像信息量較少。目前，除美國數(shù)字地球公司外，其他商業(yè)衛(wèi)星圖像提供商的數(shù)據(jù)產(chǎn)品分辨率基本都低于0.7m，雖然空客防務(wù)與航天公司（ABS）發(fā)布的產(chǎn)品分辨率可達(dá)0.5m，但相關(guān)產(chǎn)品是通過法國“昴宿星”（Pleiades）拍攝的2幅圖像重采樣處理生成的。

土耳其高分辨率光學(xué)成像偵察衛(wèi)星取得新進展

土耳其格克蒂爾克－1在軌飛行示意圖

2015年，土耳其從法國進口的高分辨率光學(xué)成像偵察衛(wèi)星以及土耳其的衛(wèi)星組裝、集成與試驗中心（AIT）建設(shè)取得新進展。2015年，土耳其高分辨率光學(xué)成像偵察衛(wèi)星格克蒂爾克－1（Gokturk－1）由主承包商泰雷茲-阿萊尼亞航天法國公司（TAS）交付。土耳其國防工業(yè)局（SSM）負(fù)責(zé)格克蒂爾克－1衛(wèi)星的采辦，土耳其空軍為用戶，該合同價值3億歐元（約3.23億美元）。合同還包括衛(wèi)星組裝、集成與試驗中心的建設(shè)，該中心于2015年中旬建成，有助于土耳其走向自主發(fā)展衛(wèi)星技術(shù)的道路。合同中還包括長期的格克蒂爾克－1b衛(wèi)星。如果格克蒂爾克－1衛(wèi)星發(fā)射失敗，土耳其國防工業(yè)局要求有充足的備用部件，以便第2顆衛(wèi)星可以在2年內(nèi)制造完成并發(fā)射升空。格克蒂爾克－1衛(wèi)星運行在高681km的太陽同步軌道，設(shè)計壽命7年，衛(wèi)星質(zhì)量約1000kg，安裝砷化鎵太陽電池翼。格克蒂爾克－1衛(wèi)星計劃由“織女星”（Vega）火箭發(fā)射。

法國第3顆“光學(xué)空間段”（CSO）成像偵察衛(wèi)星

法國新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星獲得新進展

法國第3顆“光學(xué)空間段”（CSO）成像偵察衛(wèi)星在2015年獲得資金支持。2015年3月，法、德達(dá)成初步協(xié)議，德國將為法國開發(fā)的第3顆“光學(xué)空間段”成像偵察衛(wèi)星投入部分資金，作為回報，德國可獲得“光學(xué)空間段”三星星座20%的圖像數(shù)據(jù)。德國的投資比例近50%，相關(guān)協(xié)議備忘錄已經(jīng)簽署完畢，但最終合同尚未簽署。該備忘錄除明確共同出資建設(shè)第3顆“光學(xué)空間段”衛(wèi)星外，還包括法國投資德國的第二代SARah雷達(dá)偵察衛(wèi)星地面段，換取衛(wèi)星數(shù)據(jù)；德國采購法國的地面接收硬件設(shè)施，用于接收“光學(xué)空間段”星座數(shù)據(jù)。

法國前2顆“光學(xué)空間段”衛(wèi)星的研制合同于2010年授出，合同金額為7.95億歐元（約10億美元），該合同還提及法國希望與其他歐洲合作伙伴共同出資建設(shè)第3顆“光學(xué)空間段”衛(wèi)星的意愿。目前，前2顆“光學(xué)空間段”衛(wèi)星正在由空客防務(wù)與航天公司和泰雷茲-阿萊尼亞航天公司研制，計劃分別于2017和2018年發(fā)射?！肮鈱W(xué)空間段”衛(wèi)星分辨率保密，但工業(yè)部門表示其空間分辨率優(yōu)于0.5m，敏捷能力優(yōu)于法國現(xiàn)役軍用“太陽神”（Helios）衛(wèi)星和軍民兩用的“昴宿星”。

意大利與以色列合作發(fā)展高分辨率光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

以色列于2015年曝光了下一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星的發(fā)展計劃，其中披露了2012年7月以色列航空航天工業(yè)公司與意大利國防部簽署了一份1.82億美元合同，用于研制質(zhì)量為400kg的光學(xué)衛(wèi)星－3000 （OptSat－3000），計劃于2016年發(fā)射。光學(xué)衛(wèi)星－3000是以色列研制的下一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，能力將強于目前在軌的地球遙感觀測衛(wèi)星－B，分辨率可達(dá)0.3m。

5 結(jié)束語

2015年國外軍用對地觀測衛(wèi)星呈現(xiàn)出幾點重要趨勢：

我國周邊國家光學(xué)成像偵察衛(wèi)星發(fā)展駛向快車道

日、印等國向更高的空間分辨率發(fā)展，印度明確提出以優(yōu)于0.3m分辨率為目標(biāo)。日本制定了雄心勃勃的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星發(fā)展計劃，未來在軌衛(wèi)星數(shù)量將大幅度增長，這一發(fā)展趨勢值得我國高度關(guān)注。而日本有望成為繼美國之后第2個發(fā)射快響型衛(wèi)星的國家。

航天強國重視偵察衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸能力的提升

據(jù)報道，俄羅斯已在新型“角色”光學(xué)成像偵察衛(wèi)星上安裝了激光通信載荷，可快速將數(shù)據(jù)上傳至地球靜止軌道通信衛(wèi)星，再回傳地面，縮短了數(shù)據(jù)的回傳時間。日本在新型“情報收集衛(wèi)星”星座中明確提出要與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星配合使用，提升偵察衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸能力在支持戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用方面將起到重要作用。