美國天基預警系統(tǒng)發(fā)展分析

張保慶

美國天基預警系統(tǒng)發(fā)展分析

張保慶

天基預警系統(tǒng)探測范圍廣、預警時間長，可為彈道導彈防御和實施反擊提供及時預警信息。美國最先發(fā)展天基預警衛(wèi)星系統(tǒng)，先后部署了多種型號的天基預警系統(tǒng)，包括“國防支援計劃”“天基紅外系統(tǒng)”“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”等。當前，美國已形成了高低軌結合，預警、跟蹤和識別功能復合的天基預警系統(tǒng)，性能先進，可為美國提供強大的彈道導彈預警能力。

美國天基預警系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

天基預警系統(tǒng)是美國反導體系的重要組成部分，可以為國家領導、作戰(zhàn)指揮官、情報機構以及其他關鍵決策人員提供及時、可靠、準確的導彈預警與紅外監(jiān)測信息，使美國在全球導彈發(fā)射探測、彈道導彈防御、技術情報搜集及戰(zhàn)時態(tài)勢感知等方面的能力極大增強。美國現(xiàn)役天基預警系統(tǒng)主要包括4顆“國防支援計劃”（DSP）衛(wèi)星、3個“天基紅外系統(tǒng)”大橢圓軌道衛(wèi)星載荷、2顆“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）地球同步軌道衛(wèi)星和2顆“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）低軌衛(wèi)星。

DSP衛(wèi)星系統(tǒng) DSP衛(wèi)星系統(tǒng)是美國部署的第一種實用型預警衛(wèi)星系統(tǒng)，先后研制部署了三代，共23顆衛(wèi)星。經(jīng)過三代發(fā)展，DSP衛(wèi)星在探測戰(zhàn)略彈道導彈方面已達到相當成熟的實戰(zhàn)水平。然而，由于技術原因，DSP衛(wèi)星系統(tǒng)存在一些問題，如無法跟蹤中段飛行的導彈、掃描速度過慢、對國外設站依賴性強、存在虛警現(xiàn)象等。而且DSP衛(wèi)星系統(tǒng)對助推段燃燒時間短、射程近的戰(zhàn)區(qū)導彈的探測能力十分有限，難以留有充足預警時間。鑒于以上因素，美國決定不再繼續(xù)發(fā)展DSP衛(wèi)星系統(tǒng)，重點發(fā)展SBIRS衛(wèi)星系統(tǒng)和STSS衛(wèi)星系統(tǒng)，以逐步取代DSP衛(wèi)星系統(tǒng)。

當前，僅有4顆DSP衛(wèi)星在軌服役，衛(wèi)星位于地球同步軌道，主要任務是為美國指揮機構和作戰(zhàn)司令部提供導彈發(fā)射的探測和預警。

SBIRS衛(wèi)星系統(tǒng) 美國于1995年提出發(fā)展SBIRS衛(wèi)星系統(tǒng)，最初的方案是構建一個由4顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星、2個大橢圓軌道（HEO）有效載荷和24顆低地球軌道（LEO）衛(wèi)星以及地面系統(tǒng)組成的有機整體。其中，GEO衛(wèi)星和HEO有效載荷組成高軌部分（SBIRS-High），LEO衛(wèi)星組成低軌部分（SBIRS-Low）?！疤旎t外系統(tǒng)”的任務目標主要包括：提供更快、更準確的戰(zhàn)略和戰(zhàn)區(qū)導彈發(fā)射報告；為導彈防御系統(tǒng)作戰(zhàn)能力提供有效支持；分析各類紅外信號的特征數(shù)據(jù)以進行快速判別；更好地了解戰(zhàn)場態(tài)勢，為打擊任務規(guī)劃、作戰(zhàn)力量防護提供支持等。

美國空軍原來負責監(jiān)管SBIRS-Low項目，然而由于存在較大技術風險，2002年更名為“空間跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）計劃，并移交至導彈防御局。高軌部分SBIRS-High計劃仍由美國空軍負責，項目名稱繼續(xù)沿用SBIRS。SBIRS系統(tǒng)最終將部署4顆GEO衛(wèi)星和2顆HEO衛(wèi)星，并通過一體化集成地面站為SBIRS空間段提供服務。SBIRS系統(tǒng)地球同步軌道衛(wèi)星星座主要用于探測和發(fā)現(xiàn)處于助推段的彈道導彈，大橢圓軌道載荷則將該系統(tǒng)的導彈預警覆蓋范圍擴展到南、北兩極。

S B I R S項目并沒有因為SBIRS-Low計劃的剝離而順利推進。2顆HE O衛(wèi)星均推遲交付。HEO-1紅外傳感器于2006年6月搭載NROL-22偵察衛(wèi)星成功發(fā)射，比原計劃推遲了18個月；HEO-2紅外載荷于2008年3月搭載NROL-28偵察衛(wèi)星成功發(fā)射，比原計劃推遲了21個月。HEO-1和HEO-2載荷分別于2008年和2009年在軌運行，在軌測試性能超過預期，目前已交付美國戰(zhàn)略司令部投入作戰(zhàn)應用。HEO-3有效載荷于2014年搭載在美國機密衛(wèi)星上發(fā)射，現(xiàn)已成功完成在軌校驗。2015年5月，HEO-4衛(wèi)星載荷完成制造，將被集成至一顆秘密衛(wèi)星上。

SBIRS項目中的4顆地球同步軌道衛(wèi)星交付更為滯后。GEO-1衛(wèi)星于2011年5月發(fā)射入軌，并于2012年11月投入作戰(zhàn)應用；GEO-2衛(wèi)星于2013年3月發(fā)射入軌。兩顆衛(wèi)星的預警能力已經(jīng)得到驗證。2014年6月24日，美國空軍向洛克希德·馬丁公司授出一份價值18.6億美元的修訂合同，用于生產(chǎn)GEO-5和GEO-6，兩顆衛(wèi)星將作為GEO-1和 GEO-2的后繼衛(wèi)星部署。

美國天基紅外預警衛(wèi)星

SBIRS系統(tǒng)衛(wèi)星和載荷情況

STSS衛(wèi)星系統(tǒng) SBIRS-Low項目是天基紅外系統(tǒng)的核心部分，計劃由約24顆衛(wèi)星組成。這24顆衛(wèi)星將部署在約1600千米高度的地球軌道，衛(wèi)星運行在多個軌道面上，將與SBIRS-High衛(wèi)星系統(tǒng)共同提供全球覆蓋能力。美國空軍原來負責監(jiān)管SBIRS-Low項目，但在20世紀90年代后期被擱置起來。2002年4月，導彈防御局接管了該SBIRS-Low項目，并重新命名為“空間跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）。STSS被視為未來美軍導彈防御體系十分重要的組成部分，建成后將與SBIR S共同構成全球全天時覆蓋、功能完備、實時響應的天基預警系統(tǒng)。

在美國大幅壓縮軍費的整體環(huán)境下，STSS項目目前受限于經(jīng)費和技術原因，后續(xù)計劃尚未成為美軍正式采辦項目。2017財年，導彈防御局為STSS衛(wèi)星的運行和維護申請3200萬美元。STSS衛(wèi)星將繼續(xù)參與導彈防御試驗，進行數(shù)據(jù)采集，為作戰(zhàn)人員提供作戰(zhàn)態(tài)勢感知和技術情報支持。STSS衛(wèi)星星座一旦決策部署完成，美國可很快形成彈道導彈全程探測和跟蹤能力。

地面運行系統(tǒng) 地面運行系統(tǒng)是美國天基預警系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是接收和處理SBIRS和STSS的信息與數(shù)據(jù)，并對衛(wèi)星進行控制?！霸隽?”系統(tǒng)于2001年開始運行，該系統(tǒng)允許美軍通過3種獨立的地面軟件系統(tǒng)分別控制SBIRS GEO衛(wèi)星和HEO衛(wèi)星。近年來，美國空軍致力于新型地面運行系統(tǒng)“增量2”的研制，目前已完成“增量2”新型地面系統(tǒng)的全星座測試。新一代地面運行系統(tǒng)實現(xiàn)了將SBIRS衛(wèi)星的操作控制集成至一個主要任務控制站及一個備份控制站，可大幅簡化控制流程和提高效率，進一步增強SBIRS系統(tǒng)性能。此外，“增量2”系統(tǒng)還將顯著提升SBIRS系統(tǒng)在4個任務領域（包括導彈預警、導彈防御、戰(zhàn)場態(tài)勢感知以及技術情報獲取）中的能力。

美國“國防支援計劃”（DSP）衛(wèi)星

美國天基預警系統(tǒng)關鍵技術

美國在其天基預警系統(tǒng)中應用了大量先進的技術，現(xiàn)已建立了性能最為先進，高低軌相結合，掃描與凝視、捕獲與跟蹤手段相協(xié)作的導彈預警系統(tǒng)，能夠對全球重點區(qū)域發(fā)射的彈道導彈提供及時預警信息，且對中段飛行的彈頭具有一定的跟蹤和識別能力。

雙探測器技術 美國天基預警系統(tǒng)主要擔負紅外監(jiān)視與跟蹤導彈發(fā)射全過程的任務，可同時探測來襲的戰(zhàn)略導彈和戰(zhàn)術導彈，能夠提供導彈預警、導彈防御、技術情報偵察（提供描述導彈特征所需的數(shù)據(jù)及其他目標數(shù)據(jù)）以及作戰(zhàn)空間特征描述等功能。

美國天基紅外預警衛(wèi)星體積較大，需要用C-5B戰(zhàn)略運輸機轉運

SBIR S GE O衛(wèi)星主要用于探測和發(fā)現(xiàn)處于助推段的彈道導彈。SBIRS衛(wèi)星最大的改進是采用了雙探測器方案，每顆衛(wèi)星載有一臺高速掃描型（Scanning）探測器和與之互補的高分辨率凝視型（Staring）探測器。大橢圓軌道（HEO）有效載荷也裝有高速掃描型探測器和高分辨率凝視型探測器，其主要任務在于對北極地區(qū)圈的探測預警，將天基紅外系統(tǒng)的預警能力擴展到兩級地區(qū)，使其偵察范圍擴大了2~4倍。衛(wèi)星工作時，掃描型探測器先對地球的北半球和南半球進行快速掃掠，然后將探測到的數(shù)據(jù)提供給凝視型探測器。緊接著，凝視型探測器將目標畫面拉近放大，獲取詳細信息，進而確定是否發(fā)生彈道導彈發(fā)射活動。雙探測器協(xié)調工作，共同完成任務，有效增強了天基紅外系統(tǒng)探測戰(zhàn)術彈道導彈的能力。

STSS系統(tǒng)有2顆演示驗證衛(wèi)星在軌運行。2顆STSS衛(wèi)星均裝有一臺寬視場捕獲傳感器和一臺窄視場凝視型多波段跟蹤傳感器。STSS衛(wèi)星的寬視場捕獲傳感器，采用波長為0.7～3微米的短波紅外傳感器。寬視場捕獲傳感器以地球為背景，可以捕獲助推段彈道導彈的尾焰。STSS衛(wèi)星的窄視場凝視型多波段跟蹤傳感器涉及3種波長的傳感器。其中，波長為3～8微米的中波紅外傳感器以地球為背景進行工作，可以實現(xiàn)對助推段末期的彈道導彈進行跟蹤；波長為8～12微米的中長波紅外傳感器以及波長為12～16微米的長波紅外傳感器以空間為背景進行工作，可以實現(xiàn)對彈道導彈飛行中段的持續(xù)跟蹤。中長波紅外傳感器和長波紅外傳感器在導彈助推段關機后仍能繼續(xù)跟蹤導彈飛行，而且還能夠繼續(xù)跟蹤彈頭的分離，并具備識別誘餌的能力。

STSS項目將構建由約24顆衛(wèi)星組成的低軌衛(wèi)星星座，衛(wèi)星之間可以利用星間鏈路傳遞彈道導彈飛行中段的跟蹤信息，衛(wèi)星間信息的接力傳遞可實現(xiàn)對彈道導彈在外層空間飛行全過程的持續(xù)跟蹤。

衛(wèi)星平臺技術 SBIRS前4顆GEO衛(wèi)星，即GEO-1、GEO-2、GEO-3、GEO-4衛(wèi)星，均采用了洛克希德·馬丁公司的A2100軍用型衛(wèi)星平臺，并針對軍事應用對A2100衛(wèi)星平臺進行了加固和改進。A2100平臺開始研制于20世紀90年代，在1996年完成首次飛行驗證。在模塊化和通用化思想的指導下，A2100平臺可根據(jù)載荷情況對平臺配置進行剪裁。SBIRS衛(wèi)星采用A2100平臺，可使載荷和衛(wèi)星平臺間的相關性顯著降低，設計、制造、測試等工序均可以并行進行，在提高效率的同時還可大幅降低成本。

組裝中的美國天基紅外預警衛(wèi)星

美國天基預警系統(tǒng)未來發(fā)展

在穩(wěn)步推進新一代預警衛(wèi)星系統(tǒng)建設的同時，美國空軍已著手考慮下一代導彈預警系統(tǒng)架構。美國空軍至少已提出4種不同的衛(wèi)星系統(tǒng)架構，其中包括分解方案，即將集中在大型航天器上的能力分解到更多平臺上，以減小重要天基服務面臨的攻擊風險。現(xiàn)役的SBIRS系統(tǒng)在同一顆衛(wèi)星上集成了戰(zhàn)略預警和戰(zhàn)術預警功能。除開展系統(tǒng)架構研究外，美國空軍還開展了新型全尺寸導彈預警傳感器的研發(fā)，主要關注2個寬視場傳感器，其視場分別達到6度和9度。下一代系統(tǒng)計劃在2025-2040年運行，首顆衛(wèi)星將在2025年運行，研發(fā)工作將于2020年開始。

星座架構堅持高軌為主，有限度發(fā)展低軌衛(wèi)星。經(jīng)過20余年的研制和部署，高軌星座SBIR S一直具備作戰(zhàn)能力。盡管屢次出現(xiàn)延遲交付的情況，但美國空軍堅持積極推進SBIRS的構建。目前SBIRS GEO-1和GEO-2已在軌運行并具備作戰(zhàn)能力，GEO-3和GEO-4預計分別于2016年和2017年發(fā)射，GEO-1和GEO-2的后繼衛(wèi)星GEO-5和GEO-6也在研制中；SBIRS HEO有效載荷HEO-1、HEO-2和HEO-3已相繼發(fā)射并在軌運行，HEO-4也已研制完成。

然而，STSS低軌星座項目衛(wèi)星數(shù)量需求大、星座管理復雜且成本高，而且存在難以跨越的技術障礙難題，自STSS項目提出以來，美軍一直維持著對STSS低軌預警系統(tǒng)的有限度發(fā)展，目前僅有2顆衛(wèi)星在軌演示驗證。

系統(tǒng)體系結構傾向于功能分解、多軌道、多作戰(zhàn)域部署。隨著空間安全環(huán)境的變化，美軍空間系統(tǒng)面臨的威脅不斷加劇，脆弱性日益增強，加上國防預算削減的影響，將難以繼續(xù)沿用舊有的空間體系。2013年8月，美國空軍航天司令部發(fā)布《彈性與分散式空間系統(tǒng)體系結構》。為了實現(xiàn)分散式空間系統(tǒng)體系結構，美軍在白皮書中規(guī)劃了五種途徑：結構分離、功能分解、有效載荷搭載、多軌道部署、多作戰(zhàn)域部署。

美國空軍已著手考慮下一代天基預警系統(tǒng)體系架構，采取了其中多種模式。功能分解方面，美國空軍希望下一代衛(wèi)星能夠將戰(zhàn)略預警和戰(zhàn)術預警能力進行分解，但預算的縮減迫使美國空軍將未來導彈預警系統(tǒng)的重點關注集中于戰(zhàn)略威脅任務；有效載荷搭載方面，美國空軍提出了商業(yè)搭載有效載荷方案，研究在商業(yè)衛(wèi)星上搭載軍事專用有效載荷的技術，以實現(xiàn)利用商業(yè)衛(wèi)星快速、靈活的搭載軍用載荷的目標；多軌道部署方面，美軍在高中低軌均部署有預警衛(wèi)星；多作戰(zhàn)域部署方面，美軍積極將天基預警系統(tǒng)與地基、海基紅外傳感器聯(lián)合使用，提高發(fā)射探測和導彈跟蹤能力。

諾斯羅普·格魯曼公司STSS-1衛(wèi)星

高度重視發(fā)展寬視場傳感器技術。空間導彈與系統(tǒng)中心對成本問題關注較少，其更重視發(fā)展下一代天基預警技術。2013年，空間導彈與系統(tǒng)中心要求在空間項目年度預算中，預留一部分資金用于升級當前系統(tǒng)，或用于發(fā)展下一代系統(tǒng)以及后繼系統(tǒng)，并將這部分資金列為“空間現(xiàn)代化倡議”。在考慮下一代天基預警系統(tǒng)建設時，空間導彈與系統(tǒng)中心將主要精力和經(jīng)費投入均集中在有效載荷研制上，如推進寬視場傳感器的研制。

美國空軍在2015和2016財年預算申請中，分別為研制寬視場傳感器申請了2900萬美元和5100萬美元的經(jīng)費。預算文件顯示，美國空軍正在考慮開發(fā)6度和9度視場試驗型傳感器。美國空軍尤為重視寬視場傳感器試驗，認為這些試驗不僅有助于為空軍下一代SBIRS評估任務架構，還有助于空軍開發(fā)算法，以處理升級版?zhèn)鞲衅鹘蛊矫婕夹g所提供的大量數(shù)據(jù)。L-3通信公司在2014年獲得一份價值1300萬美元的合同，用于研發(fā)6度視場傳感器。2016財年預算申請的5100萬美元經(jīng)費中，其中1100萬美元用于發(fā)射、校準和在軌校驗6度視場試驗型傳感器以及相關地面系統(tǒng)工作，4000萬美元用于將該有效載荷集成至衛(wèi)星。

責任編輯：彭振忠