2020 年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展綜述

劉韜（北京空間科技信息研究所）

2020 年，國外軍用對地觀測衛(wèi)星新系統(tǒng)部署節(jié)奏放緩，美、歐、日、印等國家相關(guān)系統(tǒng)發(fā)展以補(bǔ)網(wǎng)加強(qiáng)為主，新發(fā)射衛(wèi)星系統(tǒng)性能指標(biāo)與2019 年沒有大幅提升。

1 概述

2020 年，國外軍用對地觀測衛(wèi)星領(lǐng)域共進(jìn)行了7 次發(fā)射，成功將7 顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。整體來看，2020 年軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射活動集中在美國、法國、日本和印度等。

2020 年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射活動1）

2020 年，在新冠肺炎疫情影響下，國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展放緩，但航天強(qiáng)國正在為系統(tǒng)升級換代進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，美國主攻未來低軌大規(guī)模智能化偵察監(jiān)視星座，歐洲為基于數(shù)字波束形成（DBF）技術(shù)的高分辨率寬測繪帶衛(wèi)星進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

美國

總體來說，雖然2020 年美國軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量較少，但積極為后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)籌備和攻關(guān)，試圖打造低軌持續(xù)偵察監(jiān)視大規(guī)模微小衛(wèi)星星座，并以算法軟件為近期攻關(guān)重點(diǎn)，發(fā)布“看護(hù)層多源情報(bào)融合軟件”征詢書和原型招標(biāo)書。

（1）發(fā)布導(dǎo)彈射前探測多源情報(bào)融合軟件項(xiàng)目征詢

3 月10 日，美國航天發(fā)展局（SDA）對外發(fā)布“看護(hù)層多源情報(bào)融合軟件”項(xiàng)目征詢文件，提出“看護(hù)層”發(fā)展愿景與實(shí)現(xiàn)途徑，將利用多源天基信息實(shí)時處理軟件，實(shí)現(xiàn)對地面時敏目標(biāo)探測，為美國縱深打擊力量提供目指信息。航天發(fā)展局以構(gòu)建天地一體分布式計(jì)算與處理體系為發(fā)展目標(biāo)，走“先軟后硬，先地后天”的發(fā)展路線，先期發(fā)展處理軟件能力，融合處理軍、民、商、盟已在軌和已列入規(guī)劃的情報(bào)、偵察與監(jiān)視（ISR）衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用地面處理設(shè)施開展試驗(yàn)和驗(yàn)證，發(fā)展大數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，降低處理算法的資源需求，計(jì)劃從2023 財(cái)年開始，盡可能向天基處理遷移。天基處理能力以應(yīng)用軟件形式安裝在新體系衛(wèi)星的“作戰(zhàn)管理與指揮、控制和通信”（BMC3）模塊上實(shí)現(xiàn)。未來將根據(jù)需求發(fā)展時敏目標(biāo)專用探測衛(wèi)星星座，采取統(tǒng)一的體系架構(gòu)，無縫集成到“七層”太空體系中，實(shí)現(xiàn)天基實(shí)時處理和融合，利用數(shù)據(jù)鏈直接將目指信息發(fā)送給各戰(zhàn)術(shù)單元。

（2）發(fā)布“任務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用原型”招標(biāo)文件

6 月26 日，美國航天發(fā)展局對外發(fā)布涉及“看護(hù)層”、“導(dǎo)航層”和“跟蹤層”的“任務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用原型”軟件招標(biāo)文件，這是該局繼3 月發(fā)布“看護(hù)層多源情報(bào)融合軟件”項(xiàng)目征詢后首份關(guān)于“看護(hù)層”軟件招標(biāo)文件。依照計(jì)劃，“看護(hù)層”核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對陸地、海洋和空中時敏目標(biāo)的探測與跟蹤，向打擊節(jié)點(diǎn)提供目指信息，其前期研究重點(diǎn)為核心軟件技術(shù)攻關(guān)。本次招標(biāo)的“任務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用原型”軟件將安裝在未來七層體系衛(wèi)星通用BMC3 模塊內(nèi)，隨招標(biāo)文件一起公布了2 個附件，一是BMC3 軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)草案，二是“看護(hù)層參考資料”。前者內(nèi)容包括作戰(zhàn)管理層及BMC3 模塊的任務(wù)目標(biāo)、基于模塊化標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)接口控制、應(yīng)用程序接口、集成開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)套件等軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)與要求；后者明確定義從“看護(hù)層”運(yùn)行自動化到自主化的分級標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)融合等級等關(guān)鍵概念，明確“看護(hù)層”先期重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域包括：①定義算法，研究算法針對特定武器系統(tǒng)的適應(yīng)性和可行性；②軟件原型開發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件原型與各軍種集成火力單元數(shù)據(jù)融合與集成，推進(jìn)軟件地面原型向天基系統(tǒng)遷移。未來，航天發(fā)展局將率先與海軍作戰(zhàn)信息管理部合作，把海軍集成火力單元（NIFE）的地面數(shù)據(jù)融入“七層體系”開展聯(lián)合試驗(yàn)。

（3）新型偵查衛(wèi)星發(fā)展平穩(wěn)

未來，新型偵察監(jiān)視衛(wèi)星的平臺穩(wěn)定性和敏捷性不斷提升，定位精度接近航空平臺水平，且大多具有俯仰、偏航、滾動3 個方向的高姿態(tài)敏捷能力，以及通過平臺的高精度控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)單次過頂多模式成像能力和多任務(wù)能力。

歐洲

歐洲2020 年度發(fā)射1 顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，同時主要研發(fā)高分辨率寬測繪帶衛(wèi)星，提高廣域監(jiān)視能力。

（1）補(bǔ)網(wǎng)1 顆光學(xué)空間段衛(wèi)星

法國繼2018 年12 月19 日發(fā)射CSO － 1 衛(wèi)星之后，于2020 年12 月29 日發(fā)射了該系統(tǒng)第二顆衛(wèi)星，即CSO－2。CSO 星座包括3 顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，以兼顧甚高分辨率詳查和較快的重訪能力。3 顆衛(wèi)星設(shè)計(jì)基本相似，但部署軌道有所差異。CSO－1 衛(wèi)星運(yùn)行在高800km、傾角98.6°的軌道上，分辨率達(dá)到0.35m，旨在提供較寬覆蓋，以及戰(zhàn)區(qū)的快速重訪能力；CSO－2 衛(wèi)星運(yùn)行在480km 軌道，分辨率達(dá)到0.2m，更高的分辨率更適于對目標(biāo)進(jìn)行識別，特別適合為分析決策服務(wù)；CSO－3 部署的軌道高度與CSO－1 相同，可提高星座重訪能力。

（2）積極研發(fā)高分辨率寬測繪帶雷達(dá)成像衛(wèi)星

德、俄、日等國正在研制基于數(shù)字波束形成技術(shù)的“高分辨率寬測繪帶”（HRWS）衛(wèi)星，將克服傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)（SAR）的限制，同時具備甚高分辨率和大幅寬，特別適合于軍事偵察、大范圍地形測繪、數(shù)字高程模型生成、廣域監(jiān)視等領(lǐng)域，已成為世界主要航天國家爭相發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。目前，德國航空航天中心（DLR）正在研制HRWS 衛(wèi)星，計(jì)劃2022 年發(fā)射，其將作為民商聯(lián)合項(xiàng)目接替“X 頻段陸地合成孔徑雷達(dá)”（TerraSAR-X）雙星提供服務(wù)。HRWS 衛(wèi)星分辨率0.25m 時，幅寬達(dá)到15km，與TerraSAR-X 衛(wèi)星的0.25m 分辨率、4km 幅寬相比，在保證同等分辨率的情況下實(shí)現(xiàn)幅寬成倍數(shù)提升。

CSO－2 衛(wèi)星在軌飛行示意圖（來源：CNES）

日本

2020 年，日本補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射一顆光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。2 月，日本于種子島航天中心（TNSC）利用H－2A火箭成功發(fā)射了IGS-Optical－7 衛(wèi)星，提升了日本的天基情報(bào)獲取能力。該衛(wèi)星是第三代光學(xué)成像業(yè)務(wù)星，分辨率0.3m。

印度

印度近年頻發(fā)雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，大幅增強(qiáng)雷達(dá)成像偵察能力。

11 月7 日，印度發(fā)射了RISAT－2BR2 衛(wèi)星，用于接替RISAT － 2 提供連續(xù)的雷達(dá)成像服務(wù)。RISAT 是印度空間研究組織（ISRO）發(fā)展的雷達(dá)成像衛(wèi)星系列，能夠全天時、全天候進(jìn)行高分辨率成像偵察，與光學(xué)成像衛(wèi)星互為補(bǔ)充，主要為印度政府和軍方提供雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)。ISRO 已決定采用新的對地觀測衛(wèi)星命名辦法，RISAT－2BR2 衛(wèi)星更名為地球觀測衛(wèi)星－1（EOS－01）。

截至目前，公開渠道并未發(fā)布RISAT－2BR2的性能指標(biāo)，推測或與此前的RISAT－2B/2BR1相 同。RISAT － 2B/2BR1 質(zhì) 量 分 別 為615kg 和628kg，設(shè)計(jì)壽命均為5 年，均運(yùn)行在高560km、傾角37°的圓軌道，傾斜軌道能夠?qū)崿F(xiàn)更快速重訪，增加了對目標(biāo)的成像機(jī)會。RISAT－2B/2BR1 衛(wèi)星采用六棱柱體構(gòu)型，載有X 頻段SAR，帶有口徑3.6m、由徑向肋條組成的拋物面天線。據(jù)報(bào)道，RISAT－2B 衛(wèi)星憑借高敏捷能力實(shí)現(xiàn)多種成像模式，包括1m×0.5m 和0.5m×0.3m 的甚高分辨率成像模式等。

Ofeq－16 光學(xué)成像偵察衛(wèi)星（來源：IAI）

其他國家

泰國首次發(fā)射軍用光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。9 月3 日，發(fā)射NAPA－1 衛(wèi)星，該衛(wèi)星由荷蘭空間創(chuàng)新解決方案公司（ISIS）研制，為6U 立方體衛(wèi)星，分辨率5 ～39m。

7 月6 日，以色列發(fā)射Ofeq－16 光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，該衛(wèi)星與ofeq－11 基本相同，使用新的衛(wèi)星平臺和改進(jìn)成像系統(tǒng)，由以色列國防部運(yùn)行，以色列航空航天工業(yè)公司（IAI）研制，衛(wèi)星使用光學(xué)衛(wèi)星－3000（OPSAT－3000）平臺，該平臺在較小的OPSAT－2000 平臺基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，新平臺載有“木星”（Jupiter）高分辨率成像系統(tǒng)，比之前的“海王星”（Neptune）系統(tǒng)能力有所提升，增加了多光譜成像能力，提高了分辨率。據(jù)報(bào)道，“木星”的全色分辨率達(dá)0.5m，可同時攜帶多光譜載荷，全色通道允許彩色圖像的全色銳化，望遠(yuǎn)鏡孔徑70cm，地面幅寬15km，多光譜分辨率達(dá)2m。

12 月，阿聯(lián)酋利用俄羅斯“聯(lián)盟”（Soyuz）運(yùn)載火箭發(fā)射鷹眼－2 光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。這是繼2019 年7 月鷹眼－1 衛(wèi)星由歐洲“織女星”（Vega）火箭發(fā)射失敗后的又一次嘗試?！苞椦邸毕盗行l(wèi)星是阿聯(lián)酋武裝部隊(duì)發(fā)展的軍用光學(xué)衛(wèi)星，由歐洲空客防務(wù)與航天公司（ADS）研制，分辨率0.7m。

鷹眼－2 光學(xué)成像偵察衛(wèi)星（來源：Emirates News Agency）

3 發(fā)展趨勢

重視發(fā)展大規(guī)模智能化協(xié)同監(jiān)測星座

未來，星座衛(wèi)星將具備自主運(yùn)行能力，具備星間通信鏈路實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)高速傳輸，每顆衛(wèi)星均搭載高性能計(jì)算機(jī)，單星為分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)，多節(jié)點(diǎn)構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)星上分布式計(jì)算能力，有望針對時敏目標(biāo)產(chǎn)生火控級目標(biāo)指示信息。

光學(xué)和雷達(dá)衛(wèi)星能力將持續(xù)提升

高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星向輕小型化發(fā)展，光學(xué)衛(wèi)星平臺穩(wěn)定性、敏捷性不斷提升，工作模式越來越多。SAR 衛(wèi)星領(lǐng)域正朝著高分辨率、高分辨率寬覆蓋、雙/多基地、多成像模式、小型化組網(wǎng)、高頻重訪等多個方向發(fā)展。

軍事方面，主要仍以大型SAR 衛(wèi)星為主，骨干系統(tǒng)開始升級換代，偵察監(jiān)視能力大幅提升。德國“天基雷達(dá)偵察系統(tǒng)”（SARah）雷達(dá)星座將利用編隊(duì)飛行控制技術(shù)和干涉SAR 技術(shù)，進(jìn)一步提升地面動目標(biāo)檢測（GMTI）和數(shù)字高程模型（WorldDEM）測量能力。持續(xù)提高廣域探測和敏捷成像能力，高分辨率寬幅成像、多模式SAR 星座成為發(fā)展熱點(diǎn)。正在研制高分辨率寬覆蓋成像衛(wèi)星，正在攻關(guān)數(shù)字波束形成技術(shù)，將克服傳統(tǒng)SAR 的限制，同時具備甚高分辨率和大幅寬，實(shí)現(xiàn)高精度廣域探測。

商業(yè)方面，以大規(guī)模商業(yè)微小SAR 衛(wèi)星星座為主，其所具有的高分辨率、高頻重訪、干涉測量等多方面的優(yōu)勢能力，已經(jīng)受到軍民商用戶的高度關(guān)注。