美國天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展分析與啟示

毛磊 姚保寅（中國航天科工二院未來實驗室）

天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)是美軍應(yīng)用最廣泛的天基信息支援系統(tǒng)。美國天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)已形成涵蓋導(dǎo)彈預(yù)警和殺傷評估、目標(biāo)偵察監(jiān)視、戰(zhàn)場氣象信息監(jiān)測等在內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)，其理論水平、技術(shù)能力和作戰(zhàn)運用處于世界領(lǐng)先水平 。美軍分別成立跨機(jī)構(gòu)聯(lián)合太空作戰(zhàn)中心和太空作戰(zhàn)聯(lián)合指揮部，并陸續(xù)將各軍種中負(fù)責(zé)衛(wèi)星相關(guān)太空作戰(zhàn)能力的部門納入太空軍行列，旨在強(qiáng)化各軍種/部門間天基偵察監(jiān)視信息共享與協(xié)同作戰(zhàn)，滿足未來多維化、信息化、一體化聯(lián)合作戰(zhàn)需求。截至2022 年6 月，美國新發(fā)射2 顆神秘間諜衛(wèi)星NROL－87 和NROL－85，推測可能分別是新一代“鎖眼”（KeyHole）偵察監(jiān)視衛(wèi)星和新一代海洋監(jiān)視衛(wèi)星，新發(fā)射2 顆“地球同步空間態(tài)勢感知計劃”（GSSAP）衛(wèi)星。此外，美國還發(fā)射多批次“星鏈”（Starlink）低軌衛(wèi)星，退役2 顆“空間跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星，持續(xù)完善其天基偵察監(jiān)視體系。

美國天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)典型軍事任務(wù)及裝備集

1 美現(xiàn)役天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)支援方式

美國天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)采用“信息推送”和“靈活索取”兩種方式實施信息分發(fā)和信息支援?！靶畔⑼扑汀笔侵干霞壜?lián)合部隊情報部門根據(jù)下級聯(lián)合部隊的信息請求及其任務(wù)領(lǐng)域，經(jīng)天基偵察監(jiān)視平臺搜集，通過人工、網(wǎng)絡(luò)和共享數(shù)據(jù)庫等形式向下級推送天基偵察監(jiān)視相關(guān)信息?！靶畔⑼扑汀币话阃ㄟ^“國防情報分發(fā)系統(tǒng)”來進(jìn)行管理?！办`活索取”是指下級部隊可通過配備的“軍兵種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用終端設(shè)備”等直接訪問數(shù)據(jù)庫、情報電子文檔或各級情報組織的資料檔案庫獲取定制的天基偵察監(jiān)視相關(guān)情報產(chǎn)品（圖像信息、電子信號信息、測量與特征信息）。

戰(zhàn)時統(tǒng)一管理偵察監(jiān)視信息支援的中樞是美聯(lián)合參謀部下屬國家聯(lián)合作戰(zhàn)與情報中心（NJOIC）。天基搜集平臺的運控方主要是美國國家偵察局（NRO）、國家地理空間情報局（NGA）、國家安全局（NSA）和國防情報局（DIA）等，各機(jī)構(gòu)所獲數(shù)據(jù)信息經(jīng)處理開發(fā)形成標(biāo)準(zhǔn)情報產(chǎn)品。由商業(yè)遙感數(shù)據(jù)得到的地理空間情報還將在非保密互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議路由網(wǎng)絡(luò)上，與國防部及其他非國防部機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行分發(fā)，并在商業(yè)運營商檔案庫和非保密國家圖像庫中進(jìn)行共享。

2 美現(xiàn)役天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)能力分析

美國現(xiàn)已建成包括導(dǎo)彈預(yù)警和殺傷評估、目標(biāo)偵察監(jiān)視（光學(xué)成像偵察、雷達(dá)成像偵察、電子偵察）、戰(zhàn)場氣象信息監(jiān)測等在內(nèi)的全方位多樣化的天基偵察監(jiān)視體系，顯著提高美軍在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)效能。當(dāng)前預(yù)警和殺傷評估體系可實現(xiàn)對戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略導(dǎo)彈發(fā)射助推段、中段飛行階段、再入階段全程探測與跟蹤，并達(dá)到對目標(biāo)的全球覆蓋，對洲際彈道導(dǎo)彈的預(yù)警時間長達(dá)30min。為滿足未來聯(lián)合全域作戰(zhàn)的需求，美國正在“下一代太空體系架構(gòu)”下，加速對其跟蹤層、監(jiān)控層、威懾層和地面支持層等的天基偵察監(jiān)視裝備進(jìn)行研發(fā)和部署。

預(yù)警和殺傷評估領(lǐng)域

美國導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)已形成“國防支援計劃”（DSP）、“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）、“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS，已于2022 年3 月退役）和“天基殺傷評估”（SKA）等幾類星座組成的相互補(bǔ)充的導(dǎo)彈預(yù)警和殺傷評估體系，當(dāng)前，在軌衛(wèi)星統(tǒng)計信息為9 顆地球同步靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、4 顆高軌道（HEO）衛(wèi)星、2 顆低軌道（LEO）衛(wèi)星和22 顆LEO 殺傷評估衛(wèi)星?！疤旎t外系統(tǒng)”旨在替換“國防支援計劃”，現(xiàn)已完成主體系統(tǒng)組網(wǎng)，主要用于探測戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈發(fā)射及助推段飛行，其后續(xù)項目下一代“過頂持續(xù)紅外”（OPIR），采用3GEO﹢2HEO 配置，首星計劃于2023 年發(fā)射，或?qū)⒉捎贸竺骊嚩嗖ǘ渭t外陣焦平面探測器，進(jìn)一步增強(qiáng)對各型導(dǎo)彈發(fā)射探測能力。“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”最初是“天基紅外系統(tǒng)”的低軌部分，用于搜索和跟蹤導(dǎo)彈目標(biāo)中段飛行時的發(fā)熱彈體和冷再入彈頭，僅發(fā)射的2 顆驗證衛(wèi)星已于2021 年9 月停止收集數(shù)據(jù)，并于2022 年3 月宣布退役?！疤旎鶜u估”已進(jìn)行實兵檢驗，可通過觀察撞擊產(chǎn)生的可見光和紅外光，評估攔截的是真彈頭還是輕型誘餌。此外，美國還研發(fā)了“高超聲速與彈道導(dǎo)彈跟蹤空間傳感器系統(tǒng)”（HBTSS），專門針對敵方發(fā)射的高超聲速飛行器和彈道導(dǎo)彈進(jìn)行全程跟蹤，首批20 顆小衛(wèi)星將于2022 年發(fā)射。

美軍天基導(dǎo)彈預(yù)警體系

目標(biāo)偵察與監(jiān)視領(lǐng)域

美陸地目標(biāo)偵察監(jiān)視體系由“鎖眼”（Keyhole）等光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，“未來成像體系雷達(dá)”（FIA）、“長曲棍球”（Lacrosse）等雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，“光學(xué)雷達(dá)一體化成像偵察衛(wèi)星”（8X），以及“顧問”（Mentor）、“軍號”（Trumpet）、“水星”（Mercury）等電子偵察衛(wèi)星組成。美國現(xiàn)役光學(xué)成像偵察衛(wèi)星具備軌道機(jī)動、側(cè)擺成像、快速改變鏡頭焦距等能力，基本實現(xiàn)了測繪/ 偵察一體。可見光空間分辨率0.1～0.15m，紅外分辨率0.6～1m；雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星可穿透云霧進(jìn)行全天候、全天時偵察，空間分辨率0.3～1m；電子偵察衛(wèi)星可覆蓋雷達(dá)信號和微波、無線電等大部分電磁頻譜（100MHz～25GHz），可進(jìn)行通信監(jiān)聽，并收集導(dǎo)彈武器試驗時的遙測、遙控、雷達(dá)射頻等非通信電子信號。海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)主要是“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”（SB﹣WASS），采用雙星組網(wǎng)方式，兼顧被動電子偵察和主動掃描兩種探測模式，同時滿足海軍海洋監(jiān)視和空軍戰(zhàn)略防空偵察需求，可實現(xiàn)優(yōu)于2km 的艦船目標(biāo)定位精度。太空目標(biāo)偵察監(jiān)視（空間態(tài)勢感知）主要依靠“天基太空監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）、“地球同步空間態(tài)勢感知計劃”（GSSAP）和作戰(zhàn)響應(yīng)空間－5（ORS－5）等?？臻g態(tài)勢感知衛(wèi)星對低軌目標(biāo)分辨率5cm、靜止軌道目標(biāo)分辨率50cm，可跟蹤編目所有在軌衛(wèi)星和直徑數(shù)厘米以上的空間碎片等共計23000 余個空間目標(biāo)，可對所有在軌工作衛(wèi)星進(jìn)行軌道預(yù)測和碰撞預(yù)警。美國還積極發(fā)展“星鏈”、“軍事作戰(zhàn)空間使能效果”（See Me）、“黑杰克”等小衛(wèi)星星座，以及空天飛機(jī)和空間站等多樣化平臺，以增強(qiáng)天基偵察監(jiān)視能力，并力圖使其直接服務(wù)班組作戰(zhàn)。“星鏈”擬于2024 年前發(fā)射1.2 萬顆低軌衛(wèi)星形成全球互聯(lián)網(wǎng)，若搭載先進(jìn)光學(xué)載荷且星間互通，結(jié)合重訪率高的優(yōu)勢，可實現(xiàn)24h 不間斷光學(xué)偵察，通過計算體系的大數(shù)據(jù)分析，可高效識別真假目標(biāo)，且抗干擾能力強(qiáng)，有助于強(qiáng)化美軍“非對稱”偵察監(jiān)視技術(shù)優(yōu)勢。截至2022 年6 月18 日，“星鏈”已發(fā)射48 批次共2706 顆衛(wèi)星，在軌約2400 顆，且已批量安裝激光星間鏈路。

“星鏈”衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖

“黑杰克”星座示意圖

戰(zhàn)場氣象信息監(jiān)測領(lǐng)域

美國在軌軍用氣象衛(wèi)星主要是“國防氣象衛(wèi)星計劃”（DMSP）和地球同步軌道氣象衛(wèi)星－13（GOES－13）衛(wèi)星?！皣罋庀笮l(wèi)星計劃”衛(wèi)星每個光學(xué)傳感器均能提供2960km 寬區(qū)域云層覆蓋情況的連續(xù)可見光和紅外圖像，為軍事作戰(zhàn)提供氣象信息保障。GOES－13 是美國防部第1 顆GEO 氣象衛(wèi)星，可向印度洋地區(qū)提供戰(zhàn)區(qū)天氣圖像，滿足中央司令部和其他戰(zhàn)區(qū)的需求。美軍將于2023 年部署下一代氣象衛(wèi)星“微波氣象系統(tǒng)后繼”（WSF﹣M），該衛(wèi)星將具有繪制地面氣象的無源微波成像能力和監(jiān)測太空氣象能力。

3 天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展啟示

低軌偵察監(jiān)視小衛(wèi)星星座技術(shù)研發(fā)不斷加快

傳統(tǒng)偵察監(jiān)視衛(wèi)星體型巨大，造價高昂且數(shù)量有限，戰(zhàn)時偵察監(jiān)視體系易遭沉重打擊。美國加快研發(fā)低軌偵察監(jiān)視小衛(wèi)星星座技術(shù)，建設(shè)“黑杰克”等低軌星座，支撐下一代太空體系架構(gòu)，通過把復(fù)雜大衛(wèi)星功能化整為零，實現(xiàn)天基偵察監(jiān)視能力躍升和體系增強(qiáng)，滿足未來全域戰(zhàn)和馬賽克戰(zhàn)等需求，以奪取未來制天權(quán)。美國還探索利用工業(yè)成熟技術(shù)，在保證系統(tǒng)可靠性前提下，大幅減少低軌偵察小衛(wèi)星星座成本。

高精度偵察監(jiān)視載荷和星間激光通信等新技術(shù)快速發(fā)展

美國通過大力發(fā)展高精度偵察監(jiān)視載荷，滿足未來高精度偵察監(jiān)視裝備要求，如基于光子篩技術(shù)的美國光學(xué)偵察小衛(wèi)星獵鷹衛(wèi)星－7（FalconSat－7），長度僅30cm，空間分辨率卻可達(dá)1.8m。美國不斷加強(qiáng)天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)新技術(shù)研發(fā)，如天基衍射薄膜、空間分塊可展開光學(xué)成像和天基光學(xué)合成孔徑等先進(jìn)成像技術(shù)，實現(xiàn)低軌微小衛(wèi)星和高軌大口徑光學(xué)偵察監(jiān)視衛(wèi)星的高精度成像；發(fā)展高頻率波段的雷達(dá)成像技術(shù)，滿足小型高精度雷達(dá)成像衛(wèi)星需求，并不斷提高其分辨?zhèn)窝b目標(biāo)的能力；發(fā)展星間激光通信技術(shù)，大幅降低衛(wèi)星星座系統(tǒng)對地面網(wǎng)絡(luò)的依賴，增強(qiáng)體系快速反應(yīng)能力。

偵察監(jiān)視小衛(wèi)星星座在戰(zhàn)術(shù)攻防中的應(yīng)用日趨廣泛

美國近年來大力發(fā)展可直接服務(wù)于班組作戰(zhàn)的偵察監(jiān)視小衛(wèi)星星座，打破傳統(tǒng)冗長的天基信息支援鏈條。美軍高度重視偵察監(jiān)視小衛(wèi)星星座在戰(zhàn)術(shù)攻防中的應(yīng)用，使其直接面向作戰(zhàn)部隊，圍繞軍事飛機(jī)、導(dǎo)彈等的發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和監(jiān)視，提供戰(zhàn)場態(tài)勢信息獲取和傳輸支持，以See Me 星座為例，其可見光圖像分辨率0.75～1.2m，從手持終端直接向衛(wèi)星提出成像需求，到接收數(shù)據(jù)圖像不超過90min。