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隐形卫星“天基监视系统”卫星

“天基太空监视系统”(SBSS)是美国空间态势感知能力建设的重要发展方向。SBSS系统将同其他空间目标监视系统一起组成全方位的空间目标监视网,让太空目标无所遁形。那么,空间态势感知的意义何在?天基空间监视系统的特点和优势在哪里?各国的发展情况又是怎样?请看科技日报特约专稿——让太空目标无所遁形的“天眼”。

武器性能

  • 中文名:天基太空监视系统
  • 外文名:SBSS
  • 国家:美国
  • 类型:监视系统
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    “天基太空监视系统”(SBSS)是美国空间态势感知能力建设的重要发展方向。SBSS系统将同其他空间目标监视系统一起组成全方位的空间目标监视网,让太空目标无所遁形。那么,空间态势感知的意义何在?天基空间监视系统的特点和优势在哪里?各国的发展情况又是怎样?请看科技日报特约专稿——让太空目标无所遁形的“天眼”。
    美军“天基太空监视系统”(SBSS) 美军“天基太空监视系统”(SBSS)
    日前,美国空军太空司令部宣称“天基太空监视系统”(SBSS)10单元的卫星已拥有初步作战能力(IOC),这标志着天基监视系统在其研发周期内已具有实战能力。这个卫星由轨道科学公司在2010年9月25日发射升空,是SBSS系统的第一个卫星。根据计划,随后将发射的SBSS系统20单元是由4颗卫星组成的星座,比10单元功能更强,稳定性更好。
    长期以来,美国军方一直将空间态势感知能力的构建作为空间对抗准备的重点发展方向。空间态势感知系统负责获取空间情报监视侦察和环境监测信息,为防御性和进攻性空间对抗提供全面的信息支持。随着全球航天活动的增加,空间碎片、空间碰撞问题日益突出,特别是2009年美俄卫星相撞事件后,美国军方更加重视发展空间态势感知能力。
    天基空间目标监视优势明显
    从广义上来讲,空间的物体都是空间态势感知的对象,如暂时经过太空的战略导弹中段、高低轨工作卫星、废弃卫星、空间碎片,以及经过近地空间的小行星和彗星、深空的行星和恒星等。而从狭义上来讲,空间目标监视主要应用在空间对抗和空间安全维护上,因此天基深空探测部分不在空间态势感知的范围内,但在技术实现能力上近地空间目标监视和天基深空探测有很多相似的地方。
    2011年2月4日,美国五角大楼公布了《美国国家安全太空战略》,该战略中明确提出:“我们将提高我们的情报能力,加强预测性感知、特征描述、预警以及责任归究,更好地监控太空领域内的活动。因此,太空态势感知和基础性情报将继续是最具优先性的事务,因为它们是我们保持了解自然干扰的能力,了解其它行为体能力、活动和意图的关键。”同时,美国还将太空感知能力作为领导和约束其他航天国家的重要手段,“美国是太空态势感知的领导者,可以使用其知识来促进合作化太空感知关系,支持安全的太空活动,并保护美国及盟国的太空能力和活动。”因此,美国不断加大空间态势感知系统的构建,在继续完善、增强地基空间目标监视系统的同时,加大了天基空间目标监视系统的建设。
    经过50多年的发展,美国建立了部署在全球多个地点,由30多部探测雷达、跟踪雷达、成像雷达、光学望远镜以及无源射频信号探测器组成的地基空间监视网,可以编目管理大部分空间目标。但总的来说,美国地基空间目标监视系统还不能充分满足美军空间态势感知和空间对抗的军事需求。一是还有覆盖盲区,二是地基观测设备受到天气、大气环境的影响较大,容易发生观测误差。
    天基空间目标监视系统的发展则有效地弥补了这些缺点。在不同轨道上部署空间目标监视卫星、多颗卫星进行组网、天基系统与地基空间目标监视系统相联合等措施,将有效地减少对空间目标的观测盲区。尽管天基空间目标监视系统受发射限制,不能携带大型的观测设备,但因在轨道上可以近距离观测某些目标航天器,因而其观测精度并没有下降。相反,因在外太空没有大气遮挡,光学探测设备的能见性比地基设备的效果相对要好一些。特别是对地球同步轨道这样拥有约3.6万公里高度的高轨卫星目标,天基空间目标监视系统比地基系统有更好的探测效果。
    天基空间目标监视系统与对地侦察卫星的功能有很多相似之处,都是侦察卫星对感兴趣的目标进行观测。不同的是,天基空间目标监视系统所观测的目标的特殊性,给天基系统的构建带来更多的挑战。地面目标与对地观测卫星的相对几何关系比较稳定,相对速度也较小。而天基空间目标监视卫星相对于空间目标的几何关系变化较大,相对速度也较大,最大可以达到15公里/秒。怎样在这样的高速条件下对目标进行观测和跟踪,是未来空间目标监视系统发展中需要解决的关键技术问题。
    美国天基空间目标监视系统概况
    早在1996年,美国就发射了“中段空间试验卫星”MSX。MSX上搭载的主要设备有:空间红外成像望远镜(SPIRIT Ⅲ)、紫外和可见光照相机(UVSI)和天基可见光传感器(SBV)。主要任务是对导弹中段的发现和跟踪,进行导弹中段预警。该项目1997年完成技术验证,并开始将项目和技术融入到空间目标监视系统中,1998年正式运行,2008年退出使用。MSX验证了新一代导弹预警和防御所用探测器技术,收集和统计了有价值的背景和目标数据,其成熟技术都将转换到新一代天基空间目标监视系统上。
    SBSS项目于2002年正式启动,主要目的是建立一个低地球轨道光学遥感卫星星座,拥有较强的轨道观测能力,重复观测周期短,并可全天候观测,可大幅度提高美国深空物体的探测能力。据称,SBSS系统将使美国对地球静止轨道卫星的跟踪能力提高50%,同时美国空间目标编目信息的更新周期由现在的5天左右缩短到2天,从而大大提高美军的空间态势感知能力。SBSS系统发展将分两个阶段进行:第一个阶段的目标是研制和部署SBSS系统10单元卫星提供一种过渡的空间监视能力,监视近地轨道物体;第二个阶段将部署由4颗SBSS卫星组成的卫星星座,并将应用更为先进的全球空间监视技术。预计于2015年SBSS系统成功部署后,美国将形成天地一体化空间监视系统。
    与部署在低轨的SBSS系统不同,美国空军正在研制和部署的“轨道深空成像仪”(ODSI)系统则是一个由运行在地球静止轨道的成像卫星组成的卫星星座,其主要任务是执行空间目标识别,拍摄地球静止轨道空间目标的高分辨率图像,并实时或定期地提供相关信息,支持整个空间战场感知和空间对抗作战。2005年1月,波音、洛马和诺格3家公司通过竞标成为ODSI概念研究的合同商,按计划ODSI卫星将于2015年进行首次发射。
    除上述大型的天基空间目标监视系统以外,美国空军还积极研制微小卫星,让其成为空间监视力量的重要组成部分。微小卫星成本低、研制周期短,可以在战时或紧急时刻及时发射,并且可以由多颗航天器组成星座或进行编队,完成对重点目标的及时准确跟踪监测。美军未来空间监视中微小卫星应用的方案包括:一、针对突然出现的可能有敌意的非合作空间目标,当其他天基、地基空间监视探测器无法获取所需的关于目标更为详细的信息时,可以使用微小卫星(包括在轨驻留的和及时响应发射的微小卫星)靠近目标,获取更为详细的目标特征数据,并推断非合作目标的意图。二、针对需要特别保护的合作空间资产,可以在其附近部署微卫星,监视受保护航天器周围环境,对威胁进行预警,判断该威胁是自然破坏还是人为攻击,并有效采取防御措施。目前美国可能用于空间目标监视的微小卫星项目主要有“近场自主评估防御钠星”(ANGELS)计划、“空间试验卫星”(XSS)计划和“小型轨道碎片探测、捕获与跟踪”(SODDAT)计划。
    此外,美国空军研制的“天基红外系统”(SBIRS)和“空间跟踪与监视系统”(STSS)卫星尽管都是为实现导弹防御而研制的系统,但也具有很强的天基空间目标监视能力。
    其他各国天基空间目标监视系统
    目前,其他国家也开始意识到天基空间目标监视的重要性,但和美国多星座、多谱段、多任务、一体化全球覆盖的模式不同,他们都根据自己的科研水平和经济实力采取微小卫星、复合任务的发展策略,在发展其他航天项目时,积极对天基空间目标系统相关的关键技术进行技术验证。
    “恒星微振动观测”(MOST)是加拿大研制的世界上最小的太空望远镜,主要用于天文观测,但在天文任务的间隙(即运行方定期进行维护和软件更新时),MOST还被用来进行任务之外的空间目标探测试验,进行天基空间目标系统关键技术验证试验。目前,加拿大正在研制“高低轨观测卫星”(NEOSSat)项目,也是天文观测项目,该任务期望使用一个光学望远镜载荷,完成两类在轨观察任务:近地空间监视和高轨空间监视,发现并观察近地小行星和彗星,并确定其运行轨迹。
    利用科学项目积累的技术成果,加拿大国防部加快了空间监视系统(CSSS)的研发工作,该系统是加拿大的空间监视计划(SofS)中的核心部分。“Sapphire”卫星就是该系统的重要组成部分,它是一个携带光电有效载荷的小卫星,投入使用后将成为美国空间监视网(SSN)的一部分。“Sapphire”卫星的主要观测目标是太空中活动的卫星及失效卫星、空间碎片等。
    德国预计2013年发射的“AsteroidFinder”卫星,是一颗以观测近地轨道卫星和空间碎片的微小卫星。意大利罗马La Sapienza大学(又叫罗马一大)的GAUSS小组正在研制Unisat-5卫星。该微小卫星主要用于民用科学试验,利用光学观测系统对空间碎片进行监视。
    不难看出,在天基空间目标观测领域,美国仍然是走在前列的领头羊。可以预见,在2015年后,当美国计划的所有天基空间目标监视系统都完成部署实现实战能力后,太空就俨然成了美国的后花园,太空中所有一举一动都逃不出美国这些“天眼”的监视,这将大大增加太空乃至地球的安全。然而,这也势必导致美国的技术霸权和政治霸权得到进一步巩固,这又是每一个热爱和平的人不愿意看到的。 

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