美国天基侦察监视系统发展分析与启示

admin 2024年4月24日06:30:14评论20 views字数 12178阅读40分35秒阅读模式
现代化的战争是信息化战争,战场信息的获取、传输与使用对一场战争的胜利起着至关重要的作用。完整的空间信息网如下图所示,以卫星网络为核心,联合深空网络、近地空间网络、地面网络构成。其中的核心卫星网络称为天基网,包括各低、中、高轨道层面执行不同任务的卫星,深空网位于更外层空间,包括航天飞机、天体探测器等节点;空基网和地面网分别由低空飞行器和地面信息接收设备构成。空间信息网中各个节点通过星间链路、星地链路有效地组织起来,提高系统的灵活性、机动性和智能化。在军事作战领域,以侦察、通信、导航等功能为主的多种多样的卫星,为地面作战提供着各种强有力的战场信息支援,太空作为各种信息的策源地,夺取制天权是赢得信息化战争胜利的前提条件。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
作为最早进入太空领域发射人造地球卫星的两个超级大国之一,美国在与前苏联的太空军备竞赛中积累了先进的技术经验和能力,经过几十年的不断发展,美国已经具备包括信息获取类,信息传输类和时空基准类等在内的种类丰富,体系完备的天基卫星信息系统,可为战场的监视侦察,通信连接,指挥决策,地形导航等提供支持,极大地提高了美军作战能力。
在侦察卫星方面,分为照相侦察卫星和电子侦察卫星。照相侦察卫星主要利用光电遥感器对地面摄影以获取军事情报,是发展最早、最快,发射数量最多,技术最成熟的卫星之一,世界上第一颗照相侦察卫星就诞生在美国。目前美国低轨照相侦察卫星有:“锁眼”光学照相侦察卫星,“长曲棍球”雷达照相侦察卫星,以及 “未来成像体系”卫星,其中“锁眼”光学照相侦察卫星携带高分辨率照相机和先进的红外传感器,轨道机动能力很强,地面分辨率达0.1米;“长曲棍球”雷达照相侦察卫星携带 X 和 L波段合成孔径雷达, 能穿透云雾进行全天候、全天时侦察,地面分辨率为0.3米。
天基电子侦察体系是美军事情报信息系统的重要支撑,其已建成覆盖全球,高分辨率,全天时全天候的侦察系统。目前美国电子侦察卫星可覆盖雷达信号和微波、无线电等大部分电磁频谱,具体功能主要通过截获分析无线电信号确定敌方雷达、舰艇、导弹等军事目标的定位,侦察和接收敌方导弹测试的遥测信号,截获和监听无线电通信破解通信内容。美军电子侦察卫星已发展至第五代,目前在役的大部分是第四代,包括“水星”“门特”“号角”等,其中“水星”用于截获监听通信情报,监测导弹试验时的遥测信号等,“门特”有很强的星上信号处理能力和轨道机动能力,属于 “集成化过顶信号侦察体系-1”(IOSA-1)的一部分,“号角”(又名“军号”“小号”)和“门特”同属美国国家侦察局(NRO)和中央情报局(CIA)管理,高灵敏度的监听天线打开后直径约150米,可同时监听上千个地面信号,包括地面、空中与核潜艇舰队之间的通信。
天基侦察监视系统是美军应用最广泛的天基信息支援系统。美国天基侦察监视系统已形成涵盖导弹预警和杀伤评估、目标侦察监视、战场气象信息监测等在内的复杂系统,其理论水平、技术能力和作战运用处于世界领先水平 。美军分别成立跨机构联合太空作战中心和太空作战联合指挥部,并陆续将各军种中负责卫星相关太空作战能力的部门纳入太空军行列,旨在强化各军种/部门间天基侦察监视信息共享与协同作战,满足未来多维化、信息化、一体化联合作战需求。截至2022 年6 月,美国新发射2 颗神秘间谍卫星NROL-87 和NROL-85,推测可能分别是新一代“锁眼”(KeyHole)侦察监视卫星和新一代海洋监视卫星,新发射2 颗“地球同步空间态势感知计划”(GSSAP)卫星。此外,美国还发射多批次“星链”(Starlink)低轨卫星,退役2 颗“空间跟踪监视系统”(STSS)导弹预警卫星,持续完善其天基侦察监视体系。

美国天基侦察监视系统发展分析与启示

美军侦察监视卫星体系发展趋势
美国侦察监视卫星的发展始于20世纪50年代末实施的“发现者”计划。1960年8月,美国成功回收“发现者13号”返回式成像卫星,开启了侦察监视卫星的发展序幕。至20世纪80年代末,美军逐渐发展并形成较为完备的侦察监视卫星体系,包括成像侦察卫星、电子侦察卫星和海洋监视卫星。其中,成像侦察卫星在20世纪末进入升级换代阶段,正在探索从战略、战役侦察向战术侦察的转变;电子侦察卫星和海洋监视卫星持续更新,保持稳定发展。
成像侦察卫星利用星载成像设备获取地表目标的图像和位置信息,为军事行动提供战场态势、目标信息及打击效果评估等情报。为提高图像的地面分辨率,这类卫星通常部署在高度为200~1000千米的低地球轨道。根据成像机理,成像侦察卫星可分为光学成像侦察卫星和雷达成像侦察卫星。光学成像侦察卫星是最早应用的天基侦察装备,可搭载可见光、红外或多光谱相机,其中可见光相机可获取高分辨率的目标图像,红外相机能够实施夜间成像侦察,多光谱相机可获取目标的更多特征信息,具有一定识别伪装的能力。美军现役光学成像侦察卫星以“锁眼”-12系列卫星为主,已在试验“红隼眼”微小卫星侦察监视星座,验证“按需”支持作战行动的战术侦察监视能力。雷达成像侦察卫星利用合成孔径雷达(SAR)成像,可克服云雾、雨雪和黑夜等环境限制,具备全天时、全天候成像侦察能力。现役雷达成像侦察卫星处于新旧型号过渡时期,包括即将退役的“长曲棍球”卫星和新一代的“未来成像体系—雷达”卫星。
电子侦察卫星搭载有高灵敏、大带宽电子侦察设备,可侦听、截获覆盖区域电子设备的电磁辐射信号,如侦收雷达信号、遥控与遥测信号,掌握相关武器系统的配置、性能、试验情况和发展动向;截获无线电通信信号,获取相关情报和测定、跟踪信号位置,以及长期监视敌方电磁辐射源的变化情况等。从20世纪60年代初至今,美军电子侦察卫星已从低地球轨道发展到高轨道,包括部署在地球静止轨道的“顾问”卫星、“水星”卫星,以及部署在近地点1000~2000千米,远地点约38000千米,倾角约63.5°的轨道上,可实现对北半球高纬度地区的长时间覆盖的“军号”卫星。
海洋监视卫星利用星载探测装备,采用主动/被动方式实现对水面舰船、潜艇等目标活动的侦察监视。主动探测方式是利用雷达扫描确定舰船的位置和尺寸,但受星载设备能力的限制并未得到广泛应用;被动探测方式是利用多颗卫星同时截获海面目标的电磁辐射信号,通过计算得到目标位置。美国海军的“海军海洋监视系统”采用被动探测方式。现役型号为“天基广域监视系统”(SB-WASS),也称“入侵者”(Intruder),通过与成像侦察卫星、电子侦察卫星协同工作,海洋监视卫星可用于发现、识别目标并测定其位置、航向和航速等信息,为作战指挥提供情报。
“门特”卫星(Mentor)又称“高级猎户座”(Orion),是由美国国家侦察局(NRO)负责管理运行的第四代电子侦察卫星。该卫星采用大型网状的相控阵天线,可截获、监听100MHz~20GHz频段范围的所有信号,包括微弱信号。该卫星的首要任务是截收俄罗斯和中国等导弹试验的遥测数据信息,其次是监听雷电信号以及微波通信、无线电通信甚至步话机的信号等。卫星还具有很强的星上信号处理能力和轨道机动能力。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
“水星”卫星又称为“高级漩涡”(Advanced Vortex),星上安装有一个直径约100米的大型圆形天线。该卫星除了能够对通信广播信号进行监听外,还增加了收集非通信类电子信号的电子情报有效载荷。卫星的质量为4~5吨,装载三轴稳定系统,有一个非常大、可展开的圆形天线,直径约100米。该卫星可拦截广播通信系统传输以及雷达和其他电子系统信号,收集非通信电子传输,包括导弹试验遥测情报、雷达发射情报等。
“号角”(Trumpet)电子侦察卫星属美国国家侦察局和中央情报局管理运行。卫星质量一般为5.2~6吨,装载三轴稳定系统,使用了最先进的电子技术和数字技术。高灵敏度的监听天线打开后直径约150米,能听见特种频率的声音,可同时监听上千个地面信号,包括地面、空中与核潜艇舰队之间的通信。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
“联合天基广域监视系统”(SB-WASS)是美国现役最先进的海洋监视卫星,共发射了5组10颗卫星。卫星采用双星组网方式工作,轨道倾角63.4度,高度约1000公里,集成了海军海洋监视和空军战略防空的侦察需求,具有全天候的全球监视能力。SB-WASS-NAVY安装有红外成像侦察系统,通过卫星上的高灵敏度红外CCD相机扫描海面,获取目标的红外图像,经处理后判明海面热源的种类,从而判断热源是否是船只、是否是水面舰艇。SB-WASS-AF是空军的卫星计划,目的是战略空中防御,主要侦察敌方飞机,也能对水面进行侦察。
“入侵者”(Intrude)电子侦察卫星是美国第五代电子侦察卫星,也是“集成化过顶信号侦察体系”(IOSA)的组成部分。该卫星利用天基网的发展思路和新的设计理念研制的,目的是提高电子侦察质量,降低系统成本。它具有多轨道能力,可代替当今静止轨道和大椭圆轨道的卫星并集通信情报和电子侦察于一身。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
“徘徊者”(Prowler)卫星主要用于侦察、定位战略目标,是危险性最大的太空间谍。该卫星发射于1990年,当时主要目的研究地球同步轨道上的前苏联卫星,属于美国绝密类型的侦察卫星。卫星质量约为1,300千克,具有一定的隐身性,可以在地球同步轨道内进行机动,监视周围卫星、传输相应数据、执行信号情报任务、拦截目标卫星的通信等。
在侦察卫星的联合作战领域,主要为“联合天基广域监视系统”(SB-WASS),其由“空军天基广域监视系统”( SB-WASS-AF)和 “海军天基广域监视系统”(SB-WASS-NAVY)联合组成而来,采用双星组网方式工作,兼顾了被动电子侦察和主动扫描两种探测模式,同时满足海军海洋监视和空军战略防空的侦察需求,具有全天候的全球监视能力。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
“海军天基广域监视系统”(SB-WASS-NAVY)的卫星
新一代高技术的电子侦察卫星以“入侵者”和“徘徊者”为代表,前者是利用天基网的发展思路和新的设计理念研制的,目的是提高电子侦察质量,降低系统成本。它具有多轨道能力,可代替当今静止轨道和大椭圆轨道的卫星并集通信情报和电子侦察于一身。“徘徊者”于1990年在亚特兰蒂斯号航天飞机上发射,目的是研究地球同步轨道上的苏联卫星,虽然美国政府从未承认过它的存在,但是它已经被业余观察者和泄漏的信息所识别。
从未来发展规划来看,目前美国侦察卫星领域新技术主要集中在高轨道薄膜衍射成像,超光谱成像,红外凝视传感器以及卫星星座组网等方向,从而提升卫星的侦察监视性能,增加卫星数量,保障通信能力,同时其属国家侦察局和美军战略司令部管理,接受从事间谍活动的国家安全局和中央情报局等部门的业务指导,拥有成熟的管理运作模式和丰富的实战经验。
在导弹预警卫星领域,1994年,美国国防部计划对各种红外太空需求进行整合,最终选择了“天基红外系统”(SBIRS)来替代和增强“国防支援计划”(DSP)。天基红外系统(SBIRS)旨在通过21世纪的前二到三十年满足美国的红外太空侦察和监视的需要,提供导弹预警和导弹防御方面的关键能力。
SBIRS系统由天基段和地基段组成,天基段分为高轨卫星与低轨卫星。高轨卫星SBIRS High(现在也简称为“SBIRS”),由四颗地球同步地球轨道(GEO)卫星和两个位于大椭圆轨道(HEO)卫星上搭载的探测传感器组成,主要用于主动段的侦察与监视。低轨卫星SBIRS Low现在由导弹防御局(MDA)管理,随后被重命名为“低轨空间跟踪和监视系统”(STSS),该计划预计包括在低轨道的大约24颗卫星,STSS主要用于搜索和跟踪导弹目标中段飞行时的发热弹体和冷再入弹头。SBIRS系统通过高轨卫星与低轨卫星组网,可实现对战术和战略导弹发射的助推段、中段飞行阶段、再入阶段的全程探测与跟踪,并达到对目标的全球覆盖。SBIRS系统的地基段则包括美国本土和全球基地的地面控制站、中继站和通信链路。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
SBIRS系统的配置:GEO,HEO和地面站设施
美军的下一代导弹预警系统为“过顶持续红外系统”(OPIR),旨在接替SBIRS,通过改进导弹预警能力,监视和发现敌方的战略弹道导弹,并在导弹发射时发出警报,以更高生存能力应对新出现各种的威胁。
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在通信卫星领域,通常军事通信卫星采用UHF,SHF(也称为X频段)或EHF(也称为Ka频段)频段,用于远距离中继的信息传输。美国军用通信卫星分为宽带,受保护和窄带三大类。宽带系统的特点是容量大、传输速率高,常用X和Ka频段;受保护系统着重抗干扰特性、保密性及核生存能力,常用极高频频段;窄带系统则主要支持需要语音或低数据速率通信的用户,常用特高频频段。目前美国太空军事通信卫星中宽带、受保护、窄带三大系统分别由现代化最新型WGS、AEHF、MUOS三大系统构成。美国武装部队通过分布在各大洲的地面站维护着国际卫星网络, 信号延迟是卫星通信中的一个主要问题,因此地理和气象因素在选择传送端口方面起着重要作用。由于美军的一些主要军事活动是在外国领土上进行的,因此美国政府需要将卫星服务分包给总部设在气候适宜地区的外国承包者。
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AEHF-1
“宽带全球卫星通信系统”(WGS)是高容量美国太空部队卫星通信系统,3颗WGS卫星即可满足五角大楼90%的宽带需求。WGS系统还具备交叉频段能力,即以一种频率接收信息然后以另一种频率传输信息,从而实现点对点或多对多的无缝通讯,支持更多的终端类型用户。WGS还通过提供附加的信息广播功能以及在该频段上提供新的双向功能来增强当前的Ka频段全球广播服务。美国受保护通信卫星“先进极高频”(AEHF)系列卫星目前由美国太空部队管理,该系统将由地球静止轨道上的六颗卫星组成,采用了新型相控阵天线,先进的集成电路和新型天基推进器,将为高优先级的陆海空装备提供可生存的、全球性的、安全的、受保护的和抗干扰的通信,具有很强的抗干扰、防侦听、防截获抗毁伤能力,能够满足实时图像,战场地图和跟踪数据传输等战术通信要求,构建卫星之间的星间链路链接,使它们可以直接点对点中继通信,提高地面控制站被破坏下的卫星生存率。“移动用户目标系统” (MUOS)已于2019年全面投入使用,通过五颗卫星和全球四个地面站组成的系统,为终端、平台、战术运营商和运营中心提供全球窄带连接。MUOS旨在在全球范围内,在多服务人口超高频(UHF)频段,为较新的较小的终端提供增强的通信功能,为移动作战部队提供类似手机的移动电话服务,同时仍支持与传统终端的互操作性。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
位于夏威夷的MUOS地面站
在导航卫星领域,全球定位系统(GPS)可为全球陆海空天用户提供全天时、全天候、连续的时间和空间基准定位服务,是作战指挥控制,兵力机动,精准火力打击的关键支撑,成为美军军事行动和军事支援不可或缺的重要组成部分。在海湾战争中GPS首次亮相就向世界展现了卫星导航的巨大作用,GPS于1995年7月17日达到完全运营能力,实现了其最初的设计目标。目前在轨服役的是GPSⅡ系列卫星,相比前一代有更高的精准度和更强的抗干扰能力。GPS Ⅲ除了在导航精度和抗干扰能力上持续提升外,设计要求还包括了在轨重编程,在轨升级,与其他卫星通讯以及可增加新信号或新任务的能力。目前已发射10颗GPS Block III卫星中的4颗,所有4颗都已实现在轨运行,预计在2023年发射第十次也是最后一次GPS Block III。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
GPS Block IIIA在轨卫星
综合美国军事卫星发展改革趋势来看,之后卫星将向多样化、小型化和星座化发展。美国各部门各军种有多种多样的卫星计划,但时常可见因研发成本或技术难度等导致延期数年发射甚至计划取消(例如命途多舛的军用气象卫星),因此美国计划之后的卫星建设向多样化方向发展,不再过分追求一颗卫星具备所有功能,在太空威胁持续增加的背景下,在轨卫星数量的增多可以降低受攻击的可能性以及由此带来的损失。未来军用卫星将大量采用一箭多星技术,向小型化方向发展,如气象卫星、导弹预警卫星等,但地球静止轨道的卫星仍以大型卫星为主。另一方面,美国还在加强卫星间的星座组网通信,例如DARPA提出的Blackjack项目希望在近地轨道上建立低成本军事通信卫星网络,降低单颗卫星受损对系统功能的影响程度,降低对地面中继环节的依赖。另外,美国军方也将加强与商用航天的合作,商用宇宙飞船也将为美军运送军用载荷。
正是由于美国强大的太空信息支援系统的帮助,美军在海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争展现出了绝对的战场信息优势,将战场变为单向透明,如此重要的太空信息系统也成为美军重点防御和对手重点打击的对象。
太空信息攻防系统主要指为了最大限度发挥太空信息战的作用,针对敌方太空设施的攻击以及对己方太空设施的保护。为了以和平目的发展探索和利用外层空间,1966年联合国大会通过了《外层空间条约》(OST),其中一条明确规定了“禁止在围绕地球轨道、天体和外层空间放置载有核武器或其他类型的大规模毁灭性武器。”尽管《外层空间条约》已足够全面,但是由于对“和平使用”“防御性使用”“太空武器”等关键概念缺乏清晰性和统一性的解释,这对OST构成了挑战。
美国空军于20世纪初制定并批准了一份学说文件,概述了空军在太空中进行作战的方法,称为“反太空作战”。该学说详细说明了出于防御和进攻目的针对太空系统和卫星的作战计划和执行计划。新文件透露出,美国空军不仅打算对太空武器化,而且还可能对敌方军事卫星以及主要民用卫星进行反卫星行动(可能是先发制人)。
据美国智库发布的《太空威胁评估2018》报告,太空对抗武器可分为四大类,动能攻击、非动能攻击、电子攻击和网络攻击。
动能攻击是指通过物体的撞击或弹头的爆炸而导致卫星或地面支持设施的永久性和不可逆转的破坏。这一技术包括上升式反卫星武器(ASAT)和共轨式动能反卫星武器,技术难度高,但可判明攻击来源。ASAT的本质含义是“通过纯粹使用高速和动能撞击来摧毁敌对卫星”。共轨式是放置在相似轨道上的卫星,可以通过近距离的轨道交会操作定向拦截或干扰其他卫星。早在冷战时期,美国就致力于“以星反星”等反卫星武器的研制,并把其作为太空战的重要武器装备。
天基侦察监视系统是信息化战争的核心保障,美国侦察监视卫星系统未来将更加注重战术应用,成像侦察、电子侦察、海洋监视将综合集成,构成综合的天基侦察监视系统,系统安全防护能力也将显著增强。
一是系统升级换代,星座化发展。美国将继续升级换代侦察监视系统,如继续研制部署“未来成像体系—雷达”卫星、下一代光学卫星等,逐步实现升级换代;在提高空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的同时,注重多种分辨率、多种手段的综合利用,构建光学、雷达和电子侦察综合观测星座,提高重访频率。
二是逐渐向高轨扩展,发展高轨成像技术。为解决低轨成像侦察卫星覆盖范围小、重访时间长等问题,将在更高轨道部署卫星。地球静止轨道高分辨率成像侦察卫星既可实时拍摄目标视频,也具备动目标检测能力,成为未来的研究热点。美国通过多个项目如国防高级研究计划局“莫尔纹”(MOIRE)项目、美国空军“猎鹰卫星”-7试验卫星等研制新型的薄膜衍射成像技术,不仅可解决高轨卫星高分辨率成像问题,也可实现低轨高分辨率卫星小型化。
三是注重战术应用,发展快速响应系统。成像侦察卫星将在继续运行高分辨率侦察监视卫星的同时,向小型化、星座化、低成本、快速响应的方向发展,直接满足战术应用需求。
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
2000年之后美国电子侦察卫星发射表
美国天基侦察监视系统发展分析与启示
美国天基侦察监视系统典型军事任务及装备集

1 美现役天基侦察监视系统支援方式

美国天基侦察监视系统采用“信息推送”和“灵活索取”两种方式实施信息分发和信息支援。“信息推送”是指上级联合部队情报部门根据下级联合部队的信息请求及其任务领域,经天基侦察监视平台搜集,通过人工、网络和共享数据库等形式向下级推送天基侦察监视相关信息。“信息推送”一般通过“国防情报分发系统”来进行管理。“灵活索取”是指下级部队可通过配备的“军兵种战术应用终端设备”等直接访问数据库、情报电子文档或各级情报组织的资料档案库获取定制的天基侦察监视相关情报产品(图像信息、电子信号信息、测量与特征信息)。
战时统一管理侦察监视信息支援的中枢是美联合参谋部下属国家联合作战与情报中心(NJOIC)。天基搜集平台的运控方主要是美国国家侦察局(NRO)、国家地理空间情报局(NGA)、国家安全局(NSA)和国防情报局(DIA)等,各机构所获数据信息经处理开发形成标准情报产品。由商业遥感数据得到的地理空间情报还将在非保密互联网协议路由网络上,与国防部及其他非国防部机构之间进行分发,并在商业运营商档案库和非保密国家图像库中进行共享。

2 美现役天基侦察监视系统技术能力分析

美国现已建成包括导弹预警和杀伤评估、目标侦察监视(光学成像侦察、雷达成像侦察、电子侦察)、战场气象信息监测等在内的全方位多样化的天基侦察监视体系,显著提高美军在现代化战争中的作战效能。当前预警和杀伤评估体系可实现对战术和战略导弹发射助推段、中段飞行阶段、再入阶段全程探测与跟踪,并达到对目标的全球覆盖,对洲际弹道导弹的预警时间长达30min。为满足未来联合全域作战的需求,美国正在“下一代太空体系架构”下,加速对其跟踪层、监控层、威慑层和地面支持层等的天基侦察监视装备进行研发和部署。

预警和杀伤评估领域

美国导弹预警卫星系统现已形成“国防支援计划”(DSP)、“天基红外系统”(SBIRS)、“空间跟踪与监视系统”(STSS,已于2022 年3 月退役)和“天基杀伤评估”(SKA)等几类星座组成的相互补充的导弹预警和杀伤评估体系,当前,在轨卫星统计信息为9 颗地球同步静止轨道(GEO)卫星、4 颗高轨道(HEO)卫星、2 颗低轨道(LEO)卫星和22 颗LEO 杀伤评估卫星。“天基红外系统”旨在替换“国防支援计划”,现已完成主体系统组网,主要用于探测战略和战术弹道导弹发射及助推段飞行,其后续项目下一代“过顶持续红外”(OPIR),采用3GEO﹢2HEO 配置,首星计划于2023 年发射,或将采用超大面阵多波段红外阵焦平面探测器,进一步增强对各型导弹发射探测能力。“空间跟踪与监视系统”最初是“天基红外系统”的低轨部分,用于搜索和跟踪导弹目标中段飞行时的发热弹体和冷再入弹头,仅发射的2 颗验证卫星已于2021 年9 月停止收集数据,并于2022 年3 月宣布退役。“天基杀伤评估”已进行实兵检验,可通过观察撞击产生的可见光和红外光,评估拦截的是真弹头还是轻型诱饵。此外,美国还研发了“高超声速与弹道导弹跟踪空间传感器系统”(HBTSS),专门针对敌方发射的高超声速飞行器和弹道导弹进行全程跟踪,首批20 颗小卫星将于2022 年发射。

美国天基侦察监视系统发展分析与启示

美军天基导弹预警体系

目标侦察与监视领域

美陆地目标侦察监视体系由“锁眼”(Keyhole)等光学成像侦察卫星,“未来成像体系雷达”(FIA)、“长曲棍球”(Lacrosse)等雷达成像侦察卫星,“光学雷达一体化成像侦察卫星”(8X),以及“顾问”(Mentor)、“军号”(Trumpet)、“水星”(Mercury)等电子侦察卫星组成。美国现役光学成像侦察卫星具备轨道机动、侧摆成像、快速改变镜头焦距等能力,基本实现了测绘/ 侦察一体。可见光空间分辨率0.1~0.15m,红外分辨率0.6~1m;雷达成像侦察卫星可穿透云雾进行全天候、全天时侦察,空间分辨率0.3~1m;电子侦察卫星可覆盖雷达信号和微波、无线电等大部分电磁频谱(100MHz~25GHz),可进行通信监听,并收集导弹武器试验时的遥测、遥控、雷达射频等非通信电子信号。海洋监视卫星系统主要是“天基广域监视系统”(SB﹣WASS),采用双星组网方式,兼顾被动电子侦察和主动扫描两种探测模式,同时满足海军海洋监视和空军战略防空侦察需求,可实现优于2km 的舰船目标定位精度。太空目标侦察监视(空间态势感知)主要依靠“天基太空监视系统”(SBSS)、“地球同步空间态势感知计划”(GSSAP)和作战响应空间-5(ORS-5)等。空间态势感知卫星对低轨目标分辨率5cm、静止轨道目标分辨率50cm,可跟踪编目所有在轨卫星和直径数厘米以上的空间碎片等共计23000 余个空间目标,可对所有在轨工作卫星进行轨道预测和碰撞预警。美国还积极发展“星链”、“军事作战空间使能效果”(See Me)、“黑杰克”等小卫星星座,以及空天飞机和空间站等多样化平台,以增强天基侦察监视能力,并力图使其直接服务班组作战。“星链”拟于2024 年前发射1.2 万颗低轨卫星形成全球互联网,若搭载先进光学载荷且星间互通,结合重访率高的优势,可实现24h 不间断光学侦察,通过计算体系的大数据分析,可高效识别真假目标,且抗干扰能力强,有助于强化美军“非对称”侦察监视技术优势。截至2022 年6 月18 日,“星链”已发射48 批次共2706 颗卫星,在轨约2400 颗,且已批量安装激光星间链路。

美国天基侦察监视系统发展分析与启示

“星链”卫星结构图

美国天基侦察监视系统发展分析与启示

“黑杰克”星座示意图

战场气象信息监测领域

美国在轨军用气象卫星主要是“国防气象卫星计划”(DMSP)和地球同步轨道气象卫星-13(GOES-13)卫星。“国防气象卫星计划”卫星每个光学传感器均能提供2960km 宽区域云层覆盖情况的连续可见光和红外图像,为军事作战提供气象信息保障。GOES-13 是美国防部第1 颗GEO 气象卫星,可向印度洋地区提供战区天气图像,满足中央司令部和其他战区的需求。美军将于2023 年部署下一代气象卫星“微波气象系统后继”(WSF﹣M),该卫星将具有绘制地面气象的无源微波成像能力和监测太空气象能力。

3 天基侦察监视系统发展启示

美国国家侦察局正在推进“集成化过顶信号情报体系-2”(ISOA-2)的研究,但是由于资金问题,美国决定暂时不再投资建设新一代电子侦察卫星,而是在目前IOSA-1的基础上进行改进,改进的基本型就是“入侵者”地球同步轨道卫星,着重发展高轨道大型卫星和低轨道小型卫星星座两个方向。为了适应信息化太空化作战的要求,美军的电子侦察卫星系统也需要进行不断的升级改造。
首先是星上载荷方面,最重要的就是天线,目前已有卫星的天线分为伞状侦察天线和网格状相控阵侦察天线。重点是发展超大型天线,但天线越大,其收拢、展开和变形等技术也会变得复杂,如“号角”卫星就采用滑轮组和微型马达来展开天线,或者为天线配备更高的搜索功率。在信息处理方面,进一步增强星上电子侦察设备的信号处理能力和处理速度,提高信息传输效率,提升卫星的电子对抗水平和抗干扰能力。
其次是加快星座网络化发展。新一代电子侦察卫星多是一箭多星发射,或者一组卫星相隔较短时间发射,从而加快卫星星座组网速度,实现快速部署。星座制卫星系统的组成和信号处理要复杂一些,但具有定位精度高,瞬时覆盖区域大,侦察设备相对简单等优点,不再需要单颗卫星承担过多载荷过多任务,使卫星向小型化微型化方向发展,并且扩大了侦测范围,提高了测向精度。
提高近太空的利用率,加快小卫星的开发。目前美国现役电子侦察卫星大部分为高轨道卫星,虽然覆盖面积大,但是对侦察灵敏度要求高。近些年近太空不断被开发利用,美国进行了各种高超声速飞行器的实验,鉴于现代战争的快速性,战时美国可择机发射近太空侦察飞行器或可快速发射部署的小卫星系统,支援美军战役及战斗层面的行动,弥补高轨道电子侦察卫星大多用于战略侦察层面的不足。随着科技的发展,外太空活跃卫星的数量一直在增长,造成空间拥挤,或者卫星碰撞,从而产生空间碎片。小卫星系统可以完美地利用空间碎片“隐身”,又或者通过分别发射所有零件并将它们分散到不同的轨道中,例如将传感器、放大器、处理器放在不同轨道,并无线连接以创建“虚拟卫星”,它们将完美融合进太空碎片中,这对微小卫星的变轨机动能力提出了更高的要求。

低轨侦察监视小卫星星座技术研发不断加快

传统侦察监视卫星体型巨大,造价高昂且数量有限,战时侦察监视体系易遭沉重打击。美国加快研发低轨侦察监视小卫星星座技术,建设“黑杰克”等低轨星座,支撑下一代太空体系架构,通过把复杂大卫星功能化整为零,实现天基侦察监视能力跃升和体系增强,满足未来全域战和马赛克战等需求,以夺取未来制天权。美国还探索利用工业成熟技术,在保证系统可靠性前提下,大幅减少低轨侦察小卫星星座成本。

高精度侦察监视载荷和星间激光通信等新技术快速发展

美国通过大力发展高精度侦察监视载荷,满足未来高精度侦察监视装备要求,如基于光子筛技术的美国光学侦察小卫星猎鹰卫星-7(FalconSat-7),长度仅30cm,空间分辨率却可达1.8m。美国不断加强天基侦察监视系统新技术研发,如天基衍射薄膜、空间分块可展开光学成像和天基光学合成孔径等先进成像技术,实现低轨微小卫星和高轨大口径光学侦察监视卫星的高精度成像;发展高频率波段的雷达成像技术,满足小型高精度雷达成像卫星需求,并不断提高其分辨伪装目标的能力;发展星间激光通信技术,大幅降低卫星星座系统对地面网络的依赖,增强体系快速反应能力。

侦察监视小卫星星座在战术攻防中的应用日趋广泛

美国近年来大力发展可直接服务于班组作战的侦察监视小卫星星座,打破传统冗长的天基信息支援链条。美军高度重视侦察监视小卫星星座在战术攻防中的应用,使其直接面向作战部队,围绕军事飞机、导弹等的发现、识别、跟踪和监视,提供战场态势信息获取和传输支持,以See Me 星座为例,其可见光图像分辨率0.75~1.2m,从手持终端直接向卫星提出成像需求,到接收数据图像不超过90min。
美国军用电子侦察卫星经过60年的发展,数量众多,功能齐全,种类完备,代表了当今世界的领先水平。电子侦察卫星正向着多功能、长寿命、实时性强和适用范围广等方向发展。得益于美国在航天探索领域的深厚基础,以及现代化一体化协同作战的军事思想,电子侦察卫星与其他类别卫星有着更密切的协同合作,在星座网络化方向有着广阔的发展前景。进一步增强星上电子侦察设备的信号处理能力和处理速度,提高太空战背景下卫星的抗干扰能力、变轨机动能力以及抗摧毁能力是美军电子侦察卫星未来的发展趋势。

原文始发于微信公众号(太空安全):美国天基侦察监视系统发展分析与启示

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  • 本文由 发表于 2024年4月24日06:30:14
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                   美国天基侦察监视系统发展分析与启示http://cn-sec.com/archives/2084071.html

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