由静止轨道、大椭圆高轨道、低轨道卫星以及组成的天基预警平台，因理论上具备覆盖全球范围的目标探测能力，成为美国、俄罗斯和中国等竞相发展的新一代预警技术［1-3］。预警卫星作为监视、探测、发现和跟踪敌方战略导弹的重要手段，在战略防御系统中起到重要的作用［4］。
相比太空部署打击手段这种技术和政治上都存在很大问题与不确定性的方案，美国国内对补强传感器星座的共识更强。不过因为技术风险和经费等原因，这一诉求同样面临重重阻力。
例如2013与2014年“精确跟踪空间系统(PTSS)”与“空间跟踪与监视系统(STSS)”的下马。在这些项目终止之后，美国目前的在轨传感器网络主要只能承担敌导弹助推段的预警探测任务。
目前，空军所负责的“天基红外系统(SBIRS)”是上世纪90年代就开始研制的系统。当时是作为国家导弹防御系统的组成部分，接替上世纪70年代开始服役、已经过5阶段发展的国防支援计划(DSP)卫星系统，执行导弹预警、战区预警、情报和战场态势生成的任务。
SBIRS分为高轨(静止轨道与大随圆轨道)和低轨部分以及地面系统，主要通过利用目标与背景的红外辐射温差来生成热点或图像，探测目标信息。其中高轨项目进展较为顺利，低轨项目却困难重重一一该项目于2001年从空军转至导弹防御局，并于2002年在成本控制、项目进度和技术风险等方面都遇到问题。
之后低轨项目更名为PTSS，由最初计划的24星星座调整为9-12颗星的星座。2009年两颗试验演示卫星入轨，然后......便没有然后了。该项目于2014年终止空军除了目前掌握着SBIRS高轨卫星外，还在用30亿发展这一高轨道项目的后续平台“下一代过顶持续红外(下一代OPIR)”项目。
随着争议不断的“太空军”以“陆战队模式”暂告一段落，即太空司令部为空军下属单位，空军将有更大动力推动这类项目。2019财年的《国防授权法案》也要求五角大楼完成开发计划并启动太空导弹防御传感器系统的发展，而该财年的拨款案又为该项目增拨了7300万。但是中期选举之后众议院权力平衡的改变增加了新的变数，无论是民主党领袖还是众院武装力量委员会主席都声称要抵制新的反导投资。
对于白官和五角大楼来说，如何讲好新的“反导故事”便更有挑战，例如，如何让国会明白已有的SBIRS高轨道项目、下一代OPIR、“大空传感器层”之间的关系，如何说服里会重新在低轨道项目上花钱。导弹防御局、空军定会在这些说服工作上下大力气。
从作战角度来进，他们认为部署新的系统已是刻不容缓，新版《反导评估》所突出的这一关切要从天基传感器在反导杀伤链条中的作用说起。反导杀伤链在天基红外系统中，高轨与低轨卫星的角色不同。
高轨卫星侧重于来袭导弹上升段的发现和早期预警，并为低轨道和全球反导网络中的其他传感器平台如陆基、海基反导雷达提供目标指示。而低轨道卫星则主要用于探测、捕获和跟踪飞行中段的导弹，通过测量目标的分谱辐射量、温度、有效辐射面积和变化率，分辨弹头和诱饵弹，获得弹头的位置、速度、加速度数据，进行远程制导，评估拦截效果。
美国预警卫星系统研制开始于20世纪50年代，为了能够探测到苏联弹道导弹的发射，美国研制并部署了国防支援计划（defense support program，DSP）预警卫星［5］，即美国的第1代天基预警卫星，卫星部署在地球同步轨道。截止到2007年，DSP卫星经历了5个发展阶段，先后发射23颗卫星，目前仍有2颗在轨服役。
⑥没有凝视相机，无法对弹道导弹目标进行高精度跟踪。
为解决DSP暴露的问题，美国于1992年开始了天基红外系统（space-based in frared system，SBIRS）［6］的研制。SBIRS卫星装有扫描型和凝视型2种探测器，扫描型探测器负责快速搜索卫星覆盖区域内特定红外特征目标，发现目标后，扫描型探测器与凝视型探测器进行任务交接，由凝视型探测器进行红外目标的精跟踪，获取详细信息［7］。
①系统弹性和抗毁能力不足，不具备对各种软硬杀伤手段的防御能力；
②不适应新型空天威胁目标的发展，不能满足未来导弹防御作战的需要；
④采用“线阵扫描+小面阵跟踪”的技术，不能有效适应实现多域多目标预警跟踪。
为瞄准未来太空作战，以应对新出现的和预期的威胁，美国空军提出了“下一代过顶持续红外”（next-generation overhead persistent infrared，NG-OPIR）预警卫星计划，通过“采用成熟的卫星平台+重点关注传感器技术”的方式，有效降低导弹预警卫星的作战目标价值，从而获得更高的生存概率［8］。
此外，“相对简单廉价”的预警卫星，在战时也能够大量制造和快速部署，补充和维持天基导弹预警能力，增强导弹预警卫星的体系弹性。
美“下一代过顶持续红外”项目完成备选卫星载荷初步设计评审
2018年,美国空军宣布取消采购SBIRS-GEO-7/8卫星的计划,将这些资金配置给Next-Gen OPIR系统。美国太空部队(USSF)太空系统司令部(SSC)的Next-Gen OPIR项目办公室负责确保太空和地面部分协同工作，其任务是协调主承包商和分包商,以开发空间和地面部分的传感器、软件和电子设备等。
美太空军“下一代过顶持续红外”（OPIR）系统地球同步轨道卫星项目于5月21日完成其两个备选任务载荷的初步设计评审。两个竞标的有效载荷研制团队分别来自雷声和诺·格公司，它们将各自设计制造、集成、测试和交付一个任务有效载荷，胜出的有效载荷将集成至NGG项目3颗地球同步轨道卫星中的前2颗中。
OPIR项目是美军于2018年中止“天基红外系统”（SBIRS）继续投资（对其太空生存性和成本可承受性存疑）之后启动的美未来天基导弹预警系统的关键项目，计划到2029年完成5颗卫星的部署，届时将接替现役的“天基红外系统”。
2018年10 月 4 日，洛克希德·马丁公司表示，该公司已不再选择雷神公司 和诺斯罗普·格鲁曼-鲍尔航空航天团队来竞争为空军下一代导弹预警卫星系统提供任务有效载荷。此次竞赛将成为下一代架空持久红外（OPIR）Block O地球同步轨道（GEO）卫星第一阶段合同的一部分，该卫星将取代该服务当前的天基红外系统（SBIRS），预计将在未来五年。据该公司称，该合同涵盖了关键设计审查（CDR）阶段的开发范围。
洛克希德·马丁公司在2018年 8 月 14 日获得主承包商合同 45 天后选择了这两家供应商。该公司表示，预计最终选择将在 2020 年 CDR 阶段结束时进行。
洛克希德·马丁公司负责 OPIR 系统的副总裁汤姆·麦考密克 (Tom McCormick) 在一份声明中表示，下一代 OPIR“是空军的一个分水岭计划，我们理解需要‘快速行动’，以确保我们的国家安全态势保持领先于新兴的威胁。”全球威胁。” 他补充说，该公司正在与该部门合作制定加速卫星采集的举措，包括在生产中引入更多通用的零件和程序、在时间表和供应链订单中建立可预测性，以及纳入增材制造。
美国空军已将下一代 OPIR 计划指定为标兵，以加快其采购速度，并迅速采取行动，使其早期导弹预警系统更具生存能力和抵御同等对手威胁的能力。今年 2 月发布的该部门 2019 财年总统预算请求取消了为最后两颗 SBIRS 卫星计划的资金，转而重新分配这些资金来建造新的架构。
洛克希德·马丁公司赢得了价值 29 亿美元的非竞争性独家合同，生产三颗地球同步卫星，而诺斯罗普·格鲁曼公司则被选中开发两颗极地轨道卫星，以完成 Block 0 架构。洛克希德·马丁公司表示，其目标是在 60 个月内交付第一颗 GEO 卫星。
空军表示，预计完整的 Block 0 架构将在 2029 财年上线，并在 2025 财年具备初始发射能力。根据 FedBizOpps 2017 年 11 月的通知，预计下一代将进行全面、公开的竞争OPIR Block 1 计划将于 20 财年中期开始，并于 2030 财年具备初始发射能力。Block 1 计划将包括两颗卫星，使整个星座达到五个 GEO 系统和两颗极地卫星。
美国空军在2018年启动了“下一代过顶持续红外”预警卫星项目，是美国在继DSP，SBIRS之后规划的新一代高轨预警卫星系统，由美国情报机构和国防部共同负责运营，其主要作用是为美国及其盟国提供洲际弹道导弹发射、潜射弹道发射和战术导弹发射的预警能力，并通过改进导弹预警能力，实现对新出现威胁的探测和跟踪。
OPIR由天基传感器和地面数据处理站组成，它们协同组网工作，可持续或近乎连续地收集来自太空的可见光、近红外、短波红外和中波红外的能量，并将之处理后产生红外图像，支持导弹预警、导弹防御、技术情报和战场空间感知等领域任务［9］。
2019财年预算提案要求取消SBIRS-GEO7和GEO8的研制计划，并将相关经费投入到OPIR星座建设中，星座规划了5颗卫星，3颗在地球同步轨道上，2颗在极地轨道，如表1所示。
Next-Gen OPIR计划分为Block 0和Block 1两个阶段部署。
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Block 0设计为3颗地球同步轨道卫星(覆盖中纬度地区)和2颗极地轨道卫星(覆盖高纬度地区)组网运行。美国太空部队计划2025年发射首颗GEO卫星,2028年发射首颗极地轨道卫星,最终在2029年前完成5星组网。为此，美国太空部队预计到2025年将在Next-Gen OPIR项目上花费144亿美元。
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Block 1将于2026年开始研制,可能增加2颗GEO卫星,具体方案和技术要求并未确定。
Next-Gen OPIR GEO卫星的主承包商是洛克希德·马丁公司(简称洛马)。2018年8月，洛马公司获得原太空和导弹系统中心(现太空系统司令部)授予的一份价值29亿美元的合同，用于开发3颗Next-Gen OPIR GEO卫星。2021年1月，洛马公司再次获得49亿美元的Next-Gen OPIR项目变更合同，用于支持3颗GEO卫星的制造、装配、集成、测试和交付，以及地面系统和传感器处理软件的开发。
Next-Gen OPIR系统极地轨道卫星的主承包商是诺斯罗普·格鲁曼公司(简称诺格)。2018年8月，诺格公司获得了一份价值4700万美元的合同,开始设计极地卫星。2020年5月,美国太空部队授予诺格公司一份价值23.7亿美元的第一阶段合同,用于开发两颗极地轨道卫星。
表1 OPIR星座组成Table 1 OPIR constellation
2018年美国空军选择洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司作为OPIR项目的主要承包商［10］。其中，洛克希德·马丁公司获得了超过30亿美元的独家承包合同，用于研发和生产3颗GEO卫星，首颗卫星预计2025年发射；诺斯罗普·格鲁曼获得23亿美元合同，用于研发和生产2颗HEO卫星，首颗卫星预计2027年发射。2029年完成5颗卫星组网，补充现役SBIRS系统，为美国及其盟友提供弹道导弹及战术导弹的早期预警功能。OPIR预警系统由高轨卫星、极轨卫星以及地面系统共同组成，如图1所示。
图1 OPIR预警系统示意图Fig.1 OPIR early warning system schematic diagram
在OPIR的Block-1阶段，美国积极寻求基于创新技术构建新体系，旨在提升体系抗毁能力，并力争2030年完成业务星部署。
OPIR完成部署并投入实战应用中后（如图2所示），将直接在战略和战术层面支持反导作战，将对“导弹中心战”带来极大的影响。
图2 OPIR完整的体系架构Fig.2 OPIR complete system architecture
https://news.lockheedmartin.com/2022-03-01-Lockheed-Martin-Selects-Mission-Payload-Providers-for-Missile-Warning-Satellite-System洛克希德·马丁公司选择导弹预警卫星系统的任务有效载荷提供商 洛克希德·马丁公司的下一代高空持续红外 (OPIR) 地球同步地球轨道 (NGG) Block 0 早期导弹预警卫星。（照片来源：洛克希德·马丁公司）雷神技术公司将为第三个下一代架空持续红外（OPIR）地球同步地球轨道星座提供有效载荷
2022 年 3 月 1 日——洛克希德·马丁公司（纽约证券交易所代码：LMT）已选择雷神技术公司（纽约证券交易所代码：RTX）为下一代高空持续红外地球同步地球轨道 Block 0 导弹预警卫星系统提供第二个任务有效载荷– 也称为 NGG。雷神技术公司和诺斯罗普·格鲁曼公司（纽约证券交易所代码：NOC）均已签订合同，为三颗卫星采购提供一个任务有效载荷。
洛克希德·马丁公司目前与美国太空军 (USSF) 空间系统司令部 (SSC) 签订合同，建造三颗具有增强导弹预警和弹性能力的生存能力 NGG 卫星，以领先于新兴威胁。作为降低风险工作的一部分，以满足 USSF 在 2025 年之前发射第一颗卫星的要求，洛克希德·马丁公司选择雷神技术公司和诺斯罗普·格鲁曼/鲍尔航空航天公司来开发任务有效载荷设计。两家竞争对手的有效载荷设计均已完成关键设计阶段，并有望在前两颗 NGG 卫星上飞行。目前尚未确定 2025 年发射的第一颗 NGG 卫星将搭载哪些有效载荷。
“对于这个‘Go-Fast’计划，两个团队都必须满足严格的日程和性能要求——他们已经做到了。我要祝贺并感谢两个团队的不懈工作，我们期待着两个任务有效载荷的首次飞行，”洛克希德·马丁公司 NGG 项目副总裁约瑟夫·里克斯 (Joseph Rickers) 说道。“这些先进的 OPIR 有效载荷将通过利用具有新功能的技术来支持关键任务。”
对于这一快速采办计划，在 2018 年洛克希德·马丁公司获得主合同后仅 45 天，两个有竞争力的有效载荷团队就被选中并签订了合同。旨在将其先进的有效载荷最终集成到洛克希德·马丁公司的弹性 LM2100 Combat Bus™ 太空飞行器中，团队很快于 2020 年完成了初步设计审查，并于 2021 年完成了关键设计审查。两个团队均成功完成了有效载荷工程开发单元的环境测试。
OPIR采用超大面阵多波段红外阵焦平面探测器，不仅能探测跟踪大型弹道导弹的发射，还能探测和跟踪小型地空导弹、助推滑翔及吸气式高超声速武器，甚至空空导弹的发射。
美国空军要求洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司竞争性地研制下一代OPIR卫星传感器载荷，以减轻2025年首次发射地球同步轨道卫星面临的时间表问题。
在Block 0阶段NGG卫星的有效载荷研制由Ray theon Intelligence&Space和Northrop Grumman-Ball Aerospace 2家公司承包［11］，分别设计、制造、组装、集成和交付1台任务载荷，用于前2颗地球同步轨道预警卫星。截止到2020年5月，2个候选载荷已经完成初步设计审查，并到达空军的指标要求，预计2023年研制完成。
洛杉矶空军基地 - 加利福尼亚州埃尔塞贡多-美国太空部队太空系统司令部的下一代高空持续红外计划成功跨越了一个重要里程碑，于 2021 年 8 月 20 日完成了其 Block 0 地球同步地球轨道航天器关键设计审查这一
CDR 里程碑是 34 个子系统和有效载荷审查的顶峰，锁定了航天器技术基线，这是验证卫星设计成熟度以及是否准备好进行飞行单元制造、组装、系统集成和测试的关键一步。
“通过这次成功的 CDR，我们将继续按计划在 2025 年发射第一颗 GEO 卫星，”太空开发项目执行官兼 SSC 太空开发军团（负责管理下一代 OPIR 项目）主任 Brian Denaro 上校说道。“作为我们国家可靠导弹预警能力的支柱，我们正在利用下一代 OPIR 计划的精简采购权限，利用现有的行业能力和成熟技术，快速构建解决方案原型，以确保我们能够在作战时为作战人员提供先进的能力。相关速度。”
下一代 OPIR 计划将接替天基红外系统计划。下一代 OPIR 旨在提供弹性的天基全球导弹预警能力，以应对新兴的导弹和反太空威胁。
下一代 OPIR GEO 太空飞行器将新型 OPIR 传感器与增强型洛克希德·马丁 2100 通用卫星总线集成在一起。工程开发单元的早期集成演示是为了支持该 CDR。这些演示表明关键的卫星组件将满足国防部制定的要求。
![美太空军下一代过顶持续红外（OPIR）预警卫星分析]( "美太空军“下一代过顶持续红外”（OPIR）预警卫星分析")
https://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_A2100#LM2100M_(Modernized_Military)
下一代 OPIR Block 0 GEO 系统关键设计审查预计将于今年秋季晚些时候进行。
太空系统司令部是美国空军的一个野战司令部，负责通过快速识别、原型设计、部署和维持创新的天基解决方案来满足国防战略的需求，为作战人员开发和获取致命和弹性的太空能力。SSC的职能包括USSF空间系统的开发测试、生产、发射、在轨检查和维护，以及对USSF科学技术活动的监督。
2021年5月，美国太空与导弹系统中心（space and missile systems center，SMC）与雷神公司、千禧空间系统公司（millennium space systems）签订了导弹跟踪托管原型（MTCP）设计数字模型的合同，使政府能够在数字环境中自动化整合和连接多个承包商的模型，从而在建造下一代OPIR预警卫星之前，用数字模型测试传感器载荷的设计是否满足导弹预警的需求［12］。
洛马公司Next-Gen OPIR GEO卫星渲染图
诺斯罗普·格鲁曼/鲍尔航空航天团队将为一颗Next-Gen OPIR GEO卫星提供有效载荷，该团队计划于2023年向洛马公司交付有效载荷，以支持太空部队2025年的发射任务。该团队设计的有效载荷已于2020年6月24日通过了美国太空部队的初步设计审查(PDR)，并于2021年8月5日通过了关键设计审查(CDR)。2021年11月，该团队完成了有效载荷生产周期中的三轮测试,包括环境功能测试、热真空测试和声学测试。
雷神技术公司将为两颗Next-Gen OPIR GEO卫星提供有效载荷，2021年8月17日,雷神技术公司完成了GEO卫星有效载荷的关键设计审查。2022年1月27日，该公司完成了GEO卫星有效载荷的热真空测试。
上述公司和团队的开发的有效载荷最终将集成到洛马公司的LM2100卫星平台上，目前尚未决定首颗GEO卫星搭载的有效载荷。
极地轨道卫星Next-Gen OPIR极地轨道卫星将在SBIRS-HEO退役后完成接替。相对于SBIRS-HEO载荷(该载荷搭载于美国军用侦察卫星上)，Next-Gen OPIR极地轨道卫星由于增加了监测高超声速武器的任务，在技术上必然需要质的飞跃。
2022年3月1日，诺格公司宣布，两颗Next-Gen OPIR极地轨道卫星的有效载荷将由诺斯罗普·格鲁曼/鲍尔航空航天团队制造。该团队还将执行系统工程、飞行硬件以及地面系统的设计和开发。
2020年4月6日，L3哈里斯技术公司获得美国太空部队一项930万美元的合同，用于研发和建造WFOV卫星。为了保障OPIR预警卫星星座的建设，太空与导弹系统中心启动了WFOV（wide-field of view）［13］卫星的研制。WFOV只是一颗试验卫星，不属于导弹预警卫星星座的一部分，主要任务是评估OPIR广域6°凝视传感器的技术状态，为空军太空司令部降低下一代导弹预警卫星的研制风险。传感器载荷由L3哈里斯（L3 Harris technologies）公司根据单独合同研制，安装在千禧空间系统公司提供的卫星总线上，WFOV重约1 000 kg，大概相当于SBIRS卫星的1/4，原计划2021年通过美国空军USSF-12任务发射至地球同步轨道，但据最新资料表明，执行USSF-12任务的Atlas-5型运载火箭将于2022年第1季度发射。
WFOV卫星设计寿命3～5年，总重量达3000千克，有效载荷超过350千克。卫星采用波音千禧空间系统公司提供的“天鹰座”(Aquila)M8中型平台，星载凝视探测器由L3哈里斯技术公司提供。2022年7月2日，WFOV卫星作为美国太空部队USSF-12飞行任务的一部分成功发射，随后部署于地球同步轨道。
2016年，美国国防部在SBIR网站发布WFOV任务数据处理算法研发项目［14］，旨在开发和测试用于“下一代过顶持续红外”的WFOV任务数据处理算法，实时处理来自GEO轨道上的帧率低于10 Hz的4 k×4 k的大面阵数据。该项目分为3个阶段实施：第1阶段完成算法原型设计，进行算法平铺和加窗、噪声抑制、抖动抑制、杂波抑制、阈值和缓冲设计；第2阶段基于载荷的实时WFOV数据进行测试，并根据结果更改和调整算法；第3阶段是2021年完成算法认证，并将其转换到WFOV任务控制系统中。同时，早在2011年第1个用于过顶持续红外的商业载荷［15-16］搭载演示验证星发射到地球同步轨道，用于验证基于商业载荷构建和集成大视场传感器的能力，并以此了解WFOV凝视载荷红外原理及量化WFOV的性能水平。
SBIRS团队和雷神公司针对OPIR地面数据处理系统的建设分别提出了不同的方案。
为了适应战场空间态势感知快速变化的挑战，2016年，SBIRS团队提出了一种基于开放系统架构（open system architecture，OSA）的模块化、层次化、自适应的OPIR地面应用开发框架［17］，支撑多任务、多传感器的战场态势感知任务。SBIRS团队认为OPIR的任务领域不断扩大，对OPIR数据的扩张性需求和战场空间态势感知任务的动态特性正在推动地面处理系统进行重大变革，图3展示了OPIR支持的导弹警告和不断演变的任务域。
图3 OPIR任务领域Fig.3 OPIR mission area
传统框架下，不同的组件之间需要设计特定的接口，通过开发、测试后再集成到大系统中；而OSA框架采用开放的、标准的统一编程接口，不需要开发特定组件接口，具有可移植性和可剪裁性特点，可便于快速部署新业务。基于OSA的框架不仅能够加强导弹防御和预警，还能够快速响应作战需求的变化，可高效部署业务系统进行数据处理。
2020年1月28日，雷神公司获得美国空军为期5年的1.97亿美元合同，用于设计OPIR地面数据处理系统，该项目被称为“未来作战弹性地面演进计划”（future operationally resilient ground evolution，FORGE）［18］，取代SBIRS地面数据处理系统，计划在2024财年投入运营。FORGE本质上是一个开放的架构，具有可扩展、可伸缩以及灵活的特点，可基于该平台开发特定的应用程序，其主要任务是向五角大楼和国家指挥机构发出导弹警告，也支持民用应用开发，如图4所示。
图4 FORGE开放的任务数据处理系统Fig.4 ORGE open task data processing system
FORGE分为指挥与控制、任务数据处理和中继地面站3部分，原型系统包括非机密数据处理平台、机密数据处理平台、可扩展性测试平台。美国太空与导弹系统中心（SMC）表示将采用“敏捷方式”开发FORGE地面系统，以迭代、循序渐进的方式跟踪进度，可对开发过程中出现的任务问题进行调整和处理，降低项目失败的风险，确保FORGE成为未来以及下一代OPIR地面处理系统的最佳解决方案［19］。
SMC正在使用2个开放框架架构改进国防部的OPIR数据处理，分别是系统框架（system architec ture）和任务框架（misson architecture），开放架构使SMC能够：
图5 FORGE原型系统架构Fig.5 FORGE prototype system architecture
从本世纪中期开始，空间系统司令部将开始发射由五颗弹道导弹预警卫星组成的新星座，称为下一代 OPIR 卫星，以增强现有的天基红外系统（SBIRS）卫星。诺斯罗普·格鲁曼公司 OPIR 项目总监兰迪·韦登海默
2020 年 5 月，太空军授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份价值 23.7 亿美元的不超额合同，用于开发这两颗卫星，这两颗卫星将在穿越地球两极的高椭圆轨道上运行。公司发言人表示，该合同去年“确定”为 19 亿美元。
2023年5 月 2 日至 4 日举行的成功审查“有助于我们保持在加速项目时间表的轨道上，以实现 2028 年的发射。” PDR 是该计划生命周期中的一个重要里程碑。”该公司解释说，初步设计审查确定了“鹰三号航天器与卫星红外传感器、辅助和高带宽通信有效载荷完全集成的技术方法”。
其中两颗 OPIR 卫星将是高椭圆轨道上的下一代极地 (NGP) 卫星，将覆盖地球的北极地区——这是向美国发射弹道导弹的最短路径。根据美国太空部队的合同，极地卫星由诺斯罗普·格鲁曼公司设计和开发，这两颗卫星的任务有效载荷由诺斯罗普·格鲁曼公司和鲍尔航空航天公司设计和开发。该有效载荷团队将为下一代 Geo (NGG) 提供额外的 OPIR 有效载荷，这些有效载荷将全部驻扎在地球同步轨道上。
NGP 卫星充当观测器，对北半球的大片区域进行勘测，并感测从平均约 20,000 英里的高倾斜轨道发射弹道导弹所产生的热信号。一旦被 NGP 发现，将在近地轨道运行的高超音速和弹道跟踪空间传感器卫星（HBTSS）将连续跟踪导弹直至助推阶段结束，以及高超音速滑翔飞行器滑翔阶段，并切换精确跟踪数据，以便能够瞄准从陆地、海上或空中发射的敌方导弹。
HBTSS 卫星将受到 SBIRS、国防支持计划卫星和下一代高空持续红外系统的提示，从导弹发射的最初阶段到拦截，对导弹进行探测和跟踪。
作为下一代高空持续红外系统（下一代 OPIR）的一部分，两颗 NGP 卫星将在北半球提供精确、及时的传感器覆盖，以帮助击败弹道导弹和高超音速导弹。图片由诺斯罗普·格鲁曼公司提供。
https://www.northropgrumman.com/space/next-gen-polar
为制定预警卫星数据标准规范，美国战略司令部、联合部队太空组成部队指挥官和国家地理空间情报局联合成立“过顶持续红外专业组”，负责制定开放的OPIR数据标准［20］，以支持导弹预警、导弹防御、作战环境感知、技术情报以及民用/环境任务等领域。
OPIR数据处理级别分为5级，0级表示原始传感器数据，5级表示技术情报产品。
其中，3级数据（图6）。表示原始OPIR数据被部分处理，但不是最终情报产品或二次可利用的产品。3级数据典型返回值（rep return）包含概念数据模型、逻辑数据模型和相关数据字典定义。
逻辑数据模型有许多实体，用于描述OPIR平台和传感器属性，包括视场、视轴以及从传感器收集和处理的数据。数据字典描述了每个实体中包含的属性和值的单位。
图6 OPIR概念数据模型Fig.6 OPIR conceptual data model
图6描述了OPIR 3级数据的概念模型，图7描述了OPIR 3级数据的逻辑模型，包括实体、属性和关系，用以完整描述典型返回值的标准规范，该模型正在扩展以支持1级和4级数据，称为联合OPIR数据模型。
图7 OPIR逻辑数据模型Fig.7 OPIR logical data model
美国导弹防御系统(MDS)采用集成的分层架构，旨在在飞行的所有阶段摧毁敌方导弹，该架构的核心是“指挥、控制、战斗管理和通信”(C2BMC)系统。C2BMC系统是一种多域指挥和控制系统，通过结合来自地面、海洋和空间传感器的跟踪数据,然后将交战命令传递给陆基和海基武器系统，能够帮助指挥官做出最有效和协调的指控决策。C2BMC系统由美国洛克希德·马丁公司研发和升级，由美国导弹防御局(MDA)运营。是美国弹道导弹防御系统(BMDS)的硬件和软件接口,集成了来自多个传感器和火控单元的数据。这种集成有助于为整个BMDS的操作员构建一个通用的战场图景,并使作战人员能够根据BMDS状态、系统覆盖范围和弹道导弹轨道选择最佳交战方案。它还允许作战司令部规划交战,特别是对于需要在多个BMDS要素之间进行协调的任务。
C2BMC系统对于美国的区域性BMD计划至关重要,例如欧洲分阶段自适应方法(EPAA)。因为指挥系统在大范围内互连了各种导弹防御系统和传感器，能够使前沿部署的传感器向欧洲的BMD系统发出警报和提示,这些系统使用C2BMC提供的数据可以更有效地识别、跟踪、和拦截弹道导弹。在EPAA中,C2BMC负责将美国在欧洲的宙斯盾BMD能力与在土耳其部署的AN/TPY-2雷达集成。
自2004年第一个C2BMC工作站投入使用以来，美国已经在全球部署了70多个C2BMC工作站。这些工作站跨越18个时区，主要部署在美国战略司令部、美国欧洲司令部、美国中央司令部、美国北方司令部、美国太平洋司令部、众多陆军航空和导弹防御司令部、航空和太空作战中心以及其他支持作战组织。
C2BMC系统集成的导弹防御系统包括：陆基中段防御系统(GMD)，爱国者导弹防御系统(Patriot)，宙斯盾BMD系统，末端高空区域防御系统(THAAD)，AN/TPY-2雷达，海基X波段雷达(SBX)，升级版早期预警雷达(UEWR)和天基红外系统(SBIRS)。
美国太空部队预计将花费20亿美元用于建设“未来作战弹性地面演进”(FORGE)平台，该项目旨在将天基导弹预警系统的封闭式软件架构更换为开放的系统平台，并重点开发Next-Gen OPIR卫星的数据处理系统。2020年1月28日，美国雷神技术公司宣布，该公司获得了美国空军价值1.97亿美元的合同，用于设计FORGE平台，以收集和处理来自SBIRS系统和Next Gen OPIR系统的任务数据。
C2BMC系统通过集成BMDS组件,创建一个能够在所有飞行阶段识别、跟踪和拦截弹道导弹威胁的全球、网络化和分层导弹防御装置。该系统还用于规划导弹防御交战、交战期间的态势感知、管理导弹轨迹计算软件、AN/TPY-2的传感器管理和控制、交战监控、数据交换和网络管理。系统能力如下:
弹道导弹防御规划。使作战人员能够探索各种防御计划的有效性，以最佳方式确定传感器和武器系统的位置，应对已确定的威胁。
命令与控制。通过将详细数据转化为作战指挥官的决策信息来提供态势感知,并提供从总统到作战指挥层的整个BMDS的状态。
战斗管理。针对多种威胁优化配对正确的传感器和武器系统，以获得最高的命中-杀伤概率，实现综合、分层的弹道导弹防御，同时能有效的管理弹药库。
弹道导弹防御网络。提供强大、高可用性的连接,为BMDS的各个传感器和武器元件提供安全的网络通信，以在全球BMDS中快速、明确地共享信息。
并行测试、训练和操作。能够在系统处于操作状态或“处于警戒状态”时保持其操作能力，参与演习、训练、测试和演练任务场景。从而使作战人员能够为导弹防御行动进行分布式、高保真、操作员在环、端到端培训。
当使用多个导弹防御系统与目标交战时,提供协调功能。C2BMC允许跨平台的战斗指挥官之间进行协调,并通过联网传感器及武器系统实现远程发射操作。该系统还允许作战规划和设计,允许在交战之前跨作战指挥部进行协调。
发送信息。在宙斯盾BMD系统、AN/TPY-2雷达、THAAD、SBX、UEWR和SBIRS之间传递经过过滤的轨迹数据。MDA还致力于将C2BMC与陆军的IBCS系统集成,以在系统之间交换弹道导弹数据。
C2BMC系统的软件版本以“螺旋”命名，目前主流版本为“螺旋”6.4。“螺旋”6.4基于AN/TPY-2雷达系统提供指挥和控制，将信息发送到国家导弹防御系统和战区导弹防御系统。相比之前版本，该版本提高了规划器更新速率，增强了作战管理能力，并支持欧洲分阶段适应计划(EPAA)的第1、2阶段。
MDA从2017财年开始部署C2BMC系统的最新版本——“螺旋”8.2。该版本部署于美国北方司令部和太平洋司令部,旨在解决在地面和飞行测试中发现的态势感知和互操作性问题，并允许C2BMC整合多个前向AN/TPY-2雷达、SBX、UEWR、SBIRS等传感器的数据。
洛克希德·马丁公司目前正在开发“螺旋”8.2-7,它将通过关联和融合更多传感器(包括卫星、地面和舰载雷达)的数据,为地基中段防御系统(GMD)提供单一、实时、合成的威胁系统轨迹图。“螺旋”8.2-7还允许将远程识别雷达(LRDR)的数据集成到BMDS中。此外,螺旋”8.2-7将使C2BMC系统能够通过军方的Link 16战术数据链网络报告高超音速威胁活动,并显示给操作员。
2019年，美国洛克希德·马丁公司(简称洛马)获得导弹防御局(MDA)一份3.2亿美元的C2BMC系统升级合同，根据合同条款，洛马公司的C2BMC团队要将远程识别雷达(LRDR)集成到导弹防御系统中。
2022年3月28日，美国国防部公开了2023财年导弹防御预算新闻简报会内容，美国导弹防御局审计长提出在2023财年申请5.69亿美元用于C2BMC系统。根据简报会内容(如下图所示)，资金用途如下：
通过加固网络维持和升级跨18个时区的C2BMC网络，支持美方司令部、印太司令部、战略司令部、欧洲司令部以及中央司令部;
将LRDR集成到导弹防御系统中(由于COVID疫情而推迟至2023年);
2022年3月17日，美国政府表示，国务院批准了一项价值7亿美元的对外军售，将向英国出售一个弹道导弹防御雷达(BMDR)和2个C2BMC用户站，洛马公司担任主承包商。这些C2BMC用户站能够连接到C2BMC系统以支持雷达操作所需的网络能力。合同还涵盖雷达设备组合掩体、加密设备、安全通信设备等的设计和建造以及雷达操作的后期支持。C2BMC系统将美国地区、战区和国家指挥部整合到一个单一的战略指挥和控制系统中，为美军提供了战场的全局视图，从而使得各级指挥官能够系统地规划、集体查看和动态管理指定的网络传感器和武器系统。目前C2BMC系统正在进行三个并行的升级计划，将美国陆军一体化防空反导作战指挥系统(IBCS)、美国空军下一代“过顶持续红外”(OPIR)卫星系统以及空间感知能力集成到C2BMC系统中。
当前，美国大多数军用卫星或卫星网络都有定制、专用的地面指控系统，如全球定位系统（GPS）的操作人员拥有专用的控制中心、服务器、计算机和独有的软件程序。这种“烟囱”式的架构成本高昂，各指挥控制系统间难以相互通信，不同任务的地面系统无法互操作，在发生冲突时会造成很多单一故障点。因此，为了简化和标准化地面系统，美军认为有必要建立一系列标准和通用核心部件，使这些系统能互操作并互为备份，以提高弹性。
在此背景下，美国空军于2014年提出构建EGS架构。EGS不是研制一个新的地面系统来管理其他所有地面系统，而是构建从消息传递标准到共享服务器的一套共用组件。同时，为了保证不同太空系统的灵活性，EGS也允许有特定任务的卫星的操作人员以类似拼搭“乐高积木”的方式插入不同任务所需的独特软件/硬件。
EGS将为作战人员提供一套通用服务，包括设施服务、架构服务、网络服务、平台服务，以及软件服务和应用程序。这些服务的覆盖面很广，从为常规卫星行动提供软件程序，到标准化硬件如天线，到基于云的数据存储，再到配备共享服务器的联合数据中心。
具体而言，EGS提供的服务包括：遥测、跟踪和指挥（TT&C）、任务规划、地面资源调度（GRS）、地面资源管理（GRM）、数据分析（DEX）、发射/接收（TX/RX）、归档、用户体验（UX）、EGS软件开发包（ESDK）、EGS应用模板（EAT）、参考实现（RI）等。
EGS的理想状态是解决在现有地面系统之间的互操作问题。EGS正在制定一个“公共消息标准”，以便卫星通信小组能够将信息流量传递给导弹预警小组以及定位、导航和授时小组，所有这些流量最终都流向战略指挥控制决策者，使决策者拥有一幅共用作战图。有了通用的消息标准，就可以在GPS指挥控制系统和天基红外系统之间进行机-机通信，而不需要低级别作战人员来传递消息。例如，太空军的太空监视网络发现了一块太空碎片，指挥官需要让操作人员知道他们的卫星需要避开。由于没有机-机接口，指挥官必须给每个不同的任务负责人打电话或发电子邮件，才能进行协调。通过共同的消息标准，EGS提供的是一键向所有战术操作人员发送消息的能力。
2018年8月22日报道，Kratos公司宣布在将统一指挥控制系统（CCS-C）迁移到EGS架构中成功地进行了性能验证。目前，CCS-C运行着一个由20多颗来自四个不同航天器族的军事通信卫星组成的卫星群。Kratos公司主要验证了以下内容：①在EGS消息总线上，利用Kratos的TAO-DSI平台（一种分布式自动化平台）实现了与数据源无关的自动化过程；②基于Web的支持计划能够在EGS消息总线上创建与执行；③弹性的遥测与指挥服务器（TCS）；④云部署；⑤自动化部署概念。这些能力在Kratos的EGS实验室和基于云的安全商用平台都进行了验证。
2020年8月3日，太空与导弹系统中心与洛克希德•马丁公司签订了一份价值5120万美元的合同，为“地球同步轨道（GEO）非集成战术预警和攻击评估（ITWAA）行动迁移至EGS（GNOME）”任务软件进行架构设计、开发、集成、测试和验证。作为下一代过顶持续红外（OPIR）卫星的指挥控制探路者项目，GNOME将把天基红外系统（SBIRS）地球同步轨道5或地球同步轨道6卫星的任务管理和遥测、跟踪和指挥（TT&C）纳入EGS框架。
2021年9月，太空军成功测试并验收了EGS原型系统——HOME增量1（HOME Increment 1），该原型的两个天基红外系统传感器将搭载在高椭圆轨道（HEO）卫星上。在测试中，EGS地面系统软件成功为两个天基红外系统高椭圆轨道传感器提供状态监测与指挥控制。此外，HOME增量1通过采用一种名为Manticore的太空防御性网络空间战（DCO-S）功能，提高了传统高椭圆轨道卫星的网络安全性。太空与导弹系统中心EGS项目经理约书亚•沙利文表示，此次测试表明EGS的初始能力已得到认可，证明了开放架构是合适的发展思路。太空与导弹系统中心计划在2022财年前与太空军协调最终的EGS采购策略。
美国“下一代过顶持续红外”预警卫星强化了高轨红外探测能力，将导弹预警扩展到全域的导弹、高超武器等“从生到死”的探测、跟踪和威胁评估，可快速应对全世界各地出现的新威胁。轨道由最初的地球静止轨道到结合大椭圆轨道再到高低轨组网配合的方向发展；探测方式也由单一的“线阵扫描”向“扫描+凝视”以及未来的“超大面阵凝视”方向发展；研制方式也由最初的费用高、研制周期长的单个大卫星方式转向低成本、模块化的小卫星研制方式发展。
对未来我国导弹预警卫星的研制与规划来说，首先，必须构建弹性和分散化的太空体系结构，采用高、低轨结合的部署方式，在GEO和HEO高轨道部署大型卫星，低轨方面充分利用商业卫星发展成果，构建大规模、低成本的小卫星星座；其次，重点发展搜索、跟踪一体化大面阵载荷技术，研究宽视场任务数据高性能处理算法，构建高质量、可扩展的目标红外图像数据集，提高强对抗条件下星上数据处理的时效性，实现发现即跟踪，应对新的威胁；最后，为提升高轨预警卫星战时生存能力，应积极发展卫星近场感知与机动规避等防御技术。总之，在建设预警系统时应该着眼于具体需求，力图构建兼顾战略战术要求，以战术应用为主的天基预警系统。
参考王久龙，王潇逸，胡海飞，蔡盛（中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033）美国“下一代过顶持续红外”（OPIR）预警卫星研究进展*
1 ］ 刘尊洋，陈天宇 . 临近空间高超声速飞行器预警探 测系统探索［J］. 现代防御技术，2020，48（6）：89-95. LIU Zun-yang，CHEN Tian-yu. Exploration of Early Warning System for Near Space Hypersonic Vehicle ［J］. Modern Defence Technology， 2020，48（6）： 89-95.
［ 2 ］ 范晋祥 . 美国弹道导弹防御系统的红外系统与技术 的 发 展［J］. 红 外 与 激 光 工 程 ，2006，35（5）：536- 540，550. FAN Jin-xiang. Status Quo and Trend of Infrared Sys⁃ tem and Technologies for America’s Ballistic Missile Defense System［J］. Infrared and Laser Engineering， 2006，35（5）：536-540，550.
［ 3 ］ 肉孜麦麦提，刘辉，王树文，等 . 分析俄罗斯导弹预警 卫星工作状态［J］. 现代防御技术，2019，47（5）：29- 35，142. ROUZI Maimaiti，LIU Hui，WANG Shu-wen，et al. Analyze the Working Status of Russian Missile Early Warning Satellite［J］. Modern Defence Technology， 2019，47（5）：29-35，142.
［ 4 ］ 浦甲伦，崔乃刚，郭继峰 .天基红外预警卫星系统及 其 探 测 能 力 分 析［J］. 现 代 防 御 技 术 ，2008，36（4）： 68-72. PU Jia-lun， CUI Nai-gang， GUO Ji-feng. SpaceBased Infrared System and the Analysis of Its Detecting Capability［J］. Modern Defence Technology，2008，36 （4）：68-72.
［ 5 ］ 叶庆，汪亚夫，邵立，等 . DSP 预警卫星探测能力评估 ［J］. 光电工程，2010，37（6）：65-72. YE Qing，WANG Ya-fu，SHAO Li，et al. Detectability Evaluation of DSP Early-Warning Satellite［J］. Opto-Electronic Engineering，2010，37（6）：65-72.
［ 6 ］ ANDREAS N S. Space-Based Infrared System （SBIRS）System of Systems
［C］∥ IEEE Aerospace Con⁃ ference Proceedings 4，1997，4：429-438.
［ 7 ］ 李小将，金山，廖海玲，等. 美军 SBIRS GEO-1 预警卫 星探测预警能力分析［J］. 激光与红外，2013，43（1）： 3-8. LI Xiao-jiang，JIN Shan，LIAO Hai-ling，et al. Analy⁃ sis on Infrared Detecting and Early Warning Capabili⁃ ties of America’s SBIRS GEO-1 Satellite［J］. Laser & Infrared，2013，43（1）：3-8.
［ 8 ］ 王云萍 . 美国天基红外导弹预警技术分析［J］. 光电 技术应用，2019，34（3）：1-7. WANG Yun-ping. Analysis of Space-Based Infrared Missile Warning System in America［J］. Electro-Optic Technology Application，2019，34（3）：1-7.
［ 9 ］ KRUEGER M R. A Comparison of Detection and Track⁃ ing Methods as Applied to OPIR Optics［R］. Naval Postgraduate School Monterey CA，2014.
［10］ BRIAN W. Everstine. Lockheed Receives Up to $4. 9 Billion for Next-Gen OPIR Satellites
［EB/OL］. （2021- 01-05）［2021-08-18］. https：//www. airforcemag. com/ lockheed-receives-up-to-4-9-billion-for-next-genopir-satellites/.
［11］ Lockheed Martin. Lockheed Martin Selects Industry Mission Payload Providers for Next-Gen OPIR Missile Warning System［EB/OL］. （2018-10-04）［2021-08- 18］. https：//news. lockheedmartin. com/2018-10-04- ·24·Lockheed-Martin-Selects-Industry-Mission-PayloadProviders-for-Next-Gen-OPIR-Missile-WarningSystem.
［12］ Space and Missile Systems Public Affairs. USSF Awards Missile Track Custody Prototype Effort［EB/OL］. （2021-05-26）［2021-08-18］. https：//www. losangeles. spaceforce. mil/News/Article-Display/Article/2634839/ ussf-awards-missile-track-custody-prototype-effort/.
［13］ Gunter's Space Page. WFOV［EB/OL］.（2017-10-07） ［2021-08-18］. https：//space. skyrocket. de/doc_sdat/ wfov. htm.
［14］ SBIR. Algorithm Development for WFOV Mission Data Processing［EB/OL］. （2016-01-11）［2021-08-18］. https：//www. sbir. gov/node/870311.
［15］ LEVI A，SIMONDS J，GRUBER C. CHIRP Technology Demonstration Project［C］∥AIAA SPACE 2011 Confer⁃ ence & Exposition. Anaheim，California：2011：7333.
［16］ SCHUELER C F. FD-CHIRP：Hosted Payload System Engineering Lessons［C］∥Remote Sensing System Engi⁃ neering IV. International Society for Optics and Photon⁃ ics，San Diego，California：2012，8516：851607.
［17］ CLARK B，LUCE K，ONORATO K，et al. Developing an Adaptive OPIR Exploitation Framework［C］∥32nd Space Symposium，Technical Track，Colorado Springs， Colorado，USA. Space Foundation，Colorado Springs， Colorado，2016.
［18］ Sandra Erwin. Raytheon Wins Air Force Contract for Ground System to Process Missile Warning Satellite Data ［EB/OL］. （2020-01-28）
［2021-08-18］. https：// spacenews. com/raytheon-wins-air-force-contract-forground-system-to-process-missile-warning-satellitedata/.
［19］ SMC Public Affairs. New Overhead Persistent Infrared （OPIR）Ground System Embracing Rapid Acquisitions ［EB/OL］. （2019-06-06） ［2021-08-18］. https：// www. afspc. af. mil/News/Article-Display/Article/ 1870889/new-overhead-persistent-infrared-opir-groundsystem-embracing-rapid-acquisitions/.
［20］ NGA. STND. 0027_1. 0. OPIR Level 3 Standard，Rep⁃ resentative Return Data Model ［S］. National Geospatial-Intelligence Agency：Information Integration Office，OPIR Focus Group，2011.
[21]US To Boost British Defenses Amid Russian Aggression; Approves Sale Of Ballistic Missile Defense Radar & C2BMC System
[22]Missile Defense Agency Officials Hold a News Briefing on President Biden's Fiscal 2023 Missile Defense Budget
[23]Lockheed Books $157M MDA Contract for Battle Management System Modernization
[24]Strengthening The Shield: Lockheed Martin To Upgrade U.S. Missile Defense System’s Multi-Domain Command & Control Capability
[25]United States Space Force Next Gen OPIR GEO Program completes Block 0 GEO Space Vehicle Critical Design Review
https://www.ssc.spaceforce.mil/Newsroom/Article-Display/Article/2744261/united-states-space-force-next-gen-opir-geo-program-completes-block-0-geo-space
[26]United States Space Force Next Gen OPIR GEO Program completes Block 0 GEO Space Vehicle Critical Design Review.
[27]Northrop Grumman Completes Preliminary Design Review for Next-Generation Overhead Persistent Infrared Subsystem.
[28]Northrop Grumman to Provide Next-Generation Missile Warning Satellites for US Space Force.
[29]Next-Gen OPIR Block 0 moves on after thermal vacuum tests.
[30]Raytheon wins Air Force contract for ground system to process missile warning satellite data.
[31] Next-Generation Overhead Persistent Infrared Program Selects Mission Payload Suppliers
https://www.ssc.spaceforce.mil/Portals/3/Documents/PRESS%20RELEASES/Next-Generation%20Overhead%20Persistent%20Infrared%20Program%20Selects%20Mission%20Payload%20Suppliers%20v4.pdf
原文始发于微信公众号（太空安全）：美太空军“下一代过顶持续红外”（OPIR）预警卫星分析
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