美國天基紅外預警系統概況與啟示*

孫　文， 王　剛， 姚小強， 邵紅菲

(1.空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安710051；2.空軍第三通信團，北京100095)

綜述與評論

美國天基紅外預警系統概況與啟示*

孫文1， 王剛1， 姚小強1， 邵紅菲2

(1.空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安710051；2.空軍第三通信團，北京100095)

摘要:天基紅外預警系統(SBIRS)的戰略地位日益凸顯，對國家軍事發展具有重要的影響。鑒于我國在天基紅外預警領域發展時間短、技術經驗不足等問題，介紹了美國SBIRS的發展歷程、趨勢，詳細論述了其組成、功能等內容，重點分析了美國SBIRS建設發展帶來的啟示。該研究對我國預警系統建設具有重要的指導意義。

關鍵詞:天基紅外預警系統； 組成功能； 啟示

0引言

美國天基紅外預警系統(space-based infrared system,SBIRS)是20世紀90年代提出研制的，主要由天基紅外低軌衛星(SBIRS-Low)、天基紅外高軌衛星(SBIRS-High)和地面系統組成[1]，作為美國國家導彈防御系統的重要組成部分，將接替國防支援計劃(DSP)衛星，成為美軍執行導彈預警、導彈防御、技術情報和戰場態勢生成等任務的主要手段[2]。

經過了20多年的發展，美國的SBIRS在星座構建、探測手段和智能化程度等方面都取得了一定的成就，為美國遂行各項作戰任務提供了有力支撐[3,4]，而我國天基紅外預警方面的研究起步較晚，在星座部署、預警模型構建等方面缺乏相關經驗教訓和技術理論，與國外先進水平差距較大，需要借鑒學習國外的相關知識。

本文主要圍繞SBIRS 的發展歷程展開論述，詳細介紹了其部署、組成及功能情況，重點分析了美軍的SBIRS對我國預警系統發展的幾點啟示。

1SBIRS發展歷程

1.1主要發展階段

1992年，美國國防部致力于研究SBIRS，1995年，將其列入美國財政年度開支計劃，原計劃執行13年，于2008年完成，但是由于經費和科研進度等原因，計劃未能按期完成[5]。其中，SBIRS-Low和SBIRS-High的主要發展歷程如表1、表2所示。

1.2未來發展趨勢

SBIRS的發展趨勢將是一體化、戰術應用、網絡化、微小衛星和聯合發展[6,7]。

一體化是指全方位、多層次的探測預警體系，比如美國建立的天基、臨空基、空基和陸基等為一體的導彈預警系統以及由預警與控制衛星(AWACS)和RQ—4A“全球鷹”無人機構成的天基預警與控制雷達系統。

表1　SBIRS-Low的發展歷程

表2　SBIRS-High的發展歷程

戰術應用是指將星座縮小，由戰略層次延伸到戰術層次，比如美軍在地面用高速計算機處理衛星數據縮短預警時間，選擇探測器合適的波段和靈敏度，將低軌衛星縮小到8顆，以提高支援部隊作戰能力。

網絡化是指建立一個全球的國防信息網，實現星間通信、數據處理和信息融合，比如美軍研制的國家戰略預警網絡化信息集成系統、全球戰術信息廣播系統等，為全球美軍和盟軍的作戰提供導彈發射和戰場態勢等信息。

微小星座是指采用小衛星組網，以星座的形式部署，實現探測、捕獲、跟蹤，比如：美國陸軍研制的多種納衛星，其探測范圍廣，生存能力強，成本低廉。

聯合發展是指多國共同研制開發建設預警系統，比如：歐洲國家研制天基共享成像系統；美俄兩國共同改造莫斯科的導彈預警設施，共同運行聯合數據中心。

2SBIRS組成與功能

SBIRS主要由SBIRS-Low，SBIRS-High和地面系統組成，主要執行紅外監視與跟蹤導彈發射全過程的任務，能夠同時探測來襲的戰略和戰術導彈，并且可以提供全球和戰區導彈預警、國家和戰區的導彈防御、技術情報支持和戰場態勢生成等功能[8]。探測系統是其中的關鍵部分，主要利用目標與背景之間的紅外輻射溫差形成的熱點或圖像來探測目標信息[9]，組成原理如圖1所示。

圖1　天基紅外探測系統組成原理框圖Fig 1　Principle block diagram of SBIRS constitution

2.1SBIRS-Low部分

SBIRS-Low是SBIRS的核心部分，如圖2，包括12～24顆部署在約1 600 km高度的近地軌道小衛星，分布于1～3個軌道面上，構成了一個覆蓋全球的衛星系統，其中，每顆衛星搭載了一臺寬視場短波紅外捕獲探測器和一臺窄視場凝視型跟蹤探測器。SBIRS-Low衛星的設計壽命約為10年。

圖2　SBIRS-Low衛星空間部署Fig 2　Satellite space deployment of SBIRS-Low

主要用于探測、捕獲和跟蹤飛行中段的彈道導彈[10]，通過測量目標分譜輻射量、溫度、有效輻射面積及其變化率。SBIRS-Low衛星可以分辨誘餌彈和真實彈頭，獲得彈頭的位置、速度和加速度，為地基攔截提供相關數據，并進行超視距制導，提供目標精確定位，增加攔截導彈的防御區域[11]， 同時它還兼有太空防御的能力，可以對全球范圍內的導彈發射進行不間斷的監視和監測，并提供導彈準確的發射時間和地點，此外，SBIRS-Low系統還提供有關導彈發射場的特征參數和相關導彈類型的技術情報。其衛星為低費用小衛星，采用多臺遙感器，工作波段包括可見光、中波紅外和短波紅外。工作過程是寬視場掃描捕獲探測器按照先地平線以下、后地平線以上的順序進行探測，以捕獲和跟蹤導彈目標的尾焰及彈體、助推級后的尾焰和彈體以及最后的冷再入彈頭，一旦發現目標，便將目標信息傳遞給高軌衛星，窄視場多光譜探測器進行中長波和可見光探測，鎖定目標并對整個彈道中段和再入段進行跟蹤，可同時鎖定跟蹤100多個目標，對洲際彈道導彈的最長預警時間可增加到20～30 min，為導彈防御贏得充足的時間。

2.2SBIRS-High部分

如圖4所示，SBIRS-High由4顆地球同步軌道衛星、2顆大橢圓軌道衛星和1顆地面備份衛星組成。其中，4顆地球同步軌道衛星的高度為36 000 km,每顆衛星上都裝有高速掃描型探測器和與之互補的凝視型探測器[12]。

圖3　SBIRS-High衛星空間部署Fig 3　Satellite space deployment of SBIRS-High

主要用于探測和跟蹤助推段的彈道導彈，為美國最高指揮機構和作戰部門提供全球和戰區范圍內的戰略、戰區導彈發射和助推段飛行與下落階段的紅外數據[13,14]。利用短波、中波段(2.7 μm和4.3 μm)紅外傳感器探測戰略、戰區導彈的尾焰輻射和蒙皮輻射，提供導彈的發射和主動段的非成像紅外數據并預測導彈落區。其衛星的掃描型探測器的掃描周期為1 s，與高分辨率凝視型探測器相結合，可使SBIRS-High衛星的掃描速度和靈敏度比DSP衛星高10倍以上，它可以在導彈發射10～20 s將預警信息傳遞給地面雷達，而DSP則需要40～50 s，定位精度小于1 km，而DSP衛星精度約3 km。工作過程是掃描型探測器分別對地球南北半球進行一維線陣掃描，凝視型探測器根據探測信息對發射畫面進行二維陣面放大，并進行跟蹤，將獲取的預警信息在10～20 s內傳遞給預警指揮控制中心[15]。高軌衛星間不進行通信，但可以和低軌衛星進行通信以接力跟蹤。

2.3地面系統部分

地面系統是SBIRS的重要組成部分，主要由美國本土的地面控制站、備用地面控制站、防摧毀站、海外中繼站、多任務移動處理站以及通信鏈路等組成，分為固定站、移動站和抗摧毀站三類。主要是接收和處理SBIRS-High衛星和SBIRS-Low衛星的信息與數據，并且對衛星進行控制。

3關于建立預警系統的啟示

美國SBIRS的建設已經形成了較為完備的體系，處于世界先進國家行列[16]，擁有豐富的經驗啟示，我國要充分認清建設預警系統的復雜性和艱巨性，吸收其他國家的經驗教訓，走出建設預警系統的特色之路。

1)合理規劃，有序執行。SBIRS是一項復雜的系統工程，涉及高軌、低軌和地面部分，包括偵查衛星、通信衛星、導航衛星及各類探測器等，執行各類預警探測任務。因此，在研制預警系統的道路上，要根據科研能力、設備條件、任務緩急等實際情況，分系統分層次合理規劃，分時期分階段有序執行，決定優先重點研究的部分以及所要付出的代價周期。如根據美國的最初研制情況，可以針對重要敏感地區優先研制幾顆低軌衛星及相應的地面系統，實現在該地區的監控預警，在戰術級水平上滿足現實需要。

2)多軍兵種協同，共同研制。天基紅外系統的建設僅靠單一的軍兵種進行研究，所需要的周期較長，耗費的物力財力等都很大，難以在有限的時間內取得較為理想的效果，這就使得各軍兵種協同作戰成為可能。如在研制過程中，根據任務分配，確定各軍兵種的研制內容，統籌協調，共同完成對預警系統的建設。

3)軍地聯合，優勢互補。SBIRS已經上升到國家戰略層面的高度，對其研制要充分調動軍地兩方的優勢資源，形成互補合力。如美國的SBIRS主要是由洛克希德·馬丁公司、古德里奇公司等與軍方協同研究的，我國在研制的道路上也要注重軍民結合，民為軍用，提高效率。

4)注重基礎，勇于創新。由于起步較晚，所以，要特別注重對基礎理論、基礎研究的學習，打牢根基；同時，不能固守理論，要根據需求，適當調整發展思路。如可以在紅外傳感器的基礎上，加入雷達、可見光等傳感器。

4結束語

SBIRS在未來攻防體系對抗中的作用日益重要，逐漸成為軍事大國研究的熱點。美國在研制SBIRS的過程中形成了一套較為完整的體系框架，本文以美國SBIRS發展歷程、趨勢為基礎，詳細介紹了SBIRS的組成功能，為我國的建設預警系統提供了重要的理論依據和發展啟示。

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General situation and enlightenment of space-based infrared early-warning system of America*

SUN Wen1, WANG Gang1, YAO Xiao-qiang1, SHAO Hong-fei2

(1.College of Air and Missile Defense,Air Force Engineering University,Xi’an 710051,China；2.The Third Communications Regiment, Air Force,Beijing 100095,China)

Abstract:Strategy status of space-based infrared early-warning system (SBIRS) is more and more important,it has great influence on development of national military affairs.Because in our country development time in this field is short,technology and experience are insufficient,development process and trend of SBIRS in America are introduced,constitution and function are illustrated in detail,enlightenment of SBIRS in American is analyzed.The study has great guidance significance to develop early-warning system of our nation.

Key words:space-based infrared early-warning system(SBIRS); constitution and function; enlightenment

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)04—0001—03

收稿日期：2015—09—09

*基金項目：國家自然科學基金資助項目(61272011)；國家自然科學基金青年基金資助項目(61102109)

中圖分類號:TN 976

文獻標識碼:A

文章編號:1000—9787(2016)04—0001—03

作者簡介:

孫文(1992-)，男，山東青州人，碩士研究生，主要從事天基預警系統部署和探測性能分析研究。