美國天基預警系統發展分析

張保慶

美國天基預警系統發展分析

張保慶

天基預警系統探測范圍廣、預警時間長，可為彈道導彈防御和實施反擊提供及時預警信息。美國最先發展天基預警衛星系統，先后部署了多種型號的天基預警系統，包括“國防支援計劃”“天基紅外系統”“空間跟蹤與監視系統”等。當前，美國已形成了高低軌結合，預警、跟蹤和識別功能復合的天基預警系統，性能先進，可為美國提供強大的彈道導彈預警能力。

美國天基預警系統發展現狀

天基預警系統是美國反導體系的重要組成部分，可以為國家領導、作戰指揮官、情報機構以及其他關鍵決策人員提供及時、可靠、準確的導彈預警與紅外監測信息，使美國在全球導彈發射探測、彈道導彈防御、技術情報搜集及戰時態勢感知等方面的能力極大增強。美國現役天基預警系統主要包括4顆“國防支援計劃”（DSP）衛星、3個“天基紅外系統”大橢圓軌道衛星載荷、2顆“天基紅外系統”（SBIRS）地球同步軌道衛星和2顆“空間跟蹤與監視系統”（STSS）低軌衛星。

DSP衛星系統 DSP衛星系統是美國部署的第一種實用型預警衛星系統，先后研制部署了三代，共23顆衛星。經過三代發展，DSP衛星在探測戰略彈道導彈方面已達到相當成熟的實戰水平。然而，由于技術原因，DSP衛星系統存在一些問題，如無法跟蹤中段飛行的導彈、掃描速度過慢、對國外設站依賴性強、存在虛警現象等。而且DSP衛星系統對助推段燃燒時間短、射程近的戰區導彈的探測能力十分有限，難以留有充足預警時間。鑒于以上因素，美國決定不再繼續發展DSP衛星系統，重點發展SBIRS衛星系統和STSS衛星系統，以逐步取代DSP衛星系統。

當前，僅有4顆DSP衛星在軌服役，衛星位于地球同步軌道，主要任務是為美國指揮機構和作戰司令部提供導彈發射的探測和預警。

SBIRS衛星系統 美國于1995年提出發展SBIRS衛星系統，最初的方案是構建一個由4顆地球同步軌道（GEO）衛星、2個大橢圓軌道（HEO）有效載荷和24顆低地球軌道（LEO）衛星以及地面系統組成的有機整體。其中，GEO衛星和HEO有效載荷組成高軌部分（SBIRS-High），LEO衛星組成低軌部分（SBIRS-Low）?！疤旎t外系統”的任務目標主要包括：提供更快、更準確的戰略和戰區導彈發射報告；為導彈防御系統作戰能力提供有效支持；分析各類紅外信號的特征數據以進行快速判別；更好地了解戰場態勢，為打擊任務規劃、作戰力量防護提供支持等。

美國空軍原來負責監管SBIRS-Low項目，然而由于存在較大技術風險，2002年更名為“空間跟蹤和監視系統”（STSS）計劃，并移交至導彈防御局。高軌部分SBIRS-High計劃仍由美國空軍負責，項目名稱繼續沿用SBIRS。SBIRS系統最終將部署4顆GEO衛星和2顆HEO衛星，并通過一體化集成地面站為SBIRS空間段提供服務。SBIRS系統地球同步軌道衛星星座主要用于探測和發現處于助推段的彈道導彈，大橢圓軌道載荷則將該系統的導彈預警覆蓋范圍擴展到南、北兩極。

S B I R S項目并沒有因為SBIRS-Low計劃的剝離而順利推進。2顆HE O衛星均推遲交付。HEO-1紅外傳感器于2006年6月搭載NROL-22偵察衛星成功發射，比原計劃推遲了18個月；HEO-2紅外載荷于2008年3月搭載NROL-28偵察衛星成功發射，比原計劃推遲了21個月。HEO-1和HEO-2載荷分別于2008年和2009年在軌運行，在軌測試性能超過預期，目前已交付美國戰略司令部投入作戰應用。HEO-3有效載荷于2014年搭載在美國機密衛星上發射，現已成功完成在軌校驗。2015年5月，HEO-4衛星載荷完成制造，將被集成至一顆秘密衛星上。

SBIRS項目中的4顆地球同步軌道衛星交付更為滯后。GEO-1衛星于2011年5月發射入軌，并于2012年11月投入作戰應用；GEO-2衛星于2013年3月發射入軌。兩顆衛星的預警能力已經得到驗證。2014年6月24日，美國空軍向洛克希德·馬丁公司授出一份價值18.6億美元的修訂合同，用于生產GEO-5和GEO-6，兩顆衛星將作為GEO-1和 GEO-2的后繼衛星部署。

美國天基紅外預警衛星

SBIRS系統衛星和載荷情況

STSS衛星系統 SBIRS-Low項目是天基紅外系統的核心部分，計劃由約24顆衛星組成。這24顆衛星將部署在約1600千米高度的地球軌道，衛星運行在多個軌道面上，將與SBIRS-High衛星系統共同提供全球覆蓋能力。美國空軍原來負責監管SBIRS-Low項目，但在20世紀90年代后期被擱置起來。2002年4月，導彈防御局接管了該SBIRS-Low項目，并重新命名為“空間跟蹤和監視系統”（STSS）。STSS被視為未來美軍導彈防御體系十分重要的組成部分，建成后將與SBIR S共同構成全球全天時覆蓋、功能完備、實時響應的天基預警系統。

在美國大幅壓縮軍費的整體環境下，STSS項目目前受限于經費和技術原因，后續計劃尚未成為美軍正式采辦項目。2017財年，導彈防御局為STSS衛星的運行和維護申請3200萬美元。STSS衛星將繼續參與導彈防御試驗，進行數據采集，為作戰人員提供作戰態勢感知和技術情報支持。STSS衛星星座一旦決策部署完成，美國可很快形成彈道導彈全程探測和跟蹤能力。

地面運行系統 地面運行系統是美國天基預警系統的重要組成部分，其主要功能是接收和處理SBIRS和STSS的信息與數據，并對衛星進行控制?！霸隽?”系統于2001年開始運行，該系統允許美軍通過3種獨立的地面軟件系統分別控制SBIRS GEO衛星和HEO衛星。近年來，美國空軍致力于新型地面運行系統“增量2”的研制，目前已完成“增量2”新型地面系統的全星座測試。新一代地面運行系統實現了將SBIRS衛星的操作控制集成至一個主要任務控制站及一個備份控制站，可大幅簡化控制流程和提高效率，進一步增強SBIRS系統性能。此外，“增量2”系統還將顯著提升SBIRS系統在4個任務領域（包括導彈預警、導彈防御、戰場態勢感知以及技術情報獲?。┲械哪芰?。

美國“國防支援計劃”（DSP）衛星

美國天基預警系統關鍵技術

美國在其天基預警系統中應用了大量先進的技術，現已建立了性能最為先進，高低軌相結合，掃描與凝視、捕獲與跟蹤手段相協作的導彈預警系統，能夠對全球重點區域發射的彈道導彈提供及時預警信息，且對中段飛行的彈頭具有一定的跟蹤和識別能力。

雙探測器技術 美國天基預警系統主要擔負紅外監視與跟蹤導彈發射全過程的任務，可同時探測來襲的戰略導彈和戰術導彈，能夠提供導彈預警、導彈防御、技術情報偵察（提供描述導彈特征所需的數據及其他目標數據）以及作戰空間特征描述等功能。

美國天基紅外預警衛星體積較大，需要用C-5B戰略運輸機轉運

SBIR S GE O衛星主要用于探測和發現處于助推段的彈道導彈。SBIRS衛星最大的改進是采用了雙探測器方案，每顆衛星載有一臺高速掃描型（Scanning）探測器和與之互補的高分辨率凝視型（Staring）探測器。大橢圓軌道（HEO）有效載荷也裝有高速掃描型探測器和高分辨率凝視型探測器，其主要任務在于對北極地區圈的探測預警，將天基紅外系統的預警能力擴展到兩級地區，使其偵察范圍擴大了2~4倍。衛星工作時，掃描型探測器先對地球的北半球和南半球進行快速掃掠，然后將探測到的數據提供給凝視型探測器。緊接著，凝視型探測器將目標畫面拉近放大，獲取詳細信息，進而確定是否發生彈道導彈發射活動。雙探測器協調工作，共同完成任務，有效增強了天基紅外系統探測戰術彈道導彈的能力。

STSS系統有2顆演示驗證衛星在軌運行。2顆STSS衛星均裝有一臺寬視場捕獲傳感器和一臺窄視場凝視型多波段跟蹤傳感器。STSS衛星的寬視場捕獲傳感器，采用波長為0.7～3微米的短波紅外傳感器。寬視場捕獲傳感器以地球為背景，可以捕獲助推段彈道導彈的尾焰。STSS衛星的窄視場凝視型多波段跟蹤傳感器涉及3種波長的傳感器。其中，波長為3～8微米的中波紅外傳感器以地球為背景進行工作，可以實現對助推段末期的彈道導彈進行跟蹤；波長為8～12微米的中長波紅外傳感器以及波長為12～16微米的長波紅外傳感器以空間為背景進行工作，可以實現對彈道導彈飛行中段的持續跟蹤。中長波紅外傳感器和長波紅外傳感器在導彈助推段關機后仍能繼續跟蹤導彈飛行，而且還能夠繼續跟蹤彈頭的分離，并具備識別誘餌的能力。

STSS項目將構建由約24顆衛星組成的低軌衛星星座，衛星之間可以利用星間鏈路傳遞彈道導彈飛行中段的跟蹤信息，衛星間信息的接力傳遞可實現對彈道導彈在外層空間飛行全過程的持續跟蹤。

衛星平臺技術 SBIRS前4顆GEO衛星，即GEO-1、GEO-2、GEO-3、GEO-4衛星，均采用了洛克希德·馬丁公司的A2100軍用型衛星平臺，并針對軍事應用對A2100衛星平臺進行了加固和改進。A2100平臺開始研制于20世紀90年代，在1996年完成首次飛行驗證。在模塊化和通用化思想的指導下，A2100平臺可根據載荷情況對平臺配置進行剪裁。SBIRS衛星采用A2100平臺，可使載荷和衛星平臺間的相關性顯著降低，設計、制造、測試等工序均可以并行進行，在提高效率的同時還可大幅降低成本。

組裝中的美國天基紅外預警衛星

美國天基預警系統未來發展

在穩步推進新一代預警衛星系統建設的同時，美國空軍已著手考慮下一代導彈預警系統架構。美國空軍至少已提出4種不同的衛星系統架構，其中包括分解方案，即將集中在大型航天器上的能力分解到更多平臺上，以減小重要天基服務面臨的攻擊風險?，F役的SBIRS系統在同一顆衛星上集成了戰略預警和戰術預警功能。除開展系統架構研究外，美國空軍還開展了新型全尺寸導彈預警傳感器的研發，主要關注2個寬視場傳感器，其視場分別達到6度和9度。下一代系統計劃在2025-2040年運行，首顆衛星將在2025年運行，研發工作將于2020年開始。

星座架構堅持高軌為主，有限度發展低軌衛星。經過20余年的研制和部署，高軌星座SBIR S一直具備作戰能力。盡管屢次出現延遲交付的情況，但美國空軍堅持積極推進SBIRS的構建。目前SBIRS GEO-1和GEO-2已在軌運行并具備作戰能力，GEO-3和GEO-4預計分別于2016年和2017年發射，GEO-1和GEO-2的后繼衛星GEO-5和GEO-6也在研制中；SBIRS HEO有效載荷HEO-1、HEO-2和HEO-3已相繼發射并在軌運行，HEO-4也已研制完成。

然而，STSS低軌星座項目衛星數量需求大、星座管理復雜且成本高，而且存在難以跨越的技術障礙難題，自STSS項目提出以來，美軍一直維持著對STSS低軌預警系統的有限度發展，目前僅有2顆衛星在軌演示驗證。

系統體系結構傾向于功能分解、多軌道、多作戰域部署。隨著空間安全環境的變化，美軍空間系統面臨的威脅不斷加劇，脆弱性日益增強，加上國防預算削減的影響，將難以繼續沿用舊有的空間體系。2013年8月，美國空軍航天司令部發布《彈性與分散式空間系統體系結構》。為了實現分散式空間系統體系結構，美軍在白皮書中規劃了五種途徑：結構分離、功能分解、有效載荷搭載、多軌道部署、多作戰域部署。

美國空軍已著手考慮下一代天基預警系統體系架構，采取了其中多種模式。功能分解方面，美國空軍希望下一代衛星能夠將戰略預警和戰術預警能力進行分解，但預算的縮減迫使美國空軍將未來導彈預警系統的重點關注集中于戰略威脅任務；有效載荷搭載方面，美國空軍提出了商業搭載有效載荷方案，研究在商業衛星上搭載軍事專用有效載荷的技術，以實現利用商業衛星快速、靈活的搭載軍用載荷的目標；多軌道部署方面，美軍在高中低軌均部署有預警衛星；多作戰域部署方面，美軍積極將天基預警系統與地基、?；t外傳感器聯合使用，提高發射探測和導彈跟蹤能力。

諾斯羅普·格魯曼公司STSS-1衛星

高度重視發展寬視場傳感器技術。空間導彈與系統中心對成本問題關注較少，其更重視發展下一代天基預警技術。2013年，空間導彈與系統中心要求在空間項目年度預算中，預留一部分資金用于升級當前系統，或用于發展下一代系統以及后繼系統，并將這部分資金列為“空間現代化倡議”。在考慮下一代天基預警系統建設時，空間導彈與系統中心將主要精力和經費投入均集中在有效載荷研制上，如推進寬視場傳感器的研制。

美國空軍在2015和2016財年預算申請中，分別為研制寬視場傳感器申請了2900萬美元和5100萬美元的經費。預算文件顯示，美國空軍正在考慮開發6度和9度視場試驗型傳感器。美國空軍尤為重視寬視場傳感器試驗，認為這些試驗不僅有助于為空軍下一代SBIRS評估任務架構，還有助于空軍開發算法，以處理升級版傳感器焦平面技術所提供的大量數據。L-3通信公司在2014年獲得一份價值1300萬美元的合同，用于研發6度視場傳感器。2016財年預算申請的5100萬美元經費中，其中1100萬美元用于發射、校準和在軌校驗6度視場試驗型傳感器以及相關地面系統工作，4000萬美元用于將該有效載荷集成至衛星。

責任編輯：彭振忠