“探路者”太空偵察衛(wèi)星

+ 劉進(jìn)軍

“探路者”太空偵察衛(wèi)星

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太空籬笆

1980年代后，美國太空監(jiān)視網(wǎng)在全球部署了33個地面雷達(dá)站和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。它們緊盯太空，能同時監(jiān)視各國衛(wèi)星的1.85萬個軌道目標(biāo)，號稱“太空籬笆”（Space Fence）。美國太空監(jiān)視網(wǎng)能夠檢測10厘米的太空飛行體，探測深度達(dá)3萬千米。

由于雷達(dá)和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡受天氣、大氣、日光、電波的影響，監(jiān)測能力有限，另外，這些儀器只能間歇性地瞥見太空軌道的物體，所以美國認(rèn)為這道“太空籬笆”監(jiān)控功能有限。2013年9月，美國空軍太空司令部司令威廉·謝爾頓下令：“太空籬笆”系統(tǒng)停止作戰(zhàn)！

太空中有1000多顆衛(wèi)星，其中有500多顆各國軍用衛(wèi)星。美國十分希望隨時掌握這些衛(wèi)星的動向。美國國防部一直在叫嚷：一些太空物體，未來將威脅美國的航天器。19世紀(jì)80年代，美國軍方希望建造一種能及時鎖定衛(wèi)星和太空飛行器的太空監(jiān)視衛(wèi)星，保護(hù)美國的太空資產(chǎn)。

美國的太空資產(chǎn)的范圍廣泛，包括通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、太空望遠(yuǎn)鏡、地球觀測衛(wèi)星等商業(yè)、民用和軍事航天器。為了保護(hù)這些太空資產(chǎn)，美國需要研制一種能夠探測和跟蹤空間物體的天基太空偵察系統(tǒng)。這對美國來說非常重要，他們迫切需要監(jiān)控那些被認(rèn)為可能的威脅對象，不論是真有威脅的還是一些假想敵。天基太空偵察系統(tǒng)能為美國空軍太空偵察網(wǎng)提供天基傳感器，有能力在任何時間和空間探測衛(wèi)星碎片或其他遙遠(yuǎn)的空間物體。

從地球偵察到太空偵察

1996年4月24日，美國國防部彈道導(dǎo)彈防御組織從范登堡空軍基地發(fā)射“德爾塔-7920”火箭，將“中段空間實(shí)驗(yàn)”號衛(wèi)星送入軌道。衛(wèi)星運(yùn)行在近地點(diǎn)897千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)907 千米，軌道傾角 99.4°的太陽同步軌道。

“中段空間實(shí)驗(yàn)”號衛(wèi)星，昵稱“天狼”中段空間實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，重量2700千克，由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制。“天狼”號衛(wèi)星裝載了許多美國彈道導(dǎo)彈防御組織的實(shí)驗(yàn)儀器:

“勇氣-3”太空紅外成像望遠(yuǎn)鏡

紫外線、可見光儀和光譜儀

太空可視儀器

星載信號與數(shù)據(jù)處理器

2 厘米直徑球體，可部署參考對象。

“天狼”號中段空間實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

“天狼”號衛(wèi)星展示了不同的多光譜成像技術(shù), 通過觀察導(dǎo)彈發(fā)射和軌道碎片來識別和跟蹤飛行過程中的彈道導(dǎo)彈。此外, “天狼”號衛(wèi)星還通過觀察臭氧、氯氟碳、二氧化碳和甲烷，測量地球大氣層的組成和動態(tài)。

1997年, “天狼”號衛(wèi)星在冷卻劑耗盡后停止運(yùn)行。因?yàn)椴恍枰槐４嬖诘蜏販囟戎校梢姽鈧鞲衅鳌⑻湛梢晝x器仍可操作。在壽命期間，“天狼”號衛(wèi)星飛行在接近地球同步軌道，用于跟蹤衛(wèi)星和殘骸。2008年6月, 太空可視儀器失靈后,衛(wèi)星停止工作。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星的理想圖

為了驗(yàn)證“天狼”號衛(wèi)星的眼力和能力，美國空軍連續(xù)發(fā)射了幾枚火箭，仿真洲際導(dǎo)彈飛行。“天狼”號犀利的目光一眼就將剛剛飛上太空的火箭認(rèn)出來，并詳細(xì)描繪了所有飛行參數(shù)。

在太空中，“天狼”號衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)射了幾顆2 厘米直徑球體。這些2 厘米直徑球體飛到很遠(yuǎn)的空間，“天狼”仍然依稀可見。2 厘米直徑球體到底飛到多遠(yuǎn)的空間呢？“天狼”能看見多遠(yuǎn)的2 厘米直徑球體呢？這是軍事秘密，絕不告訴別人！

“天狼”太空偵察衛(wèi)星主要任務(wù)是：太空偵察，太空監(jiān)視，實(shí)時傳輸下行信號，并自動生成衛(wèi)星星歷，提供太空偵察、太空監(jiān)視和導(dǎo)彈預(yù)警。

2000年以來，美國開始計(jì)劃建造“探路者”太空監(jiān)視衛(wèi)星。它的真正意義是太空偵察衛(wèi)星，用從偵察、監(jiān)視太空里飛行的洲際導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭。它是一道真正的“太空籬笆”。在十多年研制生涯中，“探路者”衛(wèi)星努力達(dá)到了能識別和檢測各國火箭和洲際導(dǎo)彈飛行的技術(shù)。

2008年12月，“中段空間實(shí)驗(yàn)”號衛(wèi)星計(jì)劃完成使命，停止運(yùn)營。新一代“太空籬笆”—— “探路者”太空偵察衛(wèi)星已經(jīng)誕生！它會是什么樣呢？

“探路者”太空偵察衛(wèi)星指揮中心

太空偵察衛(wèi)星

“探路者”太空偵察衛(wèi)星的老東家是美國戰(zhàn)略司令部、聯(lián)合太空司令部、美國導(dǎo)彈防御局。位于美國加利福尼亞州洛杉磯的美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心負(fù)責(zé)研發(fā)測試。2004年3月，美國導(dǎo)彈防御局、美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心授權(quán)美國諾斯洛普·格魯曼航天技術(shù)公司、波音公司、鮑爾宇航技術(shù)公司制造“探路者”太空偵察衛(wèi)星。這是一個衛(wèi)星星座和支持基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)劃，將改善美國國防部在軌道上檢測和跟蹤太空物體的能力。

2004年開始，諾斯洛普·格魯曼航天技術(shù)公司總承包，波音公司負(fù)責(zé)研制飛行控制系統(tǒng)，鮑爾宇航技術(shù)公司負(fù)責(zé)制造衛(wèi)星平臺。美國波音公司與美國鮑爾宇航技術(shù)公司合作設(shè)計(jì)和提供的新型太空監(jiān)視傳感器航天器和相關(guān)地面段。作為主要承包商，波音公司全面負(fù)責(zé)“探路者”太空偵察衛(wèi)星，包括地面系統(tǒng)和初始任務(wù)操作系統(tǒng)等太空運(yùn)行系統(tǒng)。

“探路者”衛(wèi)星徽章：一只大灰狼仰天長嘯。美國導(dǎo)彈防御局、空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心、波音公司、鮑爾宇航技術(shù)公司的大名赫然在目。

位于加利福尼亞州海豹海灘的波音公司的太空與情報(bào)系統(tǒng)部門和位于科羅拉多州斯普林斯和亞利桑那州錢德爾的任務(wù)系統(tǒng)操作公司共同負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理與任務(wù)管理、系統(tǒng)工程與集成、太空飛行器任務(wù)數(shù)據(jù)處理硬件和軟件、建模與仿真、發(fā)射工程和集成、地面部分軟件和硬件開發(fā)與集成、用戶接口、測控和基礎(chǔ)軟件、任務(wù)操作和維護(hù)、在軌初始化和運(yùn)行、安全和可靠性測試等儀器系統(tǒng)。

位于科羅拉多州博爾德的鮑爾宇航技術(shù)公司防務(wù)制造系統(tǒng)公司，利用波音公司的機(jī)載任務(wù)處理器，負(fù)責(zé)衛(wèi)星平臺、有效載荷、在軌初始化和運(yùn)行、操作與維護(hù)支持；位于佛羅里達(dá)州墨爾本的哈里斯公司負(fù)責(zé)衛(wèi)星指揮與控制軟件；位于美國馬薩諸塞州波士頓的麻省理工學(xué)院/林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)任務(wù)規(guī)劃軟件、地面任務(wù)數(shù)據(jù)處理軟件。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星計(jì)劃

美國半導(dǎo)體技術(shù)聯(lián)合公司負(fù)責(zé)衛(wèi)星收集圖像光學(xué)儀器的關(guān)鍵部分——電荷耦合器（CCD）。為了獲得高質(zhì)量、達(dá)到太空飛行級別，半導(dǎo)體技術(shù)聯(lián)合公司與亞利桑那大學(xué)成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合作，亞利桑那大學(xué)成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)晶片處理和涂層。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星采用鮑爾宇航公司的“BCP-2000”型衛(wèi)星平臺，與美國最先進(jìn)的“快鳥”號地球觀測衛(wèi)星的衛(wèi)星平臺一樣。2007年底，“探路者”衛(wèi)星完成。2010年6月，“探路者”通過一系列工程測試。“探路者”衛(wèi)星計(jì)劃花費(fèi)8.23億美元，包括衛(wèi)星、有效載荷、發(fā)射和地面支持系統(tǒng)。衛(wèi)星有效載荷的資金約占總數(shù)的40%。

鮑爾宇航技術(shù)公司測試“探路者”太空偵察衛(wèi)星

“探路者”太空偵察衛(wèi)星

“探路者”（SBSS）太空偵察衛(wèi)星是一顆專門躲在太空里，偵察、監(jiān)視太空中飛行的洲際導(dǎo)彈和衛(wèi)星的光學(xué)偵察衛(wèi)星。它重1031千克，三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，“BCP-2000”衛(wèi)星平臺，2個太陽能帆板提供840瓦的電力，設(shè)計(jì)壽命7年。衛(wèi)星有效載荷包括：可見光傳感器、大口徑寬視角光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、低噪聲電子儀器、2軸高度靈活萬向云臺、可編程處理器。

“探路者”衛(wèi)星裝載了一個直徑30厘米，重約225千克的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，鏡片大約50微弧度。它在地球靜止軌道上觀察的分辨率為20米，在低地球軌道為幾十厘米。而洲際導(dǎo)彈一般直徑2～4米，長度20～30米，都逃不過“探路者”的探測。

尤為重要的是，這個大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡安裝在一個靈活的兩軸萬向云臺上，有最大的回轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)范圍，地面的控制人員可在目標(biāo)之間快速移動攝像機(jī)，無須轉(zhuǎn)動整顆衛(wèi)星，不必為整個航天器變軌花費(fèi)時間和燃料，就可定位并跟蹤物體。這種靈活的傳感器能尋找和跟蹤空間物體，甚至新的導(dǎo)彈、火箭發(fā)射和演習(xí)，比以前的太空傳感器具有更快的速度、更大的能力容量和更大的靈敏度，包括：靈敏度增加2倍，檢測威脅快2倍，檢測威脅的概率增加2倍，能力容量提高10倍。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星：瞄準(zhǔn)太空、監(jiān)視太空

“探路者”太空偵察衛(wèi)星怎樣在太空監(jiān)測洲際導(dǎo)彈呢？洲際導(dǎo)彈的飛行時序分為3個階段：發(fā)射升空階段、太空飛行階段（中段飛行階段）和重返地球階段。“探路者”衛(wèi)星可以在太空飛行階段發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測到洲際導(dǎo)彈的飛行狀態(tài)和攻擊目標(biāo)。

太空偵察衛(wèi)星可裝載紅外、光學(xué)、雷達(dá)、多光譜等有效載荷和偵測儀器。當(dāng)洲際導(dǎo)彈在天空、太空飛行時，一定會發(fā)出火焰、溫度、亮光和紅外線。紅外太空偵察衛(wèi)星的紅外探測器會在幾秒鐘內(nèi)捕捉、發(fā)現(xiàn)、識別和檢測洲際導(dǎo)彈的飛行參數(shù)。“探路者”衛(wèi)星以光學(xué)望遠(yuǎn)鏡偵測衛(wèi)星、洲際導(dǎo)彈。它第一次以光學(xué)系統(tǒng)演示識別與跟蹤太空飛行階段的洲際導(dǎo)彈，意義非常重大。

“探路者”衛(wèi)星的地面操作中心位于加利福尼亞州洛杉磯空軍基地的美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心。天基空間監(jiān)視站設(shè)在位于科羅拉多州斯普林斯的波音公司。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星的偵察監(jiān)視任務(wù)：地球軌道上物體的數(shù)量、定位數(shù)據(jù)、目標(biāo)識別，至少每天在地球同步軌道上進(jìn)行一次檢測，審查每一顆航天器。

萬向云臺上的2軸高度靈活的光學(xué)探測器

“探路者”太空偵察衛(wèi)星：偵察和監(jiān)視太空

“探路者”太空偵察衛(wèi)星的裝備

美國國防部將“探路者”太空偵察衛(wèi)星搜索、監(jiān)視、跟蹤收集到的洲際導(dǎo)彈數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、判斷和決定，支持世界各地的軍事行動，美國宇航局的衛(wèi)星、航天飛機(jī)和國際空間站也可避免太空碎片的碰撞。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星執(zhí)行太空監(jiān)視，具體來說有如下3大任務(wù)：

1.科學(xué)任務(wù)：部署在地球同步靜止軌道上，居高臨下，利用可見光傳感器搜索、監(jiān)視和跟蹤太空碎片、宇宙空間碎片；

2.偵察任務(wù)：衛(wèi)星利用先進(jìn)的探測器監(jiān)視、偵察和跟蹤各類衛(wèi)星、飛行體、洲際導(dǎo)彈和反衛(wèi)星武器；

3.軍事任務(wù)：檢測、跟蹤、分析、預(yù)警進(jìn)出入大氣層的洲際導(dǎo)彈。

原來，第1顆“探路者”太空偵察衛(wèi)星定于2008年12月發(fā)射，后被推遲到2009年春天，再推遲到2009年11月22日。發(fā)射延誤的原因是“米諾塔爾-4”運(yùn)載火箭，而不是衛(wèi)星。“米諾塔爾-4”運(yùn)載火箭，又名“牛頭怪”運(yùn)載火箭，由美國軌道科學(xué)公司建造，低地軌道的運(yùn)載量為1.7噸。這次發(fā)射是它的第一次任務(wù)。

2010年9月26日，美國國防部代號“USA-216”的第1顆光學(xué)太空偵察衛(wèi)星——“探路者”太空偵察衛(wèi)星，終于在美國范登堡空軍基地搭乘“米諾塔爾-4”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，運(yùn)行在630千米的太陽同步軌道上。

美國導(dǎo)彈防御局通過美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心協(xié)調(diào)開發(fā)工作，空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心的空間優(yōu)勢系統(tǒng)聯(lián)隊(duì)空間情境意識大隊(duì)負(fù)責(zé)太空偵察衛(wèi)星操作中心。太空情境意識大隊(duì)指揮官認(rèn)為：太空偵察衛(wèi)星將改變空間情境意識，通過衛(wèi)星傳感器提供及時和實(shí)時的空間響應(yīng)，這種能力是未來制勝的關(guān)鍵。

“探路者”太空偵察衛(wèi)星能大大增強(qiáng)美軍的太空監(jiān)視能力，是美國空軍獲得“制天權(quán)”的又一殺手。美國國防部計(jì)劃建立一個由10顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，將來擴(kuò)大為更大的20顆衛(wèi)星組成的太空偵察系統(tǒng)，在較短的時限提供更小的空間物體的全球監(jiān)視。美軍稱：我們將看清太空的一舉一動。這將是一個重要的里程碑。

美國導(dǎo)彈防御局說“探路者”衛(wèi)星真能干！它拍攝的高保真圖像，使洲際導(dǎo)彈暴露無遺，毫無藏身之處。“探路者”跟蹤衛(wèi)星、太空碎片、反衛(wèi)星武器，效果超出想象，開辟了一條嶄新的太空偵察道路。