“鎖眼”后輩閃亮登場

文/小梅子

▲“KH-11”拍攝的建造中的基洛夫級巡洋艦

1976年12月19日，大力神IIID型火箭從美國加利福尼亞州范登堡空軍基地騰空而起，KH-11系列偵察衛星的歷史從此開始。單從外表來看，估計很多人會把其誤認為是14年后發射的哈勃空間望遠鏡。不過和“哈勃”不同， 鎖眼偵察衛星不是“向上”聚焦宇宙盡頭，而是“向下”緊盯著地球表面。攜帶著當時最先進的電子光學觀測器械和多種無線電加密裝置，作為次時代產物的“鎖眼”將徹底改變人們對偵察衛星的所有認知。

性能卓越的KH-11

“KH-11”是美國也是全世界首顆采用感光耦合組件攝影技術，并使用超高頻通訊傳輸數據的偵察衛星。和KH系列前9款衛星采用膠卷攝影并將膠卷送回地面的方式不同，“KH-11”將拍攝到的畫面以數據鏈的形式發送到位于更高的地球同步軌道的通訊衛星，而后由通訊衛星網絡將數據轉發到位于弗吉尼亞州玻利瓦爾堡的第58區地面接收站。顯然和其他“鎖眼”衛星相比，“KH-11”的任務不再受返回載具數量限制，節省下的空間用來安裝更大型攝影器械，同時近乎實時的數據傳輸也為美國國家偵察局提高了監視效率。

腦洞大開的KH-10

其實說到這里有人會好奇了，按照KH系列的命名邏輯，上一款光學偵察衛星是“KH-9”，下一款應為“KH-10”，為何直接跳到了“KH-11”？其實“KH-10”是確實存在過的偵察衛星計劃，代號“多利安”。原計劃“KH-10”將會是首款載人偵察衛星，其前部安裝有類似于雙子座飛船的載具，入軌后可與載人飛船對接，由航天員負責回收和更換膠卷，以此來延長偵察衛星的任務時間。

▲“KH-11”在科索沃戰爭空襲前所攝位于貝爾格萊德的塞爾維亞軍隊總部

▲“KH-10”設計圖，前端為雙子座B飛船

顯然如此腦洞大開的設計對衛星本身體積的要求過高，且沒有從根本上解決需要頻繁發射的問題。在1966年以雙子座II飛船為原型的無人發射測試后，“KH-10”便被取消，研發光學偵察衛星的資源被悉數用來開發更具革命性的“KH-11”。

軌道迥異的KH-11

沒有了返回載具占空間，“KH-11”比“KH-9”短了許多，重新設計的大面積太陽能電池板移到了衛星兩側為衛星提供更多電力，1990年發射的哈勃空間望遠鏡也參考了此設計。而作為偵察衛星的核心，增粗的“KH-11”內部安裝有直徑2.34米的第一級鏡片，后續的“KH-11”將此直徑進一步增大至3.1米。在最佳大氣條件下采用2.4米鏡片的“KH-11”，理論地面分辨率能達到15厘米，后續衛星除了進一步提高分辨率以外，還提高了鏡片所能反射的電磁光譜，使得“KH-11”具備一定程度的遠紅外監視能力。

獲得如此“神器”的美國國家偵察局怎能不將其發揚光大？“KH-11”分為四個批次共計發射16顆，后續批次先后將“迦南”代號改為“龍”，“水晶”，“升級水晶”等，現今仍有四枚在軌工作。除了性能的提升以外，“KH-11”的衛星軌道也和其余“鎖眼”系列其他衛星大不相同。

所有“KH-11”衛星均被放置在近地軌道較高段的太陽同步軌道，此軌道高度大約為國際空間站軌道高度的兩倍。從軌道名字便能看出，雖然衛星本身仍在環繞地球旋轉，但和太陽的旋轉是相對靜止的，這意味著拍攝照片時，拍攝地的太陽光源總是一樣的。相同的光源除了便于測算拍攝時間外，還可固定物體影子大小，進而根據拍攝緯度計算出物體高度。在此基礎上“KH-11”還采用兩星一對的設計，一主一輔在不同軌道不同高度短間隔先后拍攝，減小對物體測量的誤差。

▲沒有人會認錯的哈勃空間望遠鏡，其形狀完全繼承自偵察衛星

近乎極致的KH-12

“鎖眼”系列偵察衛星的極致，莫過于在“KH-1”基礎上改進的，有可能編號為“KH-12”的“迷蒙”偵察衛星。“迷蒙”衛星確認有兩次發射，分別在1990年2月28日由阿特蘭蒂斯號航天飛機和1999年5月22日由大力神IVB火箭發射，大量旁證顯示2012年6月28日由德爾塔IV型火箭發射的代號NROL-15的負載為第三顆“迷蒙”偵察衛星。

根據部分泄密的資料，“迷蒙”有兩點特別之處。和以往所有的位于近地軌道范圍內的光學偵察衛星不同，“迷蒙”的三次發射均把衛星送到了軌道高度是國際空間站105倍的地球同步軌道上。雖說此軌道高度讓“迷蒙”的拍攝分辨率大幅度下降，但在距離地表35786公里的同步軌道上，“迷蒙”衛星的旋轉速度和地球自轉完全相同，這意味著其可以對地面上同一區域進行不間斷拍攝，獲取近乎實時的情報。

除了特殊的軌道，“迷蒙”另一大特點在于它是第一顆被美國國家偵察局劃歸為“隱身衛星”的偵察衛星。由于和地球旋轉同步，地面上的雷達和光學器械也可觀測到“迷蒙”。部分泄密信息顯示，為了不被發現，“迷蒙”在朝向地表端安裝有圓錐形罩子用以折射雷達的電磁波，同時衛星體使用了能吸收高達99.965%可見光的碳納米管黑體材料，使得除鏡頭和太陽能電池板以外的整個衛星呈絕對黑色，因此地面上的光學觀測裝置幾乎不可能發現衛星的存在。

▲“KH-11”的軌道

▲神秘的NROL-15任務徽章

和KH-11一脈相承的空間望遠鏡

作為有著40年歷史的偵察衛星，“KH-11”的保密工作自然是美國國家偵察局的重中之重。 有意思的是絕大多數早期關于“KH-11”的資料，均源自自天文愛好者試圖通過高精度望遠鏡拍攝哈勃空間望遠鏡的身姿，結果卻不小心拍攝到了位于接近軌道上的KH-11偵察衛星。原因自然不必多說，哈勃空間望遠鏡的科技幾乎全部繼承自“KH-11”，就連第一級鏡片直徑都是相同的2.4米，外形上的相似自然毫不意外。

▲美國宇航局計劃中的點的廣域紅外探測望遠鏡

▲“迷蒙”衛星可能的構造圖，注意前端的圓錐形罩

更為有趣的是現在有關KH-11及其后續發展型偵察衛星的信息，除了美國國家偵察局公開的資料以外，便是來自美國宇航局公布的在2011年8月接收的兩枚美國國家偵察局捐贈的偵察衛星資料。由于科技的進步，美國國家偵察局認為原本用作發射失敗備份的兩枚早批次KH-11衛星已經過時，于是將其捐贈給正好缺少經費建造新空間望遠鏡的美國宇航局使用。盡管這兩顆待在倉庫里的衛星早已拆除了感光耦合組件和電子設備，但美國宇航局的工程師在研究完沒有拆除的光學鏡片組件后，認為這些組件依然非常先進，并計劃將其改裝成即將發射到地日軌道第二拉格朗日點的廣域紅外探測望遠鏡（WFIRST），用以觀測暗物質和尋找類地行星。KH-11系列偵察衛星的強大性能可見一斑。

▲光學薄膜材料

光學薄膜偵察衛星向我們走來

龐大的“鎖眼”天網隨著2013年8月28日的“USA-245”發射而宣告完成，KH-11系列的實際造價也終于浮出水面。根據美國國家偵察局在2014年4月發布的報告，最后兩枚KH-11偵察衛星總共價值50億美金，這意味著這兩枚衛星比一艘尼米茲核動力航母還要貴5億美金。這便是為了監視全球而造的“鎖眼”天網的價格，或者說，這便是偵察目標，收集情報，獲取信息的價格。

隨著“鎖眼”天網的結束，新的“天網”已提上日程，美國國防高等研究計劃署（DARPA）正在研發光學薄膜偵察衛星（MOIRE）。鑒于衛星拍攝清晰度受到第一級鏡片大小制約，而難以折疊的第一級晶體鏡片又受到火箭發射空間的制約，光學薄膜偵察衛星將采用光學薄膜為第一級反射鏡。在發射時大幅度折疊的光學薄膜可在入軌后展開成直徑20米的超大鏡面，屆時該星會以接近甚至超過“KH-11”的分辨率，和“KH-12”一同在地球同步軌道進行偵察監視任務。