日本成像偵察衛(wèi)星最新發(fā)展

劉韜 黃江澤 張原

（1北京空間科技信息研究所 2北京空間機電研究所 3中國人民解放軍61646部隊 ）

2020年2月9日，日本在種子島航天中心用H－2A火箭成功發(fā)射了情報采集衛(wèi)星-光學－7（IGSO7），提升了日本的天基情報獲取能力。本文對日本“情報采集衛(wèi)星”（IGS）系統(tǒng)的發(fā)展背景、發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展進行介紹。

1 發(fā)展背景

“情報采集衛(wèi)星”（IGS）是日本發(fā)展的成像偵察衛(wèi)星星座，由兩對共4顆衛(wèi)星組成，每對包含1顆光學成像偵察衛(wèi)星和1顆雷達成像偵察衛(wèi)星。IGS衛(wèi)星的目標是通過光學和雷達兩種衛(wèi)星協(xié)同工作，實現(xiàn)全天時、全天候成像偵察，密切監(jiān)視東亞、中國大陸與臺灣、釣魚島以及俄羅斯遠東等地區(qū)，特別注重對朝鮮地區(qū)的軍事詳查，為日本政府和軍方提供圖像情報，同時也用于民用自然災害監(jiān)控任務(wù)。

2 衛(wèi)星研制歷程

日本政府在內(nèi)閣情報會議下設(shè)立了“情報采集衛(wèi)星推進委員會”，為IGS衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展和應用制定方針和政策，進行頂層綜合規(guī)劃，并對計劃的實施進行監(jiān)督管理。2003年，日本成立了內(nèi)閣衛(wèi)星情報中心（CSIC），具體負責IGS系統(tǒng)地面段管理與衛(wèi)星的運行和使用。

IGS衛(wèi)星項目由日本內(nèi)閣官房負責，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）負責衛(wèi)星早期在軌測試，測試完成后，將運管權(quán)移交給CSIC。三菱電機公司作為衛(wèi)星系統(tǒng)的總承包商，負責衛(wèi)星系統(tǒng)的開發(fā)和研制。文部科學省（原科學技術(shù)廳）參與光學有效載荷和衛(wèi)星平臺的研制，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省（原通商產(chǎn)業(yè)省）參與雷達有效載荷的研制，總務(wù)省（原郵政省）參與地面控制系統(tǒng)的研制。

目前，日本已經(jīng)完成第二代IGS衛(wèi)星的全面部署，開始部署第三代IGS衛(wèi)星。截至2020年2月底，日本已經(jīng)發(fā)射18顆IGS衛(wèi)星，其中光學衛(wèi)星10顆，雷達衛(wèi)星8顆；目前有10顆衛(wèi)星在軌運行，其中光學衛(wèi)星5顆，雷達衛(wèi)星5顆，包含了超期服役的4顆衛(wèi)星。

IGS衛(wèi)星發(fā)射與運行情況

3 衛(wèi)星基本情況

任務(wù)目標

日本一直極其重視IGS系統(tǒng)的研制和部署。2008年5月21日，日本頒布了新修訂的《宇宙基本法》，將以前的“和平利用”，即“非軍事”修改為“非侵略”，為全面發(fā)展軍用衛(wèi)星系統(tǒng)掃清了障礙。2012年6月，日本對《日本獨立行政法人宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)設(shè)置法》（簡稱JAXA法）進行了修訂，刪除了JAXA法中“開發(fā)和利用只限于和平目的”的條款，使JAXA具備了發(fā)展軍事航天系統(tǒng)的合法權(quán)力。2013年1月，日本通過《宇宙基本計劃》，提出要加強“情報采集衛(wèi)星”的研制部署，不斷擴展、強化信息搜集功能和預警監(jiān)視能力，實現(xiàn)對東北亞地區(qū)安全態(tài)勢的快速獲取。通過法律修訂，日本著力擺脫“非軍事”束縛，采用以民掩軍的方式重點發(fā)展高分辨率成像偵察能力，極力擴大軍事航天開發(fā)應用。

航天器設(shè)計

IGS衛(wèi)星星座運行在高度500km、傾角97.3°的太陽同步圓軌道，分布于降交點地方時10：30和13：30的2個軌道面上。標準配置下，每個軌道面部署1顆IGS－O光學衛(wèi)星和1顆IGS－R雷達衛(wèi)星。4顆衛(wèi)星組成星座時，重訪周期小于1天。2015年，日本為了提高重訪頻率和時效性，決定增加IGS星座衛(wèi)星數(shù)量，由原來的4顆增至8顆，并與2顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星配合使用。

（1）第一代IGS衛(wèi)星

IGS-O1為光學成像衛(wèi)星，質(zhì)量約850kg，功率2～3kW，采用三軸穩(wěn)定控制方式，設(shè)計壽命5年。星上載有全色相機和多光譜相機，全色分辨率1m，多光譜分辨率5m，幅寬10～20km。IGS-R1為雷達成像衛(wèi)星，質(zhì)量約1000kg，功率3～4kW左右，采用三軸穩(wěn)定控制方式，設(shè)計壽命5年。星上載有合成孔徑雷達（SAR），分辨率1～3m，幅寬10km。2007年3月，IGS－R1衛(wèi)星在即將達到5年設(shè)計壽命時，因電源故障失效。

（2）第二代IGS衛(wèi)星

與IGS－O1衛(wèi)星相比，IGS－O2衛(wèi)星成像速度有所提高。IGS－O3衛(wèi)星采用在IGS－O3試驗星上經(jīng)過驗證的有效載荷和重新研制的衛(wèi)星平臺，平臺姿態(tài)敏捷機動能力有所提高，全色分辨率由第一代的1m提高到0.6m。IGS－O4與IGS－O3衛(wèi)星采用相同的系統(tǒng)設(shè)計，全色分辨率為0.6m，IGS－O4衛(wèi)星的指向性能也有所提高。

IGS－R2衛(wèi)星質(zhì)量約1200kg，采用三軸穩(wěn)定控制方式，設(shè)計壽命5年。有效載荷為合成孔徑雷達，分辨率為1～3m。IGS－R2衛(wèi)星于2010年8月在未達設(shè)計壽命時，因電源故障失效。IGS－R3衛(wèi)星分辨率約為1m，在結(jié)構(gòu)上針對IGS－R1和IGSR2衛(wèi)星所出現(xiàn)的電源故障問題進行了改進。IGSR3和IGS－R4衛(wèi)星采用可瞬間改變衛(wèi)星姿態(tài)的技術(shù)，姿態(tài)敏捷能力有所提高。

第一代和第二代IGS光學衛(wèi)星的有效載荷與日本“先進陸地觀測衛(wèi)星”（ALOS）的“全色立體測繪遙感相機”（PRISM）和先進可見光和近紅外相機－2（AVNIR－2）類似。而第一代和第二代IGS雷達衛(wèi)星的有效載荷與日本ALOS衛(wèi)星的“L頻段相控陣合成孔徑雷達”（PALSAR）類似。

（3）第三代IGS衛(wèi)星

目前已發(fā)射的第三代IGS衛(wèi)星包括IGS－O5試驗星、IGS－O5、IGS－O6、IGS－O7、IGSR5和IGS－R6，共6顆衛(wèi)星。IGS－O5試驗星屬于第三代IGS衛(wèi)星，用于驗證第三代光學成像技術(shù)，與第二代光學衛(wèi)星相比，分辨率進一步提高到0.4m。IGS－O5試驗星設(shè)計壽命為2年。IGS－O5和IGS－O6是第三代光學成像業(yè)務(wù)星，分辨率0.3m，設(shè)計壽命5年。IGS－R5和IGS－R6是第三代雷達成像業(yè)務(wù)星，分辨率0.5m，設(shè)計壽命不詳。2020年發(fā)射的IGS－O7衛(wèi)星是第三代光學成像業(yè)務(wù)星，分辨率0.3m。

（4）IGS衛(wèi)星未來發(fā)展

2015－2025年IGS光學衛(wèi)星計劃修訂（黃色標記）

2015－2025年IGS雷達衛(wèi)星計劃修訂（黃色標記）

在日本航天政策演變，以及加強與美國的軍事紐帶之際，日本計劃擴展其成像偵察衛(wèi)星艦隊，以在一定程度上加強對朝鮮和中國海軍的監(jiān)控。2015年11月11日，日本宇宙政策委員會發(fā)布了新版《航天基本計劃》工程表修訂草案，宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部于12月8日正式批準并發(fā)布了工程表修訂版。該修訂版指出，將IGS星座的標準配置從現(xiàn)有的4顆衛(wèi)星擴展至8顆成像衛(wèi)星+2顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。IGS星座衛(wèi)星數(shù)量增至10顆將能夠?qū)崿F(xiàn)每天對地球任意目標多次重訪。

早在2015年9月，CSIC就向宇宙政策委員會提出了增加目前IGS星座的衛(wèi)星數(shù)量，以及增加新型光學和雷達衛(wèi)星的意愿。CSIC指出，目前由4顆衛(wèi)星組成的IGS星座重訪頻率低，時效性差。因此，為了提高重訪頻率和時效性，建議把IGS星座數(shù)量由現(xiàn)在的4顆增至8顆，并與2顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星配合使用。

CSIC建議，將未來的IGS衛(wèi)星星座分為兩類。一類是目前運行的、由4顆衛(wèi)星組成的“基礎(chǔ)衛(wèi)星”，負責對關(guān)注地區(qū)進行發(fā)現(xiàn)、識別和詳細偵察。另一類是由2顆“光學多樣化”和2顆“雷達多樣化”衛(wèi)星組成的“多時間軸衛(wèi)星”。在“基礎(chǔ)衛(wèi)星”發(fā)現(xiàn)和識別出目標的基礎(chǔ)上，“多樣化”衛(wèi)星負責對目標區(qū)域進行動態(tài)監(jiān)視（如船舶、車輛等），可實現(xiàn)對動態(tài)目標一天多次重訪。2016年CSIC申請的IGS相關(guān)預算總額為701億日元（約5.84億美元），比2015年的614億日元預算增加了87億日元，其中包括研制首顆“光學多樣化”衛(wèi)星的經(jīng)費。2017年內(nèi)閣用于對地觀測系統(tǒng)預算總額為760億日元，占軍事航天預算費用的70%。預算主要用于制造發(fā)射IGS－O7和IGS－R6衛(wèi)星的火箭，研制IGSO7衛(wèi)星的零部件。首顆“光學多樣化”衛(wèi)星研制預計需要8年，計劃于2024年發(fā)射。

IGS現(xiàn)有星座和未來星座對比圖

4 衛(wèi)星特點分析

構(gòu)建光學和雷達結(jié)合的偵察體系

日本耗費巨資發(fā)展IGS衛(wèi)星星座，目前其性能已不容小覷，第三代光學衛(wèi)星分辨率達到0.3m，雷達衛(wèi)星達到0.5m。對比法、德、俄三國，法國的光學遙感衛(wèi)星雖然比日本現(xiàn)役的光學衛(wèi)星性能優(yōu)越，卻缺乏雷達衛(wèi)星；德國擁有性能優(yōu)越的雷達衛(wèi)星但缺乏光學衛(wèi)星；俄羅斯雖然兩者皆有，卻技術(shù)落后、可靠性也不佳。雖然和美國差距明顯，但日本同時擁有光學和雷達兩套系統(tǒng)的整體性能要強于其他國家。

構(gòu)建多種用途衛(wèi)星相結(jié)合的綜合型偵察體系

宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部批準將IGS星座的標準配置從現(xiàn)有的4顆衛(wèi)星擴展至8顆成像衛(wèi)星+2顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。IGS星座衛(wèi)星數(shù)量增至10顆將能夠?qū)崿F(xiàn)每天對地球任意目標多次重訪，實現(xiàn)目標發(fā)現(xiàn)、識別以及船舶、車輛等動目標的監(jiān)視。