法國構(gòu)建完善衛(wèi)星偵察體系

文/ 龐之浩

2020 年12 月29 日，法國第二顆新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“光學(xué)空間組件-2”，在法屬圭亞那由俄羅斯聯(lián)盟號(hào)ST-A 運(yùn)載火箭送入480 千米高的太陽同步軌道，開始了為期10 年的全球偵察任務(wù)。

法國很重視光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，目前已經(jīng)發(fā)展了好幾代，對(duì)提高歐洲軍事航天實(shí)力作出了重要貢獻(xiàn)。

“太陽神”系列

軍事航天系統(tǒng)，無法在地球上跨度較大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行有效的作戰(zhàn)指揮。

在1999 年爆發(fā)的科索沃戰(zhàn)爭中，歐洲部隊(duì)主要依靠美國偵察衛(wèi)星提供的情報(bào)實(shí)施作戰(zhàn)。隨后，為擺脫這一被動(dòng)局面，歐洲加快了建設(shè)自己的軍事偵察衛(wèi)星系統(tǒng)步伐。

與美蘇通過發(fā)展軍用衛(wèi)星再帶動(dòng)民用衛(wèi)星的發(fā)展途徑不同，法國的“太陽神”是利用其斯波特-4 民用遙感衛(wèi)星平臺(tái)研制而成的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。法國與西班牙和意大利合作，用了10年時(shí)間研制的首顆第1 代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“太陽神-1A”于1995 年7月7 日發(fā)射，衛(wèi)星重2.5 噸，運(yùn)行在高680 千米、傾角98 度的太陽同步軌道，重訪周期48 小時(shí)，分辨率1 米，設(shè)計(jì)壽命5 年，星上裝有2 臺(tái)磁帶記錄儀。

▲ “太陽神-1B”在軌示意圖

1999 年12 月3 日，“太陽神-1B”順利升空，并在發(fā)射后第2 天就傳回了首批圖像。“太陽神-1B”的結(jié)構(gòu)與“太陽神-1A”基本相同，只是增加了靜態(tài)大容量固態(tài)存儲(chǔ)器，以彌補(bǔ)“太陽神-1A”上2 臺(tái)磁帶記錄儀的不足。這種大容量存儲(chǔ)器允許衛(wèi)星在飛經(jīng)地面站時(shí)按照地面控制人員所選擇的任意順序下載衛(wèi)星圖像，而磁帶記錄儀只能以衛(wèi)星拍攝順序下載圖像。這兩顆衛(wèi)星在軌道上協(xié)同工作，將重訪周期由48 小時(shí)縮短為24 小時(shí)。

在科索沃沖突中，第1 代“太陽神”首次作為一種實(shí)戰(zhàn)工具，能每天至少送回一次有價(jià)值的圖像數(shù)據(jù)，被成功地用于空襲計(jì)劃制定和轟炸效果分析等。這在很大程度上應(yīng)歸功于1998 年投入使用的一種既可空運(yùn)亦可陸運(yùn)的戰(zhàn)術(shù)性移動(dòng)式衛(wèi)星圖像接收站，它使得戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的野戰(zhàn)指揮官坐在如同小型公共汽車大小的活動(dòng)機(jī)房內(nèi)就能在“太陽神”過頂時(shí)直接接收到衛(wèi)星圖像。此外，一些前方的空軍基地和福煦號(hào)航空母艦上也具備獨(dú)立的圖像接收能力。

由于僅裝有可見光遙感器，所以第1 代“太陽神”無法穿透黑夜和濃云，為此，歐洲又研制了第2 代“太陽神”。2004 年12 月18 日，首顆第2 代“太陽神”光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“太陽神-2A”由阿里安-5 火箭發(fā)射升空，衛(wèi)星采用更先進(jìn)的斯波特-5 衛(wèi)星平臺(tái)，重4.2 噸，功耗3 千瓦，每天繞地球14 圈，可拍攝100 幅圖片，用X 和S 頻段傳輸圖像數(shù)據(jù)，分辨率提高到0.5 米，設(shè)計(jì)壽命5 年。

▲ 2020 年12 月29 日，“光學(xué)空間組件-2”發(fā)射升空

“太陽神-2A”攜帶1 臺(tái)分辨率達(dá)0.5 米的全色CCD 相機(jī)、1 臺(tái)高分辨率紅外相機(jī)和1 臺(tái)中分辨率寬視場全色CCD 相機(jī)，還裝有固態(tài)數(shù)據(jù)記錄儀和用以改進(jìn)數(shù)據(jù)處理、提高存取速度及增強(qiáng)與其他成像系統(tǒng)相互工作能力的相關(guān)硬件。由于增加了紅外相機(jī)，使衛(wèi)星具備晝夜偵察、偽裝識(shí)別、導(dǎo)彈發(fā)射監(jiān)視和核爆炸探測的能力，同時(shí)它也支持目標(biāo)定位、制導(dǎo)、任務(wù)計(jì)劃和戰(zhàn)斗損傷評(píng)估。另外，“太陽神-2A”在姿態(tài)控制系統(tǒng)方面有較大改進(jìn)，姿態(tài)控制精度大幅提高，并具備姿態(tài)機(jī)動(dòng)成像能力。

2009 年12 日18 日，“太陽神-2B”發(fā)射升空，進(jìn)入高681 千米的太陽同步軌道，進(jìn)一步加強(qiáng)了空中監(jiān)測能力，可每日監(jiān)視全球狀況。

▲ 技術(shù)人員對(duì)“太陽神-2A”進(jìn)行檢測

▲ “太陽神-2B”在軌示意圖

新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

2018 年12 月19 日，“光學(xué)空間組件-1”衛(wèi)星升空，標(biāo)志著法國新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星開始部署。衛(wèi)星運(yùn)行在高800 千米的軌道，分辨率達(dá)到0.35 米，旨在提供較寬覆蓋和戰(zhàn)區(qū)快速重訪能力，滿足法國和歐洲的國防情報(bào)需求。

此次發(fā)射的“光學(xué)空間組件-2”衛(wèi)星運(yùn)行在較低的480 千米軌道，分辨率高達(dá)0.2 米，可以多種觀察模式提供可見光和紅外圖像，適于進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和輔助分析決策。

計(jì)劃于2022 年發(fā)射的“光學(xué)空間組件-3”擬部署在800 千米軌道上，著重提高重訪能力。

“光學(xué)空間組件”由空客防務(wù)、航天公司和泰雷茲·阿萊尼亞空間公司承造，空客防務(wù)是衛(wèi)星總承包商，提供“天體衛(wèi)星-1000”平臺(tái)和航電設(shè)備，并負(fù)責(zé)總裝測試和交付，泰雷茲·阿萊尼亞空間公司提供高分辨率光學(xué)儀器。此外，由法國航天局設(shè)計(jì)衛(wèi)星系統(tǒng)架構(gòu)，負(fù)責(zé)監(jiān)管衛(wèi)星空間段和地面段，及衛(wèi)星定位、在軌檢查和操作。法國國防采辦局負(fù)責(zé)監(jiān)督用戶地面段的建設(shè)和維護(hù)，提供衛(wèi)星和用戶間的接口。

▲ 整流罩內(nèi)的“光學(xué)空間組件-1”

▲ 組裝完畢的“宇宙-地中海”雷達(dá)成像衛(wèi)星

3 顆“光學(xué)空間組件”的設(shè)計(jì)基本相似，發(fā)射質(zhì)量都是3.5 噸，具備可見光和紅外波段的高清成像能力，設(shè)計(jì)壽命10 年。

“光學(xué)空間組件”有較強(qiáng)的自主軌道控制能力，可精確保持軌道位置，同時(shí)還具有靈活的指向功能，允許快速轉(zhuǎn)向，可為三維立體監(jiān)視產(chǎn)品提供不同視角的視圖。

▲ 兩顆“光學(xué)空間組件”在軌示意圖

法國國家空間研究中心從法國圖盧茲的一個(gè)中心對(duì)“光學(xué)空間組件”進(jìn)行控制，法國軍方在法國克里爾的一個(gè)空軍基地接收衛(wèi)星圖像。此外，由于對(duì)地面站進(jìn)行了優(yōu)化，“光學(xué)空間組件”圖像下傳時(shí)間從“太陽神-2”的6 小時(shí)提高到90 分鐘。

“光學(xué)空間組件”也是歐洲聯(lián)合發(fā)展的“多國天基成像系統(tǒng)”中的重要組成部分。2006 年12 月，法國、德國、意大利、比利時(shí)、西班牙開展了“多國天基成像系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)和可行性研究，并在2009 年歐洲防務(wù)局指導(dǎo)委員會(huì)上正式通過了這一項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在推進(jìn)歐洲一體化軍用對(duì)地觀測衛(wèi)星體系建設(shè)，滿足各國在安全防務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

“多國天基成像系統(tǒng)”主要由法國、意大利和德國聯(lián)合打造，法國負(fù)責(zé)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，德國和意大利主要發(fā)展雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，并通過多國間的共享協(xié)議來換取各自不具備的情報(bào)數(shù)據(jù)。

逐步完善衛(wèi)星偵察體系

2001 年，法國和意大利決定聯(lián)合研制一個(gè)價(jià)值10 億美元的軍民兩用成像衛(wèi)星系統(tǒng)——“光學(xué)和雷達(dá)聯(lián)合地球觀測系統(tǒng)”，包括2 顆法國的“昴宿星”高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星和4 顆意大利的“宇宙-地中海”高分辨率雷達(dá)成像衛(wèi)星，衛(wèi)星的圖像產(chǎn)品由兩國共享。

▲ “昴宿星”星座

2011 年12 月17 日、2012 年12月1 日，法國昴宿星-1A、1B 軍民兩用光學(xué)成像衛(wèi)星先后上天，每顆衛(wèi)星重約970 千克，分辨率0.7 米，兩星以180 度相位等間隔運(yùn)行在高694 千米、傾角98.2 度的太陽同步軌道，軌道重復(fù)周期26 天，設(shè)計(jì)壽命5 年。主要為歐洲軍方和國際商用客戶提供服務(wù)，軍事應(yīng)用由法國國防部負(fù)責(zé)，民用和商業(yè)應(yīng)用由斯波特圖像公司負(fù)責(zé)，與“斯波特”系列衛(wèi)星相互補(bǔ)充。

在升級(jí)換代低軌光學(xué)衛(wèi)星的同時(shí)，法國也在推進(jìn)建設(shè)由低軌、橢圓軌道和地球靜止軌道構(gòu)成的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星體系。其中，低軌光學(xué)成像衛(wèi)星主要由“光學(xué)空間組件”星座和新一代“昴宿星”星座組成。后者為四星組網(wǎng)體制，由空客公司研制，每顆衛(wèi)星每天可拍攝50萬平方千米的影像數(shù)據(jù)，分辨率達(dá)0.3米。星座采用先進(jìn)的激光通信技術(shù)，可直接連接“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”。該系統(tǒng)又名“太空數(shù)據(jù)高速公路”，通信帶寬達(dá)每秒1.8 吉比特，可實(shí)現(xiàn)每天40太字節(jié)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，確保該星座具有最快反應(yīng)速率、最低響應(yīng)延遲和高容量數(shù)據(jù)傳輸能力。與現(xiàn)有“昴宿星”星座相比，該星座每天的重訪次數(shù)是其2 倍，重新規(guī)劃任務(wù)的速度是其6 倍。

法國橢圓軌道光學(xué)成像衛(wèi)星項(xiàng)目是HRT 衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星的突出特點(diǎn)是在軌道高度6353 千米的遠(yuǎn)地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)1米空間分辨率和50 千米幅寬的高分辨率觀測能力，持續(xù)觀測時(shí)間達(dá)到45 分鐘。橢圓軌道衛(wèi)星的優(yōu)勢是在遠(yuǎn)地點(diǎn)弧段駐留目標(biāo)上空的時(shí)間較長，可在近一半的軌道范圍內(nèi)觀測感興趣的地區(qū)。

法國還將發(fā)展地球靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星，但技術(shù)難度高、體積大、質(zhì)量大，且成本高昂。空客公司提出了靜止軌道空間監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星的應(yīng)用前景，并初步具備研制能力。該衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量8.84 噸，分辨率3 米，幅寬100 千米，能夠持續(xù)覆蓋南北緯50°范圍內(nèi)的區(qū)域，具有移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視能力，設(shè)計(jì)壽命達(dá)15 年。

總之，太空力量正在現(xiàn)代軍事中發(fā)揮著越來越重要的作用，逐漸成為維護(hù)國家安全和建立軍事優(yōu)勢的重要領(lǐng)域。由于法國具有較強(qiáng)的航天能力，同時(shí)作為一個(gè)有長期獨(dú)立自主傳統(tǒng)的歐洲大國，十分希望加強(qiáng)自身在太空的戰(zhàn)略地位和軍事能力，而構(gòu)建完善衛(wèi)星偵察體系就是其中的重要一環(huán)。★