美国天基空间监视(SBSS)卫星的发展和作用

2015-09-18
来源:网络

摘要:经过50多年的发展,美国建立了部署在全球多个地点,由30多部探测雷达、跟踪雷达、成像雷达、光学望远镜以及无源射频信号探测器组成的地基空间监视网,可以编目管理大部分空间目标。但总体而言,美国地基空间目标监视系统还不能充分满足美军空间态势感知和空间对抗的军事需求:一是还有覆盖盲区,二是地基观测设备受到天气、大气环境的影响较大,容易发生观测误差。

       据跟踪观察,美空军空间司令部司令威廉谢尔顿非常重视该项目(SBSS)项目发展,在美国国防预算中SBSS项目是排在最前列的,由此可看出该项目在美国国防建设中的地位。美国空军曾经在2012年宣布计划2015年授予SBSS后补卫星的合同,于2020年完成发射来完善美国的太空优势。

天基空间监视系统的发展则有效地弥补了上述缺点。在不同轨道上部署空间目标监视卫星、多颗卫星进行组网、天基系统与地基空间目标监视系统相联合等措施,将有效地减少对空间目标的观测盲区。尽管天基空间监视系统受发射限制,不能携带大型的观测设备,但因在轨道上可以近距离观测某些目标航天器,因而其观测精度并没有下降。相反,因在外太空没有大气遮挡,光学探测设备的能见性比地基设备的效果相对要好一些。特别是对地球同步轨道这样拥有约3.6万公里高度的高轨卫星目标,天基空间监视系统比地基系统有更好的探测效果。

为了配合导弹的精确打击,完善地面系统的缺陷,美国于1996年发射了中段空间试验卫星MSX)。MSX上搭载的主要设备有:空间红外成像望远镜(SPIRIT Ⅲ)、紫外和可见光照相机和天基可见光传感器,主要任务是对导弹中段的发现和跟踪,进行导弹中段预警。该项目1997年完成技术验证,并开始将项目和技术融入到空间目标监视系统中,1998年正式运行,2008年退出使用。MSX验证了新一代导弹预警和防御所用探测器技术,收集和统计了有价值的背景和目标数据,其成熟技术都将转换到新一代天基空间监视系统上。

2002年美国在已有MSX的基础上迅速开始天基监视系统的研制工作。美国计划发射多颗天基监视系统卫星组成星座,提供及时的太空态势感知能力,满足未来争夺制天权行动的需要。2002年美军提出转型路线图,同年9月《美国国家安全战略》指出保护卫星及其空间能力是确保美国向全球快速部署军事力量的关键所在,提出美国必须拥有空间态势感知能力,同时强调空间态势感知是最优先发展的能力。2007年中国的反卫星试验和2009年美俄卫星碰撞事件,都为美军加强空间态势感知能力提供了依据,成为推进SBSS系统发展的驱动力。

除上述大型的天基空间监视系统以外,美国空军还积极研制微小卫星,让其成为空间监视力量的重要组成部分。微小卫星成本低、研制周期短,可以在战时或紧急时刻及时发射,并且可以由多颗航天器组成星座或进行编队,完成对重点目标的及时准确跟踪监测。目前美国可能用于空间目标监视的微小卫星项目主要有“近场自主评估防御钠星” (ANGELS)计划、“空间试验卫星”(XSS)计划和“小型轨道碎片探测、捕获与跟踪”(SODDAT)计划。此外,美国空军研制的“天基红外系统” (SBIRS)和“空间跟踪与监视系统”(STSS)卫星尽管都是为实现导弹防御而研制的系统,但也具有很强的天基空间监视能力。

由于SBSS在太空监视系统中具有无可替代的作用,美国人评价说它具有太空态势感知的军事革命。SBSS系统将为美国空军及时探测新发射的卫星,在近地轨道到同步轨道的广阔空间搜索失效和未知的卫星,利用更高效的太空光学传感器探测跟踪更小的轨道碎片,维护空间目标的编目,它可以提供全时段和接近实时的太空态势感知数据。SBSS系统的投入使用,将极大的提升美国空军的太空态势感知能力,强化美国的太空优势,帮衬美国在军事领域上打击全球提供有力支撑。

从广义上而言,空间的物体都是空间态势感知的对象,如暂时经过太空的战略导弹中段、高低轨工作卫星、废弃卫星、空间碎片,以及经过近地空间的小行星和彗星、深空的行星和恒星等。而从狭义上而言,空间目标监视主要应用在空间对抗和空间安全维护上。因此,天基深空探测部分不在空间态势感知的范围内,但在技术实现能力上,近地空间目标监视和天基深空探测有很多相似的地方。

天基空间监视系统与对地侦察卫星的功能有很多相似之处,都是侦察卫星对感兴趣的目标进行观测。不同的是,天基空间监视系统观测目标的特殊性,给天基系统的构建带来更多的挑战。地面目标与对地观测卫星的相对几何关系比较稳定,相对速度也较小。而天基空间监视卫星相对于空间目标的几何关系变化较大,相对速度也较大,最大可以达到15公里/秒。如何在这样的高速条件下对目标进行观测和跟踪,是未来空间监视系统发展中需要解决的关键技术问题。

      SBSS项目旨在建立一套低地球轨道光学遥感卫星星座,拥有较强的轨道观测能力,重复观测周期短,并可全天候观测,可大幅度提高美国深空物体的探测能力。据称,SBSS系统将使美国对地球静止轨道卫星的跟踪能力提高50%,同时美国空间目标编目信息的更新周期由现在的5天左右缩短到2天,从而大大提高美军的空间态势感知能力。SBSS系统发展分两个阶段进行:第一个阶段的目标是研制和部署SBSS系统10单元卫星提供一种过渡的空间监视能力,监视近地轨道物体;第二个阶段将部署由4颗SBSS卫星组成的卫星星座,并将应用更为先进的全球空间监视技术

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作为SBSS前期卫星的后补系统,SBSS Block 10卫星由波音公司空间和情报系统分部研制,是新型空间态势感知项目的一部分,于2013年4月正式运行,定轨于赤道上方36000千米的地球同步轨道上。SBSS Block 10卫星将在2017年左右达到其寿命期限,如果后续卫星不能通过预算请求,意味着空军将可能面临很长一段时间的能力缺口。SBSS Block 10卫星后续项目将提供一颗后继星,以增加空间监视的覆盖率,它是一个关键能力,可在任何气象条件下、全天候地提供地球同步轨道上的实时清晰监控。但迫于财政压力,空军更可能需要寻找替代方法,而不是增加后补卫星。

美空军空间司令部司令威廉谢尔顿称,空军正极力阐明后补卫星的重要性:美国的光学地面站只能夜间运行,而且容易被云层遮盖,而SBSS卫星是获同步轨道实时信息的唯一途径,美国的雷达到达同步轨道时是铅笔状波束,不是较宽的、全面的覆盖。波音公司相关负责人称,SBSS使卫星损失的风险减少了三分之二,SBSS在保护有价值的空间资产上能发挥重大作用。军队的空间项目在预算请求上非常合理,该请求将被公布,并在3月初送往国会。

2011年2月4日,美国五角大楼公布了《美国国家安全太空战略》,该战略中明确提出:“我们将提高我们的情报能力,加强预测性感知、特征描述、预警以及责任归究,更好地监控太空领域内的活动。因此,太空态势感知和基础性情报将继续是最具优先性的事务,因为它们是我们保持了解自然干扰的能力,了解其它行为体能力、活动和意图的关键。”同时,美国还将太空感知能力作为领导和约束其他航天国家的重要手段,“美国是太空态势感知的领导者,可以使用其知识来促进合作化太空感知关系,支持安全的太空活动,并保护美国及盟国的太空能力和活动。”因此,美国不断加大空间态势感知系统的构建,在继续完善、增强地基空间监视系统的同时,加大了天基空间监视系统的建设。

  不难发现,在天基空间目标观测领域,美国仍然是走在前列的领头羊。可以预见,当美国计划的所有天基空间监视系统都完成部署实现实战能力后,太空就俨然成了美国的后花园,太空中所有一举一动都逃不出美国这些天眼的监视,这将大大增加太空乃至地球的安全。然而,这也势必导致美国的技术霸权和政治霸权得到进一步巩固,这又是每一个热爱和平的人不愿意看到的。

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