太空鹰眼-SBIRS与STSS

太空鹰眼 SBIRS 与 STSS 作为侦察和导弹防御体系的一部分 美国的天基红外预警系统 有着悠久的历史 目前的预警卫星系统是第三代国防支援计划系统 目前的 DSP 星座由 4 颗工作性和 1 颗备用星组成 运行在地球静 止轨道上 具备变轨到大椭圆轨道的能力以实现对高纬度地区的有 效监测 现在使用的天基预警系统卫星 DSP Phase III 由于 DSP 卫星设计之初是为了探测远程和洲际弹道导弹 对于 中短程弹道导弹的探测能力不足 此外 DSP 卫星不能穿透云层 滤波和跟踪能力不足 整个系统尤其是地面站的信息融合能力远远 不足以满足新时期弹道导弹防御预警的要求 为了完善预警探测能 力 美国国防部启动了天基红外系统 SBIRS 以取代 DSP 系统提供 导弹预警等功能 同时为了实现对弹道中段目标的探测识别 增加 了继承自星球大战亮眼 Brilliant Eyes 低轨道星座 由此形成了 SBIRS High 和 SBIRS Low 的高低轨道复合型星座配置 SBIRS 的早期规划里 计划高轨道部分配置 4 颗静止轨道卫星和 2 颗高 椭圆轨道卫星 主要用于探测和跟踪助推段的弹道导弹 低轨道部 分配置约 24 颗卫星 轨道高度约 1600 公里 用于捕获 跟踪飞 行中段的弹道导弹 分辨诱饵和弹头 为拦截器提供目标精确定位 SBIRS High 和 STSS STSS 可以做到全程跟踪探测 2001 年 随着 SBIRS Low 系统由美国空军移交给弹道导弹防 御局 系统改称太空跟踪与监视系统 STSS 现在所称的 SBIRS 系统一般特指原有的 SBIRS High 红外传感器采用双探测器方案 每颗高轨道卫星安装一台宽视场的高速扫描探测器和窄视场凝视跟 踪探测器 通过两者的结合 使 SBIRS 卫星的扫描速度和灵敏度 远远高于 DSP 卫星 同时覆盖面积也大得多 高轨道卫星之间本 身不进行通信 不过可以和低轨道进行相互通信以做到接力跟踪 STSS 卫星分布在三个不同平面的太阳同步轨道上 这些低轨道卫 星装备了宽视场扫描探测器和窄视场凝视多光谱探测器 宽视场扫 描探测器可以捕获地平线以下弹道导弹的尾焰 以尽快完成高轨道 卫星转交的跟踪工作 窄视场多光谱探测器具有中长波和可见光探 测能力 能锁定目标并对整个弹道中段和再入段进行跟踪 利用极 为灵敏的多光谱探测器 STSS 可以实现对助推器燃尽后母舱弹头 等冷目标的探测 在杂波和噪声中跟踪弹头分离并具有分辨弹头 弹头母舱 轻重光学雷达诱饵的能力 STSS 系统对弹道导弹弹头 的精确定位 是通过 4 颗 STSS 卫星同时探测到并跟踪为前提 具 有很高的定位精度 对于远程和洲际导弹 通过 SBIRS 和 STSS 的 配合探测 可以在助推段 上升段 中段和再入段实现对弹道导弹 的全程探测与跟踪 通过精确定位为拦截导弹提供坐标 在来袭导 弹进入陆基海基雷达探测范围前发射 实现多层拦截提高拦截成功 率 测试中的 SBIRS HEO 卫星 按现有的合同 SBIRS 系统包括 4 颗高椭圆轨道 HEO 卫星和 5 颗静止轨道 GEO 卫星 SBIRS GEO 卫星采用洛克希德公司的 A2100 卫星平台 12 年设计寿命 卫星平台使用三轴稳定 电源 功率约 2800 瓦 重量约 4500 千克 作为有效载荷红外传感器重 量约 450 千克 自 1996 年美国国防部批准天基红外高轨道系统 计划以来 SBIRS 进度不断拖延 原定 SBIRS GEO 首颗卫星于 2004 年发射 但 2002 年调整合同拖延到 2006 年发射 2004 年 部署时间再次延后发射再次延期 推迟到 2007 年 最后发射又推 迟到 2011 年 结果导致经费严重超支 所需预算倍增 从 1996 年合同的 21 亿美元增加到 75 亿美元 热真空测试中的 SBIRS GEO 卫星 因为 SBIRS 计划一直存在问题 美国国防部 2006 年开始实施 一套并行计划 即 替代性红外卫星系统 AIRSS 这个计划旨 确保即使 SBIRS 研制失败 仍能确保美国拥有可靠的导弹预警与 防御能力 也可能作为廉价的 SBIRS 高轨卫星系统的替代品 相 对而言 高椭圆卫星的进度要顺利得多 SBIRS HEO 1 和 HEO 2 已经于 2006 年和 2008 年发射升空 HEO 3 和 HEO 4 也将在未 来陆续发射 SBIRS HEO 性能令人满意 这是 SBIRS HEO 2 于 2009 年 6 月 11 日拍摄的 Delta II 7920H 轨迹 美国空军和洛克希德马丁公司宣布 HEO 1 和 HEO 2 有效载荷 的性能甚至超过了预计指标 这对进度拖延经费超支之下困难重重 的 SBIRS 系统来说是个不错的好消息 不过 SBIRS GEO 轨道的卫 星继续拖延 甚至可能无法在 2011 年顺利发射交付使用 STSS 系统包括 24 颗小型卫星 重量约 1000 千克 其数据链 支持卫星间 60g 通信和卫星地面间 40 20g 通信 STSS 的灵敏度 远高于现有系统 这对研制工作提出了很高的挑战 所以整个计划 一直受到经费超支的困扰不足为奇 1999 年美国空军把低轨道卫 星部署时间推到到 2006 年 由于所用技术风险太大 评估试验进 度大大拖延 总投入可能从 2000 年初估计的 106 亿美元增加到 230 亿美元以致更多 原定计划的 2006 年首次发射 也推迟到 2008 年 最后 2009 年 9 月发射头两颗卫星 低轨道的 STSS 卫星 计划部署 24 颗 实现 24X7 时间全球范 围全程弹道跟踪探测能力 尽管 SBIRS 和 STSS 存在诸多问题 研制过程也不顺利 但是 作为新一代天基预警系统却是弹道导弹防御体系的基石 以防御洲 际弹道导弹来说 SBIRS 卫星比现有的 DSP 卫星敏感得多 可以 可以透过云层监视 在导弹一点火发射即可探测到 同时探测范围 也有质的增强 SBIRS 采用的扫描探测器采用一维阵列对地球南北 半球进行扫描 探测到强红外辐射后交由 24000 单元的凝视焦平 面阵列进行二维跟踪 以 APS 报告设定的 7 公里云层高度为例 由于可以穿透云层探测 对于固体洲际弹道 探测时间可以提前 30 秒 对于液体洲际导弹则提前 45 秒 STSS 卫星尽管采用较为 廉价的小卫星平台 但是红外传感器的性能也十分出色 以作为试 验的中段空间实验 MSX 搭载的设备为例 宽视场短红外探测器波 段在 1 3 微米之间 口径在 50 厘米以上 中长波红外探测器波 段在 4 16 微米之间 口径在 50 厘米以上 可见光探测器波段在 0 3 0 7 微米之间 口径超过 20 厘米 根据瑞利公式 短红外探 测器对于 1500 公里外的目标仍然具有 3 米左右的分辨能力 可以 有效识别导弹尾焰 不过同样根据瑞利公式 中长波红外探测器在 1000 公里外对目标分辨能力已经大于 10 米 无法对 2 米左右尺 寸的弹头进行成像 不过探测距离要远得多 对于 300K 温度的典 型目标 中长波红外探测器具有高达 30000 公里的理论探测距离 即使降温到 200K 温度 也有高达 7000 公里的理论探测距离 诺斯罗普官方介绍 STSS 卫星分辨母舱 弹头 诱饵的想象图 STSS 对应于传统天基红外预警系统的特色在于对飞行弹道中段 的跟踪 并能分辨弹头与诱饵 由于无论是弹头 诱饵还是母舱在 STSS 的探测器上都是点状目标 因此 STSS 卫星是通过光谱等信 息来进行识别的 其主要特征有以下几个 由于工艺的不同 诱 饵和弹头的温度特征会有较大差异 STSS 凝视阵探测器通过多个 波段检测温度差异进行区分 由于质量的不同 因此弹头和诱饵热 容量不同 导致其温度变化率不同 STSS 的探测器可以通过多波 段探测器连续观测目标温度变化 计算变化率以区分真伪目标 弹 头和诱饵表面材料的不同 导致发射率不同 通过分析辐射谱分布 特征可以区分材料不同 此外确定目标温度后 和目标红外发射率 后 可以确定目标的表面积 由此间接推算目标大小 区分弹头和 碎片 通过这些方法 配合灵敏的探测器 STSS 不仅可以探测跟 踪弹道中段的冷目标 还可以区分目标和诱饵 引导拦截器进行拦 截 STSS 全程跟踪探测示意图 DSP 将被更强大的 SBIRS GEO 卫星代替 当然 天基红外预警系统不是万能的 目前还无法取代陆基海 基大功率雷达的作用 但是没有 SBIRS 和 STSS 的导弹防御系统 由于地面雷达存在盲区 探测距离有限 更无法在第一时间探测到 弹道导弹的发射 其作战效能将急剧下降 说失去中段拦截能力也 不为过 可以说 SBIRS 和 STSS 系统是弹道导弹系统中当之无愧 的力量倍增器 随着今后 SBIRS 和 STSS 的逐步建成 美国弹道导 弹防御系统的作战效能将提升到一个前所未有的高度 2010 年 1 月 11 日晚 8 点 58 分 根据新华社正式发布的新闻 中国 11 日在境内进行了一次陆基中段反导拦截技术试验 试验达 到了预期目的 这是中国国家弹道导弹防御系统的第一次反导测试 此前在 2007 年 1 月 11 日我国反卫星试验公开后 根据美国报道 我国在 2005 年 7 月 7 日和 2006 年 2 月 6 日分别进行了两次拦截 测试 根据相关公开信息分析 这四次试验均属于国家弹道导弹防 御系统的测试 经历多次测试后 我国的陆基中段反导拦截弹已经 追上了美国 10 年前的水平 但这并不意味着我们能有美国 10 年 的导弹防御水平 其中的关键就在于我国缺乏天基预警能力 在发展陆基中段反导拦截弹的同时 预警系统作为陆基中段反 导能力必不可少的部分也进行了大量的开发工作 目前我国弹道导 弹防御系统测试 仍然只能使用大型 X 波段陆基远程预警雷达 这对测试的时间和地点都有很多限制 更重要的是 和美国拥有优 越的地缘政治形势不同 我国缺少海外基地部署 X 波段预警雷达 美国拥有北极阿拉斯加这种任何敌方陆基弹道导