美军成像侦察卫星的未来发展

徐　鹏

美国高分辨率的“锁眼－12”光学侦察卫星和“长曲棍球”雷达侦察卫星，分别于1992年和1988年开始服役，此后推出的“未来成像体系结构”和“空间雷达”军用成像侦察卫星升级计划.都因技术.经费与进度等问题而被迫中止。为避免侦察卫星覆盖范围出现空白.美国奥巴马政府推出了名为“下一代光电系统”的新的光学侦察卫星计划.该计划还有待国会的批准.而新的雷达侦察卫星计划还处于酝酿当中。为巩固美国一直以来在成像侦察领域占据的领先地位.其未来军用成像侦察卫星如何发展已引起了普遍关注。

世界领先的在轨卫星

美国目前有3种类型的成像侦察卫星在轨.共计6颗，分别为：3颗“锁眼-12”(KH－12)卫星.编号分别是uSA－186.USA-161和USA－116；2颗“长曲棍球”(Lacrosse)卫星.编号分别是USA－1 82和USA-152；1颗“增强型成像系统”(EIS)卫星.又称8X卫星.编号为USA－144。这些侦察卫星协同工作.可以有效地对关注地区进行侦察与监视.并在几次局部战争的侦察监视和战时打击效果评估中发挥了重要的作用。

KH－12卫星又称改进型KH-11卫星.从1992年起累计发射5颗。KH－12卫星直径3.8米，长15米.重约10吨(燃料约为5～7吨).单星造价约10亿美元。KH-12卫星可见光分辨率为0.1～0.15米.红外分辨率为0.6～1米。KH－12卫星一天可飞越目标区域两次.具有侧摆成像功能.能对飞行轨迹东西两侧区域成像。

“长曲棍球”卫星从1988年起累计发射5颗.重14.5吨.单星造价约10亿美元。星载合成孔径雷达(SAR)成像分辨率为0.3～1米.具有对星下点东西两侧成像的功能。SAR卫星具有穿破云雾的侦察能力，既可弥补可见光侦察的不足.又可提高时间分辨率。

8x卫星同时载有光学侦察相机和合成孔径雷达.仅在1999年5月发射一颗。8X卫星单星造价约15亿美元.运行轨道与其他成像侦察卫星不同.采用高度800千米、倾角63.4°的圆轨道。此外.美国政府还购买高分辨率商业成像卫星的图像.作为天基侦察能力的补充。目前在轨的高分辨率商业成像卫星有4颗，其中2008年9月发射的“地球眼-1”卫星成像分辨率达到0.41米。

美国的成像侦察卫星是国家情报资产.由国家侦察局(NRO)负责研制.主要面向国家情报部门的需求，可提供敏感地区重要军事目标的高分辨率照片.但是成像幅宽较窄.被形容为“用麦管看地球”.无法满足现代战争对战场进行连续且实时的侦察与监视的需求.特别是缺乏广域战场侦察与监视能力和移动目标指示能力。为此美国提出研制“未来成像体系结构”(FIA)卫星。

几度夭折的升级计划

为了解决海湾战争中暴露出的侦察卫星广域侦察能力差的问题.NRO提出了两种解决方案：一是将成像卫星发射到更高的轨道，好处是提高目标的持续覆盖时间，缺点是延长了卫星重访周期.8X卫星就是这种解决方案的尝试。但是8X在“锁眼”卫星的基础上增加雷达成像能力，还是没有改变单星造价昂贵而无法批量部署的困境；二是降低单个卫星的成本与质量.建立低轨卫星星座.正是在这种设想下.NRo在1997年提出了FIA计划。

FIA计划发展由体积小.重量轻、功能强、成本低的10—12颗卫星组成的侦察卫星星座。FIA卫星重约6500千克.采用太阳同步轨道.提供可见光，近红外光学成像和合成孔径雷达成像能力。FIA卫星星座将使卫星在目标区域上空驻留时间更长、视场更广，不仅将极大缩短重访周期.还将使单位时间内生成的图像数据量达到现役系统的8～20倍。1999年9月.波音公司击败长期承担侦察卫星研制的洛克希德·马丁公司.成为FIA计划的主承包商。但是，FIA计划提出的覆盖范围，地面分辨率和定位精度等技术指标.严重超出了波音公司的技术开发能力，FIA计划面临技术与资金的严峻挑战.于2005年被迫终止。FIA计划的终止对美国军用成像卫星升级换代的影响是巨大的.因为一旦在轨的“锁眼”卫星和“长曲棍球”卫星数量减少或提前退役.美国将面临侦察卫星覆盖范围出现空白的困境。

在NRO发展FlA计划的同时.美国国防高级研究计划局(DARPA)在1997年提出“监视、目标指示和侦察卫星”(Starlite)计划，即小型雷达成像卫星星座方案。该计划一经提出.就得到了美国国防部的支持。面对如何平衡FIA计划和Starlite计划之间发展目标的矛盾.美国国防科学委员会在1998年1月出台评估报告建议：首先.应按照进度安排实施FIA计划；其次.Starlite计划发展的能力——全天时全天候、广域侦察、动目标指示等——对于军事作战极为重要.应启动预先研究。

1998年4月.starlite计划得以立项.被更名为“发现者-2”计划。“发现者－2”卫星星座计划采用24颗卫星.平均部署在8个轨道平面.轨道高度为770千米.倾角53°.覆盖南北纬65°之间的区域.在90％的情况下能在15分钟内完成战场指挥官的侦察需求并传输侦察图像。当星座扩展到37颖卫星时.重访时间为8分钟；当星座扩展到48颗卫星时.重访时间为5分钟。“发现者－2”计划将具备地面移动目标指示(GMTI)能力.以3米的目标定位误差探测以2.4—107.4千米，小时移动的目标。2000年.由于“发现者-2”计划的军事需求不明确.加上FIA计划严重超支，预算增涨1倍，国会终止了“发现者-2”计划。

2001年.美空军在“发现者－2”计划的基础上提出“天基雷达”(SBR，SpaceBased

Radar)计划.以提供面移动目标指示(SMTI)能力、SAR成像能力.高分辨率地形信息(HRTI)。2003年.该项目正式启动，2005年更名为“空间雷达”(SR，Space

Radar)计划。“空间雷达”计划采用21颗低轨卫星组成星座.可提供几乎全天时的目标区域覆盖能力。“空间雷达”一期计划建造由9颗卫星组成星座.可实现对目标65％的持续覆盖。“空间雷达”计划自提出后.预算就被一再削减，2005财年申请3.27亿美元.批准7380万美元；2006财年申请2.26亿美元，批准9830万美元；2007财年申请2.66亿美元.批准1.86亿美元。“空间雷达”计划自实施以来.其5项关键技术均未成熟.包括：先进的数模转换器、综合无线电频率总线、低轨激光通信终端、移动面目标指示处理算法、广域海洋监视处理算法。最终.“空间雷达”计划也因技术与资金的问题.在2008年初被美国防部终止。

“未来成像体系结构”和“空间雷达”这两项军用成像卫星升级计划.均实施多年后被终止，其原因是多方面的。美国

国会总审计局(GAO)多次出台评估报告指出重大航天采办项目存在很大问题：

一是需求不定.受“星球大战”计划雄心勃勃的进取精神和海湾战争取得压倒性胜利的乐观情绪的双重影响.美国在新的军事航天计划上过度追求系统能力全面和技术指标先进。特别是军用成像卫星升级计划，由于多部门参与.始终兼顾着广域战场侦察(国防部)和特定目标详查(国家侦察局).能力需求上存在矛盾.造成项目在启动时需求不定。同时.在建立空天一体化的情报、监视与侦察体系中.没有认真分析“空间雷达”计划能力建设的重复问题.如E－8“联合监视目标攻击雷达系统”(JSTARS)和“全球鹰”无人机作用的发挥。最终.由于军方无法说服国会建设庞大的侦察卫星星座需求的必要性而导致计划失败。

二是技术成熟度低和低估采办费用。FIA计划和SR计划均是在技术成熟度水平较低的情况下就开始了，并且对克服技术困难过于乐观。同时.军方为快速启动项目.对承包商没有进行足够的监督.承包商在投标时提供不切实际的低费用估算.造成预算增加和进度延迟。

仍不明朗的发展前景

继FIA计划之后.美军方在2007年推出了“广域天基图像收集者”(BASIC)计划。首先.增加购买商业卫星图像的数量。目前，美国军方与数字地球公司和地球眼公司已达成4颗成像卫星的图像购买合同.总价值达10亿美元。数字地球公司于2007年9月发射了分辨率为0.46米的“世界观测－1”商业成像卫星.并计划在2009年发射同样分辨率的“世界观测－2”卫星。“地球眼”公司于2008年9月发射了分辨率为0.41米的“地球眼-1商业成像卫星.并计划在2011年发射分辨率为0.25米的“地球眼－2”卫星。其次.购买和发射改型的商业成像卫星。在2014年前后.国家侦察局将购买和发射1～2颗按照国防部和国家情报局的需求改型的商业成像卫星。最后.研制新的侦察卫星。国家侦察局将在2018年发射新研制的BlockⅡ侦察卫星，其性能指标以后确定。预计BASIc计划总费用将达20～40亿美元。但是，受到美国政府换届的影响.美国国会参众两院防务拨款委员会一致决定取消为BASIc计划申请的预算和已安排的经费.美国未来发展何种侦察卫星将由下届政府来决定。

2009年4月.美国新任总统奥巴马批准了名为“下一代光电系统”的新的侦察卫星计划.亦称“2＋2”计划.即制造2颗大型先进秘密侦察卫星；增加购买商业卫星图像数量.其金额之大足以使运营公司制造与发射2颗新的商业成像卫星。可以看出.该计划实际上基本承袭了BASIC计划的主要内容.走继续研制功能更强大的高分辨率系统和购买商业卫星图片相结合的发展道路。

值得关注的是.“2＋2”计划的经费主要来源于国家侦察局.而国防部仍然关注发展广域侦察能力。在“空间雷达”计划失败后.为及时响应战场指挥官的军事侦察需求.国防部开始着手“战术星”的研发。“战术星”的概念是在“作战响应空间”(ORS)计划下提出的.ORS计划的主要目的是快速、经济地将载荷送入空间，为战役与战术军事行动提供近实时的空间服务。2006年12月.美军成功发射“战术星－2”(TacSat－2).星上载有直径为0.5米的高分辨率成像仪.试验为战区提供战术级分辨率图像的能力。2009年5月.美军成功发射“战术星－3”.星上载有“先进及时响应型战术有效军用超光谱成像仪”(ARTEMIS).对接受战区司令指令、采集处理图像和分发给作战人员的能力进行了演示验证。从ORS计划的近期发展来看.其重点是探索成像侦察战术小卫星未来的战场应用能力。

美军转型办公室将ORS计划作为军事航天能力转型的关键.予以高度重视。美国国防部在2007年成立ORS联合办公室，并制定ORS计划.加速推进ORS能力建设。不过，ORS的应用效果与效费比问题还有待深入研究。美国总审计局就建议国防部.应将发展的ORS能力纳入到现有的情报.监视与侦察(ISR)体系中。美国分析文章也认为依靠战术星发展及时响应的侦察能力.同样需要发展持久覆盖的低轨星座.其效费比并不高。但是.战术星概念的提出，无疑为在战争时期解决广域侦察能力不足的问题提供了一条新思路。

从美国军用成像卫星升级计划的发展来看.完全依靠天基系统提供既满足情报需求又满足战场广域侦察需求的全球持久覆盖的侦察与监视能力.在技术和经费上都是难以承受的。在和平时期.天基侦察的重点依然是对敏感军事地区的高分辨率覆盖：在战争时期.一方面需要从体制上解决现有侦察资源的快速有效的战场利用问题.另一方面也要发展创新的侦察系统.如“战术星”.甚至是临近空间平台和无人侦察机.来弥补天基侦察能力的不足。

天基系统在空天一体的情报.监视与侦察体系中具有重要地位.美国国家情报部门和国防部军事航天部门在军用侦察卫星未来的发展上.因过分强调各自需求.很难达成一致。为改变这种局面.美国国会授权成立新的空间委员会.建议取消国家侦察局和美空军的空间系统与导弹中心，成立国家安全空间办公室，以协调和监督美军方和情报界的航天采办工作。虽然该委员会的建议还有待政府审议通过并批准，但是这一建议表明美国政府已开始高度关注当前军用侦察卫星发展多头管理的局面。