美国天基红外系统——国家导弹防御系统的核心

□ 乔 风

GEO-1卫星发射升空

天基红外系统简介

美国天基红外系统（space-based infrared system， 简写为SBIRS）是一种未来新式导弹预警和跟踪系统，它将取代已过时的国防支援计划（DSP）卫星，用于探测全世界的导弹发射，跟踪飞行中的敌方导弹，并指引反导武器加以摧毁。早在1991年1月，在当时的美国总统老布什重新审定战略防御启动（SDI）计划后，天基全球防御系统便更名为天基红外系统，其主要功能是导弹预警。在1991年的海湾战争中，美国使用DSP卫星系统进行导弹预警。DSP卫星系统是以洲际导弹入侵预警为主要对象，而在这次战争中，伊拉克使用的飞毛腿导弹是短程战术导弹，DSP卫星系统预警效果不理想。此后，虽然美空军进行过多项技术改进，但由于DSP卫星位于地球静止轨道，要使其地面分辨率大幅度提高是不现实的。天基红外系统计划是新一代导弹预警卫星系统，也是国防支援计划的换代计划，采用不同轨道高度的多颗卫星组成，预警能力大为提高。

天基红外系统于1992年8月获得批准，1995年开始列入财政年度开支，预计执行到2008年完成，但目前该计划的实施进度已经大大拖延。天基红外系统由空间卫星系统和地面控制站两部分组成，空间卫星系统由3种轨道高度的卫星系统组成，即低轨卫星系统（SBIRS—LEO）、高轨卫星系统（SBIRS—HEO）和静止轨道卫星系统（SBIRS—GEO）。低轨卫星系统由“空间和导弹跟踪系统”计划支持，高轨卫星系统由“战区高空区域防御”计划支持。天基系统的工作原理是：借助GEO卫星对发射的导弹进行粗查，由HEO卫星和LEO卫星作定点详查，对导弹进行跟踪，并测出导弹的弹道轨迹参数，进行威胁评估，最终摧毁之。为了天基红外系统的建成，美国还制定了ALERT计划、CB计划和JTAGS（联合战术级地面站）计划。ALERT计划是为提高GEO卫星数据的处理速度服务的；CB计划是为研制高水平红外探测器而设置的；JTAGS计划则是一项为天基红外系统的卫星建造移动式地面站而制定的计划。这样，美国天基红外系统发展计划中至少包括六个计划：低轨卫星计划（SBIRS—LEO）、高轨卫星计划（SBIRS—HEO）、静止轨道卫星计划（SBIRS—GEO）、ALERT计划、CB计划和JTAGS计划，从而成为国家导弹防御系统的核心。

组装中的GEO卫星

SBIRS系统结构图

天基红外系统的组成和特点

天基红外系统将是一个包括多个空间卫星系统和地面设施的综合系统，它由高轨道卫星、低轨道卫星和地面设施组成。

天基红外系统的高轨道卫星：

高轨道卫星包括4颗地球同步轨道卫星（GEO）、2颗大椭圆轨道卫星（HEO）。地球同步轨道卫星（GEO）主要用于探测、发现和跟踪助推上升段的导弹，卫星上带有凝视型和扫描型两种红外探测器。扫描型探测器采用一种小型阵列扫描整个地区以建立整个地区的完整图像，它用于提供快速的全球覆盖。在凝视型探测器中，一个正方形或长方形焦平面阵列连续地观测一个特定的区域以及红外辐射的变化。它用于精确的战区探测和跟踪。扫描型探测器对导弹在发射时所喷出的尾焰进行初始探测，然后将探测信息提供给凝视型探测器，后者进行精确跟踪。它不仅能够确定弹道的方位角还能提供导弹进入其弹道时的速度和高度。大椭圆轨道卫星（HEO）在与赤道平面成大倾角的轨道上运行，它的远地点处于北半球上空，可长期观测北半球的情况，能够探测从北极区域的潜艇上发射的弹道导弹。

天基红外系统的高轨道卫星扫描速度和灵敏度比DSP卫星高得多，而且，它能够穿透大气层和在导弹刚一点火就能探测到其发射，因此对短程导弹发射的探测能力和定位精度比DSP卫星强得多，它可在导弹发射后10~20秒内将警报信息传送给地面部队，定位精度小于1千米，而DSP卫星的精度约3千米。

天基红外系统的低轨道卫星：

天基红外系统的低轨道卫星是该系统的核心部分，是美国“亮眼”系统的后续计划，1994财年“亮眼”系统由美国弹道导弹防御局移交给空军。低轨道卫星的任务主要是提供已发射的导弹弹道中段的精确跟踪和识别，它将在世界范围内跟踪从发射到再入的弹道导弹，并能将引导数据提供给导弹拦截弹。低轨道卫星将与高轨道卫星共同提供全球覆盖能力。

天基红外系统的低轨道部分将由约24颗小型、低轨道、大倾角卫星组成。飞行在多个轨道面上的低轨道卫星将对地工作，以提供立体观测。每对卫星通过60GHz的卫星间链路进行相互通信。每一颗卫星将包括两种探测器，一种是捕获探测器，它是一种宽视野扫描短波红外探测器，用来观测助推阶段的导弹尾焰。一旦搜索探测器锁定了一个目标，信息将传送给另一种探测器——跟踪探测器，后者是一种窄视野、高精度凝视型多色（中波、中长波、长波红外及可见光）探测器，它能锁定一个目标并对整个弹道中段和再入阶段的目标进行跟踪。这些探测器将按从地平线以下到地平线以上的顺序工作，一旦捕获和跟踪目标导弹的尾焰、发热弹体以及再入大气层弹头，卫星上的处理系统将预测出最终的导弹弹道以及弹头的落点，将数据传输给地面反导系统，用于拦截来袭的导弹或弹头。

整个低轨道卫星系统将利用卫星内部的数据链连接在一起，这样，每一个卫星都能与系统中的其它卫星通信。当一个卫星所跟踪的导弹离开它的视线，它可以将目标的位置告知第二个卫星，第二颗卫星将继续跟踪目标并将有关引导信息提供给地面防御系统，在必要的情况下，这种传递可以在整个天基系统的所有卫星中接连进行，直到目标被摧毁或无法再探测到目标。

低轨道卫星系统的特点是：

（1）由于轨道低，低轨道卫星更接近战场，具有更高的分辨率。

（2）能精确、及时地测定敌方导弹发射装置的所在位置，使得地面部队能够在更多的导弹发射前摧毁其发射装置。

（3）能够为反导拦截弹提供超视距制导，使拦截弹能够拦截射程在雷达作用范围之外的导弹，并在远离友军和人口中心的地方击落来袭导弹。这样就能够对来袭导弹进行多次拦截，提高拦截的成功率。

（4）能够精确地引导地面雷达捕获来袭导弹和弹头，使地面雷达在敌方导弹进入其作用范围时才开始工作。这就减少了现代战场常常使用的武器——反辐射导弹的威胁。

（5）在和平时期，低轨道卫星通过搜集导弹的研制、部署、特征和弹道数据等信息来监控全世界的弹道导弹试验。此外，它还可用于监视空间的物体，帮助避免卫星、飞船和空间碎片之间发生碰撞。

低轨道卫星系统的部分参数如下：

该卫星系统由24颗卫星组成，每颗卫星重量要求不超过680千克，发射使用德尔它火箭，每次可发射4颗低轨道卫星。卫星上载有宽视野捕获探测器（SWIR）和窄视野跟踪探测器（MWIR、MLWIR、LWIR和可见光部分），分别用于弹道导弹的探测和跟踪，卫星之间的通讯频率为60Ghz，卫星与地面之间为44/20Ghz，卫星到卫星控制网络为S波段；卫星上装有容量为40安时的镍氢电池，并使用功率为1.5千瓦的太阳能电池板充电。卫星的整体使用寿命大于10年。

GEO卫星效果图

LEO卫星效果图

与火箭头锥进行组合的GEO-1卫星

地面设施：

地面设施包括：美国本土的任务控制站（M C S）、备用地面控制站（BMCS）、防摧毁控制站（SMCS）；海外中继地面站（RGS）、一个应急RGS；多任务移动处理系统（M3P）和相关的通信网络；培训、发射和支持性基础设施。地面设施通过三个阶段来完成，第一阶段将把DSP和对战区的攻击和发射早期报告地面站联合成一个美国本土任务控制站，并使用DSP的卫星数据；第二阶段改进第一阶段的软件和硬件，以满足高轨道卫星以及保留的DSP卫星的所要求的功能。此外，多任务移动处理系统将取代战区内陆军联合战术地面站并满足天基红外系统战略处理的要求。第三阶段将为天基红外系统的低轨道卫星提供所需的功能。目前已建成DSP统一地面站，在此基础上将扩建成MCS地面站，具有接收、处理、控制、通信功能。此外还有外国站，目前有意向国家及地区的有加拿大、日本、韩国、以色列和西欧等。此外，目前已建成DSP联合战术移动地面站，在此基础上将升级接收天基红外系统卫星，从而成为天基红外系统移动地面站。

天基红外系统的作用和意义

据新闻界报道，美国当地时间2011年5月7日下午2点，首枚天基红外系统静地轨道卫星（SBIRS-GEO-1）成功发射升空。发射任务在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地进行，原计划在前一天升空，由于天气原因，发射被推迟。这颗卫星是一颗地球同步卫星，配备有高精度扫描和定位传感器，将提供导弹发射和整个地球的广域监视，由一枚“宇宙神-5”型运载火箭送入太空。这颗卫星将增强美国的导弹预警能力，同时大大提高美国的情报收集能力。

在冷战时期，美国为了对苏联第一次核打击的进攻提供预警，建立了一个由监视站、雷达站和卫星系统组成的巨大监视网。其中一个计划便是国防支援计划（DSP）。这个卫星系统是由地球同步轨道上的红外卫星星座组成，主要任务是探测助推阶段的火箭，并向国家最高指挥当局报告。但是冷战结束后，导弹威胁也发生了很多新的变化。美国认为，虽然来自俄罗斯，或者说来自中国的洲际弹道导弹攻击的可能性仍然存在，但是这些已不是主要的威胁，取而代之的是来自所谓“无赖国家”或者恐怖组织的带有核生化弹头的战区弹道导弹的攻击。因此，需要改进现有的预警系统。美国的“天基红外系统”就是为这个而研制的。它将取代现有的国防支援计划，为美国部队提供更准确、更及时的弹道导弹预警。

“天基红外系统”有四大功能：一是导弹预警，它可以为指挥人员提供更及时、更准确的导弹预警信息；二是导弹防御，它可以跟踪从初始助推阶段一直到飞行中段的导弹目标，有关数据还可以被传送到拦截带；三是技术情报侦察，它可以提供描述导弹特征所需的数据以及其它目标数据；四是作战空间特征的描述，它可以帮助指挥人员评估战斗损伤，并跟踪红外辐射强烈的射线，从而增强战场态势感知。“天基红外系统”将是一个包括多个空间星座和地面设施的综合系统，它是由高轨道卫星、低轨道卫星、地面设施三大部分组成的。高轨道部分将为美国最高指挥当局和作战部门提供全球战区的有关战略和战区导弹发射，以及导弹助推飞行阶段和落点区域的红外数据。

与DSP卫星系统相比，天基红外系统的优越性是非常明显的。它能够精确地引导地面雷达，捕获来袭导弹和弹头，使地面雷达在敌方导弹进入其作用范围时就开始工作。这样，在相当程度上减少了来自反辐射导弹的威胁。而且这个系统也是美国整个国家导弹防御系统的一个核心部分。美国要在21世纪建立全球主导地位，保证军事上的绝对优势。这种绝对优势在相当程度上反映了美国在空间系统的完善。这个系统其实是个大系统。前两年，美国发射了X—37B空天飞机，今年年初又发射了X—47B，从航母起飞、无尾翼的喷气式无人战斗机，这次卫星发射也是个标志性的成果。美国在发展进攻的“矛”的同时，也在打造越来越坚固的“盾”。而导弹防御系统，尤其是发射天基红外系统卫星，就是打造越来越坚固“盾”的一个核心部件。从这个意义上讲，“天基红外系统”为未来21世纪美国在军事上保持绝对优势地位，提供了技术支撑。

准备发射的宇宙神-5火箭