美国DSP 卫星探测能力及对潜射弹道导弹突防产生的影响

李世令，孙东平，李剑博

(1.海军潜艇学院，山东 青岛 266071;2. 92330 部队司令部，山东 青岛 266071)

在现阶段，美国弹道导弹防御系统内现役的预警卫星系统仍然是国防支援计划(DSP)卫星系统［1］，而天基红外系统(SBIRS)正处在研制和发射阶段，尚未构成真正的全球预警能力。从弹道导弹防御系统拦截弹道导弹的整个过程中可以看出，为了提高拦截概率，该系统必须首先通过预警卫星发现弹道导弹，以便为反导系统提供较多的反应时间。所以对于反导系统的拦截概率来说，弹道导弹预警卫星的预警能力起到了至关重要的作用。

1 美国国防支援计划卫星的预警范围

1.1 美国国防支援计划卫星的部署情况

按照设计要求，美国国防支援计划卫星的首要任务是实时地探测和报告导弹和航天器的发射，同时还承担监视核爆炸、监督核试验条约的执行情况和收集其他感兴趣的红外辐射数据的任务［2-3］。美国的国防支援计划卫星属于地球同步轨道静止卫星，即卫星始终处于赤道正上方，轨道面的倾角为零度，而且卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期(23 h 56 min 4 s)，其运转方向也与地球自转方向相一致。这种轨道卫星距离地面的高度大约为3.6 ×104km。国防支援计划卫星系统的在轨卫星一般保持5 颗，其中4 颗为工作星，1 颗为备份星。4 颗工作星的典型定点位置是:西经37°、东经10°、东经69°和西经152°，分别负责对大西洋、欧洲、东半球、印度洋以及太平洋进行观测。国防支援计划卫星的备份星定点于印度洋东部，具体经度是东经152°。当工作星出现故障，或者需要进一步提高探测精度和扩大探测范围时，地面站可以发送指令，调动备份星改变轨道，运行至指定的位置点对目标进行观测。

1.2 美国国防支援计划卫星的预警范围

美国国防支援计划卫星的有效载荷主要是红外望远镜和高分辨率电视摄像机，其星体轴线指向地面，红外望远镜和星体轴线之间的夹角为7.5°。当卫星星体以6(°)/min 的角速度自转时，国防支援计划卫星将对地球表面进行恒定地扫描，其扫描的空间范围构成了一个圆锥体。

当国防支援计划卫星在赤道上空运行时，不妨假设地球为正球体，OB 为地球赤道。那么卫星对北半球的探测范围如图1 所示，它对南半球的观察范围与之相对称。

图1 国防支援计划预警卫星探测范围示意图

当卫星位于赤道的正上方，也就是A 点时，卫星星体轴线与红外线望远镜之间的夹角为∠CAO，其观察范围的最北端位于C 点。由地理纬度的划定方法可知，地心角∠COA 的角度即为C 点的地理纬度。因此，只要根据几何计算公式求出∠COA 的角度就能计算出国防支援计划卫星最北端的观察范围。但是要计算C 的纬度值就必须使用地球的半径，地球的半径通常有3 个常用值:极半径、赤道半径和平均半径。其中，赤道半径大约为6 378. 140 km，平均半径大约为6 371.004 km。因此，赤道半径可以采用6 378. 140 km，即OB=6 378.140 km，而OC =6 371.004 km，卫星高度AB=36 000 km。由几何计算公式可知

即

于是，可以得到

由图1 可知，

那么

即C 点的地理纬度为52.750 1°。也就是说国防支援计划卫星观察范围的最北端为北纬52.750 1°纬线。

2 DSP 卫星预警范围对潜射弹道导弹突防概率的影响

由弹道导弹的战技术性能可知，弹道导弹主动段飞行的最大高度为200 ～800 km［4］，不妨假设为500 km。那么，如果用D 点表示弹道导弹主动段的关机点，则DE=500 km，而OE=6 371.004 km。根据几何计算公式可知:

那么

由图1 可知，在北纬46.110 3°以北的海域，尽管弹道导弹仍然处在主动段，发动机仍然在工作，但是国防支援计划卫星将无法在整个主动段始终都能探测到弹道导弹。因为在弹道导弹达到关机点的最大高度——500 km 之前，导弹在主动段最后一个阶段内的飞行高度将超出国防支援计划卫星的圆锥体探测范围。因此，对于分布在赤道上空的3 颗工作星和1 颗备份星来说，其探测范围如图2 所示。图2 中部的1 ～4 分别代表国防支援计划卫星，上部的1 ～4 分别表示预警卫星能够探测到的最北部的地理纬度，其下部对应的A～D 表示预警卫星在弹道导弹主动段能完全探测到该导弹的最北部边界。图中由圆弧围成的标有字母A 的区域表示弹道导弹核潜艇在该海域发射弹道导弹时，2 颗预警卫星都能全程监测到该导弹;标有字母B 的区域表示弹道导弹核潜艇在该海域发射导弹时，有一颗预警卫星无法在弹道导弹的主动段完全监测到该导弹，而另外一颗却可以全程对弹道导弹进行监测;标有字母C 的区域表示弹道导弹核潜艇在该海域发射导弹时，只有1 颗预警卫星可以全程监测该导弹;标有字母D 的区域表示弹道导弹核潜艇在该海域发射弹道导弹时，2 颗预警卫星都无法在弹道导弹的主动段完全监测到该导弹;标有字母E 的区域表示弹道导弹核潜艇在该海域发射导弹时，只有1 颗预警卫星能在导弹主动段的部分时间里对其进行监测。

当弹道导弹核潜艇在上述标有字母的海域发射导弹时，按照预警卫星发现弹道导弹的概率，从高到低对上述海域进行排序，预警卫星发现导弹概率最高的海域是A 海域，而预警卫星发现导弹概率最低的海域是E 海域。对于圆弧以外的海域，国防支援计划预警卫星的发现概率基本为零。因此，当弹道导弹核潜艇在圆弧以外的海域发射弹道导弹时，突防能力较高;当弹道导弹核潜艇在圆弧内部海域发射弹道导弹时，突防能力从高到低的海域范围分别是E 海域、D 海域、C 海域、B 海域和A 海域。

图2 国防支援计划卫星的探测范围

3 提高潜射弹道导弹突防能力的具体措施

虽然国防支援计划卫星系统能对发射的弹道导弹进行有效预警，但是该系统中的预警卫星仍然存在一定的缺陷，弹道导弹核潜艇利用这些缺陷有利于提高弹道导弹的突防概率。

3.1 利用预警卫星的不连续监测缺陷发射导弹

国防支援计划卫星一个明显的缺点就是无法对星下的同一个地点进行连续监视，在对同一个地点进行扫描时，相邻2 次扫描存在10 s 左右的空白期。因此，弹道导弹核潜艇可以利用预警卫星的监视间歇期组织导弹发射，也就是说2枚导弹的发射间隔尽量为10 s 的整数倍，以此来获得最大的卫星预警时间误差。

3.2 利用预警卫星的虚警率掩护弹道导弹突防

国防支援计划卫星的另外一个缺陷就是对于高空云层反射的太阳光容易产生虚警，而且在地面存在强烈的红外辐射源时也容易产生较高的虚警率。因此，弹道导弹核潜艇在待机时应当注意接收气象预报，争取在发射海域云层较厚的时候发射导弹，依靠云层反射的太阳光来掩护弹道导弹。如果条件允许，在卫星覆盖的探测范围内，还可以通过地面燃烧易燃物、海上油井平台燃烧油气等措施来产生强烈的红外辐射，以此来吸引预警卫星，为弹道导弹的突防争取时间。

3.3 利用系统对机动发射的导弹预警能力较差的弱点发射导弹

对于采用机动发射方式发射的弹道导弹来说，国防支援计划卫星的预警时间受预测轨道参数的影响比较大。也就是说，如果弹道导弹防御系统想要推测出导弹发射的位置点，那么它必须事先知道对方可能的弹道导弹发射地点，并以此对来袭导弹的轨道参数进行拟合。因此，弹道导弹核潜艇在发射导弹时，应当在对方出其不意的地点发射，以便增加弹道导弹防御系统的轨道参数拟合难度，增加系统的计算时间，进而提高弹道导弹的突防概率。

3.4 利用预警卫星的预警盲区进行突防

由上述计算可知，DSP 卫星的探测范围并没有完全覆盖地球的2 个极点。也就是说，对于在极点发射的弹道导弹来说，只有当导弹飞行到DSP 卫星的预警范围内时，该系统才能对其进行有效预警。在这种情况下，DSP 卫星的预警时间比较短，早期预警能力非常有限。因此，对于像俄罗斯这样能在北冰洋冰盖下面部署战略导弹核潜艇的国家来说，在极点附近发射弹道导弹是一个比较不错的选择，通常能比较隐蔽地进行导弹发射，而且留给敌方的预警时间也比较短。

［1］崔茂东，李华.美国弹道导弹防御系统［J］.导弹与航天运载技术，2004(6):22-25.

［2］郭文鸽，冯书兴.美国导弹预警卫星系统分析及其启示［J］.中国航天，2005(12):39-42.

［3］鲁建华，张学润，安玮.美俄弹道导弹防御系统浅析［J］.火力与指挥控制，2010(5):1-4.

［4］罗小明.弹道导弹攻防对抗的建模与仿真［M］.北京:国防工业出版社，2009.