国外天基空间目标监视系统发展现状与启示

汤泽滢，黄贤锋，蔡宗宝

(中国人民解放军61541部队，北京 100094)

国外天基空间目标监视系统发展现状与启示

汤泽滢，黄贤锋，蔡宗宝

(中国人民解放军61541部队，北京 100094)

天基空间目标监视系统是空间对抗的一支重要生力军，倍受世界各国的关注。首先介绍了天基空间目标监视系统与地基空间监视网相比所具备的主要优势；然后，重点分析了美国和其他各国天基空间目标监视系统的发展现状与措施，预计2020年前后美国将完成所有天基空间目标监视系统的部署并实现实战能力；最后，对空间态势感知力量的发展给出了相关启示，提出了空间目标监视系统的建设策略。

天基；态势感知；空间目标监视；发展现状

0 引言

长期以来，世界各军事强国一直将空间态势感知能力的构建作为空间对抗准备的重点发展方向。空间态势感知主要负责获取空间情报监视侦察和环境监测等信息，可为防御性和进攻性空间对抗提供全面的信息支持。但随着全球航天活动的不断增加，空间碎片、空间碰撞问题日益突出，特别是2009年美、俄卫星相撞事件后，各国军方更加重视发展空间态势感知能力。天基空间目标监视系统是空间态势感知能力建设的重要发展方向，与地基等其他空间目标监视系统一起组成全方位的空间目标监视网，让太空目标无所遁形。

1 天基空间目标监视系统的优势

空间目标监视系统的主要任务是对重要空间目标进行精确探测与跟踪，确定可能对航天系统构成威胁的空间目标的尺寸、形状和轨道参数等重要特性，并对目标特性数据进行归类和分发。这里的空间目标主要指卫星，包括工作的卫星和不工作的卫星，同时也包括各种空间碎片，如进入空间轨道的助推火箭、保护罩和其他物体，也包括进入地球外层空间的各种宇宙飞行物，如彗星和小行星等。

部署在全球多个地点，由多部探测雷达、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。但总的来说，地基空间目标监视系统还不能充分满足空间态势感知和空间对抗的军事需求，其原因在于：一是存在覆盖盲区；二是地基观测设备受天气、大气环境的影响较大，容易发生观测误差。

天基空间目标监视系统的发展则有效弥补了地基监视网的上述缺点，天基化成为目前空间监视发展趋势的重要特征。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。尽管天基空间目标监视系统受发射限制，不能携带大型的观测设备，但其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，所以光学探测设备的能见性比地基设备的效果相对要更好一些。特别是对于地球同步轨道上高度约3.6万千米的高轨卫星目标而言，天基空间目标监视系统比地基系统具有更好的探测效果。

天基空间目标监视系统与对地侦察卫星的功能有很多相似之处，都是利用侦察卫星对感兴趣的目标进行观测。不同的是，天基空间目标监视系统所观测的目标的特殊性，给天基系统的构建带来了更多挑战。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。而天基空间目标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，最大可达到15 km/s。如何才能在这样的高速条件下对目标进行精确观测和稳定跟踪，是未来空间目标监视系统发展中需要解决的关键技术问题。

广义上而言，空间中的任何物体都是空间态势感知的对象，如中段暂时经过太空的战略导弹、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。但从狭义上来讲，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诸多相似之处。

2 天基空间目标监视系统的发展现状

2.1 美国天基空间目标监视系统

早在1996年，美国就发射了“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(UVSI)和天基可见光传感器(SBV)，其主要任务是对导弹中段的发现和跟踪，进行导弹中段预警。该项目于1997年完成了技术验证，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卫星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美国新一代天基空间目标监视系统上，即：2020年前后将完成的、部署在低地球轨道上的“天基空间监视系统”(SBSS)和2015年前将完成的、部署在地球同步轨道上的“轨道深空成像系统”(ODSI)。

2.1.1 美国“天基空间监视系统”(SBSS)

美国“天基空间监视系统”(SBSS)项目于2002年正式启动，其主要目的是建立一个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。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系统由5颗卫星组成，将分两个阶段进行建设：第一阶段的目标是发射一颗Block 10卫星替代原来的MSX卫星，首颗卫星已于2010年9月发射，它是整个系统的先导星，称为“探路者”，每天可收集40多万条卫星信息，用于监视近地轨道物体；第二阶段将部署由4颗SBSS卫星组成的卫星星座，并将采用更为先进的全球空间监视技术，完成整个系统建设。第二颗卫星计划于2014年年底发射，后三颗分别于2017～2022年发射。

美国SBSS系统具有五大特性：一是监测跟踪目标多。SBSS可对地球同步轨道(GEO)以下的所有太空目标进行监测和跟踪，可对直径大于0.1m的1.7万个太空目标编目，监视30万个直径在0.01m以上的太空物体，跟踪800多颗在轨卫星。二是编目更新周期短。与太空监视网(SSN)配合，SBSS系统的编目更新周期将由原来的7天缩短到2天。三是定轨精度高。SBSS对低轨道目标的定位误差不超过10m，对高轨道的定位误差不超过500m，这一点很重要，可及时提醒己方航天器规避轨道碎片。四是深空探测能力强。SBSS系统建成后，在任意时刻都能保证有一颗卫星对GEO进行全轨道监测，对GEO目标监测能力将提高50%以上。五是不受天候影响。SBSS系统不受恶劣天候的影响，可全天候工作，并能一天24小时连续不断地工作。SBSS系统成功部署后，美国将形成天地一体化空间监视系统，具有强大的太空态势感知能力，拥有绝对的“非对称”太空优势。

美国一直在不断加大空间态势感知系统的构建，在继续完善、增强地基空间目标监视系统的同时，加大了天基空间目标监视系统的建设。2011年2月4日，《美国国家安全太空战略》明确提出：“将提高情报能力，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”。

2.1.2 美国“轨道深空成像系统”(ODSI)

与部署在低轨的SBSS系统不同，美国空军正在研制和部署的“轨道深空成像系统”(ODSI)则是一个由运行在地球静止轨道上的多颗成像卫星组成的卫星星座，其主要任务是执行空间目标识别，跟踪和监测高轨道物体，拍摄地球静止轨道空间目标的高分辨率图像，并实时或定期地提供相关信息，支持整个空间战场感知和空间对抗作战。

ODSI系统的主要作用是提供空间物体特性的图像和轨道位置数据，预计ODSI将由三颗或更多卫星组成，不仅增加了空间目标识别范围和空间监视网络的性能，而且支持卫星编目和空间态势感知能力。2005年1月，波音、洛·马和诺·格三家公司通过竞标成为ODSI概念研究的合同商，按计划ODSI卫星将于2015年进行首次发射。

此外，美国空军还在积极研制“一体化空间图像系统”(SSIP)，其主要任务是将天基和地基传感器获取的空间态势感知信息进行一体化集成。

2.1.3 微小卫星

除上述大型的天基空间目标监视系统以外，美国空军还在积极研制微小卫星，使其成为空间目标监视力量的重要组成部分。微小卫星成本低、研制周期短，可在战时或紧急时刻应急发射，并且可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。美军未来空间目标监视中微小卫星应用的方案包括：1)针对突然出现的可能有敌意的非合作空间目标，当其他天基、地基空间监视探测器无法获取所需的关于目标更为详细的信息时，可以使用微小卫星(包括在轨驻留的和及时响应发射的微小卫星)靠近目标，获取更为详细的目标特征数据，并推断非合作目标的意图；2)针对需要特别保护的合作空间资产，可在其附近部署微卫星，监视受保护航天器周围环境，对威胁进行预警，判断该威胁是自然破坏还是人为攻击，并有效采取防御措施。

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目标监视能力。日前，美国空军太空司令部宣称SBSS系统Block 10卫星已拥有初步作战能力(IOC)，这标志着天基监视系统在其研发周期内已具有实战能力。根据计划，随后将发射的SBSS系统Block 20是由4颗卫星组成的星座，比Block 10功能更强、稳定性更好。

2.2 其他国家天基空间目标监视系统

目前，其他国家也开始意识到天基空间目标监视的重要性，但和美国多星座、多谱段、多任务、一体化全球覆盖的模式不同，各国都根据自己的科研水平和经济实力采取微小卫星、复合任务的发展策略，在发展其他航天项目时，积极对天基空间目标系统相关的关键技术进行技术验证。

“恒星微振动观测”(MOST)是加拿大研制的世界上最小的太空望远镜，主要用于天文观测，但在天文任务的间隙，即运行方定期进行维护和软件更新时，MOST还被用来进行任务之外的空间目标探测试验，进行天基空间目标系统关键技术验证试验。目前，加拿大正在研制“高低轨观测卫星”(NEOS SAT)项目，也是天文观测项目，该任务期望使用一个光学望远镜载荷，完成两类在轨观察任务：近地空间监视和高轨空间监视，发现并观察近地小行星和彗星，并确定其运行轨迹。利用科学项目积累的技术成果，加拿大国防部加快了空间监视系统(CSSS)的研发工作，该系统是加拿大的空间监视计划(SOFS)中的核心部分。Sapphire卫星就是该系统的重要组成部分，它是一个携带光电有效载荷的小卫星，投入使用后将成为美国空间监视网(SSN)的一部分。Sapphire卫星的主要观测目标是太空中活动的卫星及失效卫星、空间碎片等。

德国于2013年底发射的Asteroid Finder卫星是一颗以观测近地轨道卫星和空间碎片为主的微小卫星。

意大利罗马La Sapienza大学的GAUSS小组正在研制Unisat-5卫星，该微小卫星主要用于民用科学试验，利用光学观测系统对空间碎片进行监视。

3 启示

为了更有效地利用空间、更深入地探索空间，并为未来空间作战提供及时、准确的空间目标信息，世界各军事强国都在积极拓展对空间物体的监视范围，不断提高对空间目标的观测精度。通过分析国外天基空间目标监视系统的发展现状与特点，对于如何发展空间态势感知力量得出以下几点启示：

1) 完善空间目标监视系统性能，面向直接支持作战。

空间目标监视系统的发展，除满足平时航天活动的需求外，还应立足未来，面向直接支持作战，建立天地结合、光学与雷达等探测手段互为补充、具有导弹防御能力的空间目标监视系统，具备较强的空间环境和空间目标观测能力，能够对空间环境进行预报、对重点空间目标进行编目管理，并具备一定的空间目标识别能力，能够对敌重点目标进行识别、对其行动进行预测，全面满足空间对抗作战需求。

2) 研究空间目标特性，发展符合国情的监视系统。

为弥补地基监视系统全球布点少的不足，应优先发展高轨目标监视技术，以形成全空域监视能力。除大力发展空间光学监视技术外，还应重点发展雷达等主动空间探测技术，以提高空间电磁信号的侦察技术水平。同时，需积极发展可对空间目标抵近观测的微卫星监视技术，以提高对重点目标的详细探测能力。

3) 加强网络化建设，形成一体化的综合信息网。

当今使用的各种空间目标监视系统，基本上都是相互独立的，不同系统之间的互联互通性差，信息无法及时共享和综合利用。未来的空间目标监视系统应着眼于信息的充分共享，朝着网络化方向发展，使部署在不同轨道高度、执行不同任务的目标监视系统能够实时分享各种情报信息，构成天地一体化、性能完备的综合监视网，维护国家空间安全与权益。

4 结束语

在全球太空资源开发热潮进一步高涨和未来太空作战趋势不断加剧的新军事斗争形式中，空间目标监视系统起着重要而关键的作用。美国在天基空间目标观测领域仍然走在世界前列。可以预见，2020年前后，当美国计划的所有天基空间目标监视系统均完成部署并实现实战能力以后，太空中所有的一举一动将全都逃不出美国这些“天眼”的监视，这将极大地增加太空乃至地球的安全动荡，并导致美国的技术霸权和政治霸权地位得到进一步巩固和延伸。■

[1] 吴勤, 高雁翎. 美国空间对抗装备的新进展[J]. 航天电子对抗, 2010, 43(3):18-21.

[2] 赵霜, 张社欣, 方有培, 等. 美俄空间目标监视现状与发展研究[J]. 航天电子对抗, 2008, 24(1):27-29.

[3] 黄志澄. 太空武器化与太空威慑[J]. 国际技术经济研究, 2006, 17(1):24-28.

[4] 王杰娟. 国外天基空间目标监视研究现状与特点分析[J]. 装备指挥技术学院学报, 2011, 32(6): 24-27.

[5] Morris J. Air force completes restructuring of SBSS pathfinder program[R]∥Aerospace Daily & Defense Report, 2006.

[6] Orbital deep space imager(ODSI)[EB/OL].2007-08-25[2014-06-30]. http:∥www.globalsecurity.org/space/systems/odsi.html.

Development status and enlightenment of foreign space-based space surveillance systems

Tang Zeying， Huang Xianfeng， Cai Zongbao

(Unit 61541 of PLA,Beijing 100094,China)

Space-based space surveillance system is a very important part of space countermeasures, which has aroused worldwide attentions. Firstly, compared with ground-based space surveillance network, the main advantages of space-based space surveillance system are analyzed. Then, the analysis of development status and measures of space-based space surveillance systems of the United States and other countries is presented. It is expected that the deployment of all space-based space surveillance systems of the United States will be completed and actual combat capability will be implemented in 2020. Finally, some enlightenment on our development of space situational awareness force is put forward.

space-based; situational awareness; space surveillance; development status

2014-11-30；2015-01-12修回。

汤泽滢(1970-)，女，副研究员，博士后，主要研究方向为信息对抗技术、军事航天等。

TN971

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