2015美军军用卫星现状和发展特点浅析

2015-06-24李健良

中国电子科学研究院学报 2015年6期

关键词：军用轨道太空

李悦，李健良，房莹

2015美军军用卫星现状和发展特点浅析

李悦，李健良，房莹

（解放军61541部队，北京 100094）

美军空间力量建设是其他国家竞相模仿的“蓝本”，研究美军用卫星在轨部署和作战威力对我空间力量发展意义重大。本文重点对在轨美军用卫星部署情况和作战能力进行了研究，对特别需要关注的几个发展特点进行了阐述，为打好太空战提供了参考。

军用卫星；太空危局；空间作战

0 引言

2015年早些时候，美国《防务内情》披露，美军联合参谋部以备忘录形式将“空海一体战”更名为“全球公域介入与机动联合”概念，将主战场从西太平洋地区更改为全球公域范围，比如12海里领海外的公共海域。战略概念改变的实质是缓解作战目标具体化带来的内外军事压力，在谋求亚太地区霸权问题上，目的却更加清晰，手法更加隐秘，危险性更大。为配合实现现阶段战略目的，太空、网络空间和电磁频谱领域必将成为美军的建设重点，太空更是实现其战略目的最顶端、最关键的一环，是全球打击，精确制导等作战样式不可缺少的支撑。掌握美军军用卫星作战使用现状，有助于推动我“近海防御、远海护卫”军事战略开展。

1 美军军用卫星部署现状

军用卫星的分类有很多种，从作战角度考虑本文将美卫星从功能上分为三类。一是信息获取类，主要实现对战场态势的及时感知，是实施作战行动的先决条件。二是信息传输类，主要实现作战平台间的信息交换、更新，是基于信息系统体系作战的纽带和支撑。三是时空基准类，主要完成对战场要素的精确把控，是精确打击的基石。这三类卫星基本完成了美军作战空间部分的主要功能。见图1。

截止2015年6月，根据www.celestrak.com（网站属美国，数据来源为北美防空联合司令部）网站公布，美主要军用卫星共计在轨133颗，具体情况见表1［1-2］。

图1 美军用卫星组成

表1 美军用卫星在轨情况统计表

1.1信息获取类卫星

信息获取类卫星主要包括侦察、预警、战场环境监测卫星，是美军实施作战行动的先决条件，作战部队可利用卫星应用终端共享其权限范围内的信息，对瞬息万变的战场态势及时感知，定下战斗决心。

1.1.1侦察卫星

美军侦察卫星目前在轨31颗，主要由电子侦察卫星22颗和成像侦察卫星9颗组成。两类卫星的区分界限并不明显，笔者认为，电子侦察卫星主要通过侦收电磁辐射信号获取情报信息，成像侦察卫星则通过光学、光电、微波成像等遥感器，获取目标图像信息，通常不利用目标电磁源信息。

（1）电子侦察卫星高低轨道兼有，高轨道侧重通信侦察，获取其承载的信息情报，低轨道侧重雷达侦察，延伸至平台、阵地。

高轨道部分目前有10颗在轨，包括Mentor静止轨道卫星5颗，Mercury静止轨道卫星2颗，Trumpet大椭圆轨道卫星3颗。

Mentor卫星主要用于美国国家侦察局和中央情报局截获远程通信情报信息，包括微波和无线电通话，遥测信号，甚至步话机等微弱信号。该星采用地球同步轨道，从图2（a）可以看出，该星主要侦察区域集中在亚、非、欧大陆地区，侦察重点是中国和俄罗斯。从图2（b）可以看出，Menter-3、Menter-5基本可以覆盖我陆、海全境，作战威胁明显。

Mercury卫星主要用于美国国家侦察局和美国空军截获机载通信、雷达和其他电子系统的无线电信号。运行在地球静止轨道上，从图3可以看出，该星主要侦察区域集中在西亚、西欧和非洲，对我威胁重点位于西南内陆地区。

Trumpet卫星由美国空军和中央情报局联合使用，运行在大椭圆轨道，主要弥补地球同步卫星在北极的侦察薄弱区，可执行通信情报、信号情报、雷达情报和导弹遥测信号的侦察任务。如图4，从轨道设计上可以看出，该卫星的远地点靠近北极地区，距地面约39 000 km，因此，通过北半球时，卫星近似于同步轨道卫星，可长时间的搜集截获地球北部的高纬度地区各种电子信号，俄罗斯是侦察重点。

低轨主力电子侦察卫星为SBWASS，目前在轨6组12颗，采用双星座模式工作。从轨道面及双星构型看，最早发射的第1、2组已无法进行电子侦察定位，实际具备作战能力应为4组8颗，近平均分布于4个轨道面。4组运行状态良好的卫星，一昼夜可对同一区域重访30次左右，间隔20～40 m in，持续10～20 min。该卫星集成了海军海洋监视和空军战略防空的侦察需求，为美军提供近实时、连续的侦察和监视信息，帮助其掌握战场态势，为其武器系统超视距打击提供目标指示。如图5。

图2 Mentor卫星侦察仿真图

图3 Mercury卫星定点侦察仿真图

图4 Trumpet卫星侦察三维示意图

图5 SBWASS卫星侦察仿真图

（2）成像侦察卫星集中在低轨道，目前有9颗在轨，包括光学成像侦察卫星4颗，均为KH-12系列，雷达成像侦察卫星5颗，其中2颗Lacrosse，3颗FIA。

KH-12卫星由美国国家侦察局负责运行，在轨4颗均采用太阳同步椭圆轨道设计，主要考虑消除太阳阴影对成像的影响，同时延长卫星在观测区域驻留时间。该卫星获取的侦察图像为美国建立全球地理信息系统与全球地理框架提供了重要基础与支撑。星上搭载多光谱成像相机、红外热像仪等，成像分辨力普查模式下3～5 m，覆盖几千到几万平方千米，幅宽在几百千米，详查最高可达0.1 m，覆盖几十到几百平方千米，幅宽在几十千米。从仿真来看，较早发射的两颗“KH-12”卫星已脱离设计轨道不受控制，卫星远地点高度下降明显。目前仅最近发射的两颗维持在预定高度。见表2。

Lacrosse卫星由美国国家侦察局负责运管，主要为美国情报部门提供战略情报。目前2颗在轨，搭载合成孔径雷达（SAR）对地面目标进行成像。标准模式分辨力3 m，详查分辨力0.3 m。具备全天时，全天候侦察能力。该星采用57和68度倾斜轨道设计，如图6所示，可对中低纬度以及部分高纬度地区实施每日2-5次侦察，但对于两极地区无法实施侦察。

表2 KH-12卫星近地点、远地点变化对比表

FIA卫星是Lacrosse改进型，由美国国家侦察局负责，其轨道高度有一定拉升，各方面性能有所提高，运行于123度的逆行圆轨道上，现在轨3颗卫星位于三个轨道面，组网更加明显。如图7所示，对高纬度地区重访周期约1 h。

图6 Lacrosse卫星组网运行仿真图

SBIRS卫星用来取代DSP卫星，使命更多性能更强，以满足20～30年空间红外监视需求。SBIRS计划高中低轨道均有分布，地球同步轨道主要负责探测弹道导弹发射的助推段信号，提供导弹的早期预警信息。大椭圆轨道主要覆盖极地，弥补地球同步卫星的盲区（主要针对俄罗斯）。低轨段卫星负责探测、跟踪和监视中段飞行的弹头，提高测量精度（向战术应用发展）。目前建成部分的SBIRS系统可总结为“2+3+2”模式，如图9（a），即2颗地球同步轨道SBIRS-GEO卫星、3颗大椭圆轨道SBIRSHEO卫星，2颗低轨段SBIRS-LEO（2002年更名为STSS）。由图9（b）可以看出，两颗高轨SBIRSGEO卫星定位在东经89度和东经21度，重点监视亚欧和非洲。

2013年2月13日，美军导弹防御局和海军首次借助STSS卫星协同“宙斯盾”海基导弹防御系统，完成中程弹道导弹拦截试验，代号FTM-20，推进了天基导弹预警的战术应用。但是因为低轨部分

图7 FIA卫星组网运行仿真图

1.1.2预警卫星

预警卫星可提供导弹发射和核爆炸的早期检测和预警，是美国国家导弹防御系统的重要组成部分，对射程10 000 km的弹道导弹可提供30 min以上的预警时间。目前主要在轨11颗，包括DSP卫星4颗、SBIRS卫星7颗。

DSP卫星是较早期美国发展的导弹预警卫星，隶属北美防空司令部，星上的主要设备有红外望远镜、可见光成像设备以及核爆炸辐射探测器。在其覆盖范围内导弹发射后，短时间即可探测到导弹上升段飞行期间发动机尾焰的红外辐射，并发出战略预警。目前在轨4颗，分布在地球同步轨道，从图8（a）看，其监控范围除两极和南北美洲外，基本涵盖全球，从图8（b）可以看出DSP-21、DSP-22几乎覆盖我陆、海全境，我弹道导弹发射在其预警范围内，威胁较大。进度较慢，仅完成设计的十分之一，作战效能有限。

1.1.3气象监测卫星

DMSP是世界上唯一的专用军事气象卫星，由美国国防部从上世纪中期牵头发展，主要用于获取全球气象、海洋和空间环境信息，为军事作战提供信息保障。DMSP目前在轨7颗，采用太阳同步轨道，如图10所示，分布于7个轨道面组网监测，该卫星每隔6 h可提供一次当面云图。

1.2信息传输类卫星

军用信息传输类卫星主要包括通信和中继卫星，用于完成战场信息交换，在军事指挥体系中发挥着至关重要的作用。美国的信息传输卫星发展最全面、技术水平最高、产业基础最强大、市场最成熟、应用最广泛。其发展历史悠久、国内政策宽松，在商业和军事领域都已形成完备的体系，截止2015年6月，美国通信类卫星在轨300颗左右，军用仅占2成左右，军民通用趋势已经显现。

图8 DSP卫星侦察仿真图

图9 SBIRS卫星侦察仿真图

图10 DMSP卫星运行仿真图

1.2.1通信卫星

美军现役主要通信卫星目前在轨有6个系列31颗，包括8颗DSCS3、6颗WGS、5颗Milstar、2颗AEHF、7颗UFO、3颗MUOS。

DSCS3是美国军事超高频通信卫星网络的重要组成部分，承担了大部分国防部卫星通信业务，主要提供全球远距离保密话音和高数据率通信。目前在轨运行的为其第三代，如图11所示，基本可覆盖全球南北纬75度之间所有区域，DSCS3-6、DSCS3-12定点亚太地区。

WGS为DSCS3的后续系统，采用宽带通信，其通信能力有较大跃升，仅单个卫星的通信容量就超过DSCS3总和。如图12所示，卫星分布均匀，WGS-2、WGS-4基本覆盖我国陆、海。

图11 DSCS卫星定点通信仿真图

Milstar是美国军事战略战术中继卫星系统的简称，美军于20世纪80年代开始研制，其明显特点是从计划之初就要求必须具有在全面战争（包括核战争）条件下的工作能力，具有抗核加固能力和自主控制能力，抗干扰能力强，安全性和生存性好，代表了当前军事通信的世界较高水平，能够满足陆、海、空三军战略和战术通信的需要。如图13所示，基本实现全球覆盖。

图12 WGS卫星定点通信仿真图

图13 Milstar卫星定点通信仿真图

AEHF是Milstar的后续系统，其体积较Milstar卫星小，通信容量更高，速率更快，是新一代高防护性能通信卫星。主要功能是在包括核战在内的各种规模战争中，为关键战略和战术部队指挥官提供防截获、抗干扰、高保密和高生存能力的全球卫星通信。由图14可以看出，目前AEHF仅有2颗在轨，主要定点大西洋和太平洋东部，重点保障本土通信，尚没有形成全球覆盖。

图14 AEHF卫星定点通信仿真图

UFO为窄带通信卫星，服务海军，用来取代已退役的海军“舰队卫星通信系统（FLTSATCOM）”和“租赁卫星系统（LEASAT）”。主要用来为美军舰船、飞机和各种固定、移动终端提供移动话音和数据通信业务。从图15可以看出，定点在非洲、印度洋、大西洋和太平洋东部，基本可以覆盖全球，在印度洋和太平洋以东均为双星工作，可以预见本土和亚洲是服务重点。

图15 UFO卫星定点通信仿真图

MUOS接替UFO卫星，是美军新一代的窄带移动通信系统，服务于那些机动性更强、容量需求更大、业务质量要求更高的用户，可兼容目前已经大量部署的UFO卫星终端。MUOS单星提供的终端接入数量及通信容量超过UFO在轨卫星的总和。如图16所示，MUOS前两颗卫星通信覆盖主要在美本土，尚无形成全球覆盖。MUOS-3今年年初发射，部署情况尚未公布，笔者根据该项目计划预测该星可能部署于东经75°，主要为亚太地区服务。

图16 MUOS卫星定点通信仿真图

1.2.2中继卫星

美目前在轨的主要中继卫星有14颗，包括5颗SDS和9颗TDRS，SDS明确为军用数据卫星，TDRS则军民兼用。

SDS卫星是美国国家侦察局研制并运行的军用数据中继卫星，主要为国家侦察局的成像侦察卫星提供数据中继服务。该星座采用地球同步轨道与大椭圆轨道卫星联合组网，如图17（a）所示。3颗地球同步轨道卫星分别部署于印度洋、太平洋、大西洋，基本覆盖全球中低纬度，如图17（b）所示，2颗卫星运行在大椭圆轨道，为高纬度部队特别是核力量提供通信支持。

TDRS卫星隶属于美国国家航空航天局（NASA），主要为航天飞机、天文望远镜及低轨对地观测卫星提供测控和数据中继服务。卫星均运行于地球同步轨道，定点于非洲、南亚、南美洲和太平洋上空，非洲上空仅部署1颗，力量较弱，如图18。

图17 SDS卫星运行仿真图

图18 TDRS卫星运行仿真图

1.3时空基准类卫星

时空基准类卫星主要包括导航和测地卫星，导航卫星提供全天时、全天候、连续、实时的高精度三维定位、三维测速和精确的时间信息，已成为作战使用的基础性保障手段。测地卫星用于测量地球形状和大小、地球表面任意点的位置以及地球引力场的形状和参数，形成全球统一坐标系，对弹道计算、精确制导等有非常大的军事意义。

1.3.1导航卫星

美军目前使用GPS空间时空基准系统，由美国国防部发展并负责运行，是美军精确指挥控制、精确打击和精确兵力投送的关键。

GPS目前完成了以6轨30颗取代之前的6轨24颗部署，在定位精度和盲区上有了较大改善，现在轨32颗，沿赤道以60度间隔均匀分布部署在6个轨道面，轨高20 000 km左右，轨道周期12 h，每个轨道面部署5～6颗卫星，轨道倾角55°。其定位精度在米量级上，授时精度在40纳秒内。空间部署见图19。

图19 GPS卫星运行三维示意图

1.3.2测地卫星

测地卫星目前没有专门的军事星，主要是军方购买民用服务，美国国家地理空间情报局（NGA）过去几年的卫星图像合同主要来自DigitalGlobe、Geo-Eye两家公司和NASA的Landsat系列卫星，如今这两家公司实现了并购，新的DigitalGlobe公司主要为NGA提供高分辨率卫星图像，所属卫星包括Ikonos-2、Geoeye-1、Worldview-1、Worldview-2、Worldview-3。

2 发展特点

近10年，美军军用卫星在数量和构成上变化不大［3-4］，主要以升级换代为主。从表象上看，美军空间力量发展步伐似乎放缓，但是，从整体作战效能发挥上看，却不能简单定论，还应关注以下特点。

一是美军航天技术水平领先其他国家至少一代，航天系统的转型压力不大，目前重点是演练太空战，创新作战理论，以期全面提升综合作战效能。美国空军定期主导“施里弗”太空战演习就是以太空为主战场、以空间对抗为演练内容的真正意义上的太空战演习，该演习主要发挥三大功能：①检验太空作战指挥体系，规范太空作战指挥关系；②检验太空战理论，探索太空战新思路、新方法，开发新型太空作战概念；③是演练太空系统的作战运用，发现太空系统的弱点和漏洞，为研发新型太空战装备提供参考［5］。通过太空战演习，强化美军军事优势将是美军太空发展的近期目标。

二是随着中、俄等国太空力量迅速崛起，空间力量“一超两强多大”局面终会被打破，要重视美国“太空危局”作战。“太空危局”是美假想空间力量遭削弱、摧毁时的一种作战模式，同“抵消战略”相似，都是试图通过发展新的作战概念和军事技术来改变战局。失去太空支持的美国部队，如何适应战场：①训练部队降低对太空系统依赖。美军2012年出台的《联合作战拱顶石构想：2020联合部队》已经明确规定了联合部队必须定期开展基于“最坏打算（空间优势不在）”训练。在打击“伊斯兰国”和塔利班行动中，有20%的精确制导炸弹、导弹没有使用卫星制导模式。②迅速重构，抢在敌空间力量恢复之前，奠定胜局。空中预警机、无人机、陆海基塔标都是迅速重构的利器，X-37B空天飞机除构建2 h全球打击圈外，笔者认为近地空间快速“抛洒”微卫星，短时期内构建导航、预警、通信等网络才是其发展重点。

三是美军空间力量建设军民融合特点明显［6-7］，在持续良性发展上值得借鉴。近年来美国越来越多的借助民间力量充实太空战队伍，比如在测地、通信卫星方面，很难找到纯粹的“军用卫星”或者“民用卫星”，寓军于民现象明显，军方购买商业公司卫星图片，星务测控业务外包已经不再新鲜，谷歌地图以民用自居，精度甚至超过军用卫星。①将军用设备“寄宿”在商业卫星上已经成为美军空间力量发展的趋势，有利于降低国防开支，分化建设风险，在“军备竞赛”中跑到最后。②美军目前在轨卫星500颗左右，占全球总量一半，明确的军用卫星在150颗左右，其余350颗可能随时成为“军用卫星”，作战对手在评估其空间实力时，容易估偏、估轻，实施对抗时不易找准目标，美军间接形成“全民皆兵”的优势效果。

3 结语

太空战将是一段时期内的战争至高点，如何建设，怎么打赢是关键。美国军用卫星现状可以作为发展建设的借鉴，但是不能孤立片面研究，需要同国家战略、综合能力等多因素关联，预判战争走势，克敌制胜。

［1］ Celestrak［OL］.http：//www.celestrak.com/

［2］ Heavens-above［OL］.http：//www.heavens-above.com/

［3］陈求发.世界航天器大全［M］.北京：中国宇航出版社，2012.

［4］刘兴，梁维泰，赵敏.一体化空天防御系统［M］.北京：国防工业出版社，2011.

［5］陈航辉，杨民.美军大搞演练备战太空［J］.解放军报，2015.7.17.

［6］陈航辉，仲永龙.美军太空作战体系悄然成型［J］.解放军报，2015.7.17.

［7］张乃通，赵康僆，刘功亮.对建设我国“天地一体化信息网络”的思考［J］.中国电子科学研究院学报，2015，10（3）：223-230.

Brief Analysis for Actuality and Development Characteristics of American Military Satellite in 2015

LIYue，LIJian-liang，FANG Ying
（Unit 61541 of PLA，Beijing 100094，China）

The construction of the US space power is the blueprintof other countries，and the study of the orbit deployment and the combat power of the USmilitary satellite are of great significance to the development of our space power.This paper focuses on the study of the deploymentand the operational capability of USmilitary satellite in orbit，and describes the characteristics which deserve great attention，which provides a reference for the Space war.

military satellite；space crisis；space operation

TJ861

：A

：1673-5692（2015）06-667-08