国外侦察与监视卫星系统发展分析

张保庆

国外侦察与监视卫星系统发展分析

张保庆

侦察与监视卫星利用可见光/红外相机、合成孔径雷达、大型可展开天线阵、红外探测器等手段，从空间轨道上对目标实施侦察、监视和跟踪，以搜集地面、海洋或空中目标的情报。近年来，主要航天国家稳步推进侦察与监视卫星系统建设，加速侦察与监视卫星系统更新换代，不断提升对目标的全方位侦察能力。

美制“锁眼”-12太空侦察卫星。该卫星分辨率低于0.1米，是现今分辨率最高的光学侦察卫星

美国注重发展战术侦察与监视卫星系统

美国拥有世界上性能最为先进的侦察与监视卫星系统。近年来，美国从作战任务及其要求的能力出发，高度重视侦察与监视卫星系统的战术应用能力，现役侦察与监视卫星系统主要包括“锁眼”系列光学侦察卫星、“长曲棍球”雷达成像卫星、ORS系列卫星等。

“锁眼”卫星是美国军用光学侦察卫星，已经发展了12个型号。KH系列卫星主要由洛克希德·马丁公司研制，美国国家侦察局负责运行，为美国提供了重要的军事侦察能力。“锁眼” 系列成像侦察卫星是当今世界最为先进的光学成像侦察卫星，搭载有可见光、红外、多光谱和超光谱传感器等光学成像侦察设备，最高分辨率达到0.1 米。在取消“未来成像体系”光学卫星后，美国国家侦查局分别于2011年、2013年成功发射NROL-49卫星、NROL-65卫星。其中2013年发射的NROL-65为最新部署的“锁眼”-12卫星。美国计划2018年9月发射NROL-71任务，据报道NROL-71将是美国新一代的“锁眼”（KH）光学侦察卫星。

“长曲棍球”卫星是美国国家侦察局发展的雷达成像侦察卫星，利用星上合成孔径雷达对地面目标进行高分辨率成像，最高分辨率达到0.3 米，具备全天候、全天时侦察能力，不受云、雾、烟以及黑夜的影响，并可识别伪装或地下目标，弥补光学成像侦察卫星的不足。

“天基广域监视系统”（SBWASS）是美军发展的新型海洋目标监视系统，由美国国家侦查局负责系统和运行管理，主要为海军提供海洋广域监视，实现对敌方舰队位置、航行方向和速度的监视。该系列卫星质量4吨，设计寿命为8年，运行于高1100千米、倾角63.4°的近圆轨道。2015年10月，美国国家侦察局（NRO）的NROL-55任务成功发射，将一组2颗SB-WASS海洋监视卫星成功发射入轨，编号USA-264。这2颗卫星是美军SB-WASS的第7组卫星，以双星编队飞行方式组网运行，可通过时差／频差定位原理对所探测的雷达信号进行定位（定位精度约为1000米）。至2001年首次部署，目前美国共计发射7组14颗卫星，且均在轨运行。

作战响应空间计划旨在确保美国具有太空支持作战能力，包括在需要时提供突击发射能力、在受到伤害或被降低能力时做到快速响应或形成新的能力，而且无论在何种情况下这种能力都能被迅速“激活”。首颗作战型卫星ORS-1 于2011年6月成功发射，卫星质量为468千克，设计寿命2年，运行在近地点398千米、远地点405千米、倾角40°的近圆轨道。ORS-1卫星主要有效载荷为改进型光电侦察系统-2，工作在可见光和红外7个不同的谱段（绿色、红色、全色、近红外、短波红外1、短波红外2和中波红外），空间分辨率可达到国家图像解析度分级标准4级的要求（即空间分辨率1.2~2.5米），能够较好的满足作战用户对卫星空间、时间和光谱分辨率的战术应用需求。自2011年部署以来，ORS-1为多个作战司令部在中东和东南亚的作战行动提供可见光和和红外图像的任务支持。虽然美国空军一直试图关闭ORS办公室，将其相关活动融入到主要的航天采办机构，但美国空军始终希望保留。

美国侦察与监视卫星在轨情况

俄罗斯加速侦察监视卫星更新换代

2016年3月，＂联盟＂-2.1A运载火箭成功发射第二颗Bars-M地图测绘卫星。

俄罗斯不断加快侦察监视卫星系统的现代化步伐，注重发展多种侦察与监视能力。近年来，俄罗斯一方面加速部署新型光电传输型侦察监视卫星系统，加快从旧型胶片返回型号过渡到新型光电传输型号；另一方面延续部署旧型的“琥珀／钴”-M10胶片返回卫星，以填补天基侦察能力缝隙。

Bars-M系列卫星是俄罗斯在2007年重启“空间制图”计划研制的新一代卫星，计划研制6颗卫星，用于取代“琥珀”-1KFT胶片返回式测绘卫星。2015年2月，俄罗斯成功发射“雪豹”-M1光学测绘卫星是俄罗斯首颗传输型测绘卫星；2016年3月，“雪豹”-M2光学测绘卫星搭载“联盟”-2.1a运载火箭成功发射。“雪豹”-M1卫星设计寿命5年，质量4吨，运行于高度551千米、倾角97.63°的太阳同步轨道。卫星由进步国家火箭与航天科研生产中心研制，采用“琥珀”卫星平台，带有2个名为“卡拉特”望远镜、2个激光发射器和激光测距仪，分辨率为1.1米。“雪豹”-M系列卫星可为俄罗斯国防部提供全球立体图像和数字高程数据，进而绘制小区域高精度地图，将大幅提升俄罗斯天基侦察与监视能力。

2016年3月，“联盟”-2.1A运载火箭成功发射第二颗Bars-M地图测绘卫星

“角色”系列卫星是新一代成像侦察与监视卫星系统，采用光电传输式设计，能够将卫星获取的图像直接或者通过中继卫星及时地传输到地面接收站。 “角色”系列卫星沿用了“资源”卫星平台，发射质量超过7吨，设计寿命为7年；卫星载荷采用了与“阿拉克斯”卫星类似的光学系统，光学系统的主镜直径为1.5米，其空间分辨率可达到0.3米。首颗“角色”卫星于2008年7月成功发射，但由于电子设备故障导致卫星在2009年2月失效。2013年6月，新型的“角色”-2光学侦察卫星成功发射入轨，星载计算机在轨期间曾发生故障（近1/2内存失效），但在2014年软件更新后恢复运行。2015年6月，“角色”-3光学侦察卫星成功发射，并进入高度约700千米×730千米、倾角98.1°的太阳同步轨道。与前2颗卫星相比，“角色”-3卫星增加了激光通信中继终端，可通过地球静止轨道中继卫星及时回传数据。

“琥珀／钴”-M卫星是“琥珀”系列卫星的最后一种改进型号，在2004年9月部署首颗卫星。截至目前，俄罗斯共有10颗“琥珀／钴”-M返回式光学侦察卫星发射入轨。典型的卫星配置包括“琥珀”平台、1个主返回舱和2个小型返回舱；卫星质量约6600千克，通常部署在高度200～300千米的低地轨道，在轨寿命约120天；星载相机的空间分辨率可达到0.2米，但图像交付周期较长，至少需要1个月。俄罗斯原计划在2013年后停止发射该型卫星，但“角色”卫星在轨故障使其继续用于保障天基侦察能力。

德国SAR-Lupe雷达侦察卫星

欧洲积极推动新型侦察与监视卫星研制

与美国相比，欧洲天基侦察与监视卫星系统建设存在一定差距。近年来，在欧洲各国和联合机构的推动下，欧洲积极推动新型侦察与监视卫星系统建设，多个新型侦察监视卫星项目取得一定进展。欧洲侦察监视卫星系统以法国、德国和意大利为主，尤其是德国和法国，在侦察与监视卫星的研制上领先于欧洲其他国家。当前，德国和法国正在研究下一代成像侦察系统；意大利也开始启动第二代雷达卫星系统的研制工作。

“多国天基成像系统”项目是意大利、法国、德国、西班牙和希腊于2006年联合提出的军事侦察监视卫星系统，最初计划构建由可见光、雷达、红外和超广谱卫星组成的综合系统，并且允许相互通过安全方式访问对方的军事侦察卫星系统。但目前仅法国和意大利决定通过双边国防协议研究基于“通用互操作性层”的用户地面段间互操作性，涉及法国下一代“空间光学组件”侦察卫星和意大利第二代“地中海盆地观测小卫星星座”军民两用卫星系统。

法国现役光学侦察监视卫星包括2颗“太阳神”-2军用卫星和2颗“昂宿星”军民两用卫星，分辨率分别为0.25米和0.7米。当前，法国正在积极推进新一代“空间光学组件”卫星系统建设。 “空间光学组件”卫星的分辨率将优于0.5米。2015年2月，德国和法国签署侦察卫星系统的合作备忘录，其中德国将投资法国第3颗“空间光学组件”光学侦察卫星，承担略低于50%的研制成本，以获得整个3颗卫星星座的20%数据访问权。根据发射计划，“空间光学组件”的前2颗卫星将分别在2017年和2018年发射。

意大利已部署多颗卫星组成的第一代“地中海盆地观测小卫星星座”雷达侦察监视卫星系统，系统由同一轨道面的4颗卫星组成，在实现高分辨率成像的同时，还具备一定的动目标监视能力。意大利于2015年9月与泰勒斯·阿莱尼亚航天公司签署“第二代地中海盆地观测小卫星星座”军民两用雷达卫星系统的研发合同，包括对2颗卫星和地面设施的详细设计，并完成建造首颗卫星、采购第2颗卫星所需设备以及整个地面段的建设。第二代系统将建造2颗X频段（中心频率9.6吉赫兹）雷达成像卫星，可实现亚米级成像。为保证与第一代系统服务的连续性，首颗卫星计划于2018年上半年实现发射运行。

“合成孔径雷达-放大镜”是德国发展的第一代雷达侦察监视卫星系统，系统由分布在3个轨道面的5颗卫星组成，其分辨率可达到0.5米。当前，德国正在研制德国第二代雷达侦察卫星系统SARah，用于替代现役的“合成孔径雷达-放大镜”，预计在2019年前后完成部署。SARah系统由3颗编队飞行的卫星组成，其中一颗为主动卫星，采用相控阵天线，负责向地表发射雷达信号，另外2颗为被动卫星，均采用SARah-Lupe卫星类似的抛物反射面天线，用于分别接受经过地表散射的雷达信号。SARah系统强调在提高空间分辨率性能（可优于0.5米）的同时，利用双星任务采用的编队飞行控制技术和干涉合成孔径雷达技术，通过被动卫星的不同编队飞行模式可实现多种基于合成孔径雷达的干涉工作模式，包括数字高程模型和动目标指示等。

法国“太阳神-2A”侦察卫星

日本不断完善侦察卫星系统

日本以应对朝鲜发射弹道导弹为由，从20世纪末开始实施侦察卫星计划，批准发展“情报收集系统”系统，迄今已发射两代共8颗光学侦察卫星和7颗雷达侦察卫星，逐步构建了军用侦察卫星。

“情报收集系统”卫星的标准配置是“2颗光学+2颗雷达+1颗数据中继”协同在轨工作，即“2+2+1”模式。2015年2月1日和3月26日，日本分别发射1颗雷达侦察卫星和1颗光学侦察卫星，使日本在轨侦察卫星数量达到7颗（光学侦察卫星4颗，雷达侦察卫星3颗），基本具备全天时、全天候侦察能力，可保证对全球各地的目标每天至少侦察1次。其中，光学侦察卫星分辨率为0.6米，雷达侦察卫星分辨率为1米，还有一颗光学侦察卫星试验星的分辨率可能超过0.4米级，能够对机场设施、导弹阵地、水面舰艇、水面航行状态或港口停泊状态的核潜艇进行较为详细的描述和解析。

在积极完善和补充原有系统的同时，日本加紧谋划IGS系统未来发展。2015年11月，日本宇宙政策委员会发布的《宇宙基本计划》修订草案建议将星座组成由目前的4颗卫星增加至8颗卫星。新的IGS系统将由10颗卫星组成，包括4颗光学卫星和4颗雷达卫星，以及2颗配合使用的数据中继卫星。这将保证对全球各地的目标每天侦察多次，进一步提升日本天基侦察能力。

侦察与监视卫星技术未来发展

当前，国外正在积极开展新一代军用侦察与监视卫星技术的研究，重点研发具有更高时间分辨率和光谱分辨率的侦察与监视卫星系统，如高轨道薄膜衍射成像技术、超光谱成像技术和超广谱成像技术等。

高轨道光学成像技术 为解决高轨高分辨率成像的超大口径光学系统问题，美国在2010年提出了“薄膜光学实时成像仪”MOIRE项目，目的是利用轻质、可折叠的薄膜镜片替代传统光学系统的玻璃镜片，根据衍射成像原理实现高轨光学成像卫星对目标区域的长期定点凝视。2014年5月，美国完成MOIRE设计试验，标志着美军薄膜衍射成像技术取得关键性突破。与传统的玻璃光学系统相比，该系统采用超轻薄膜衍射成像技术，更易实现超大口径和高轨高时空分辨率，可大幅降低系统重量、生产成本和镜面加工精度要求。天基薄膜衍射成像技术代表了未来卫星成像技术发展的重要方向，可使静止轨道光学成像卫星同时具备高空间分辨率和高时间分辨率，还有助于低轨高分辨率卫星实现超小型化和低成本。

超光谱成像技术 超光谱成像技术具有反映目标光谱特征的特点，有助于探测并发现战场伪装目标和隐蔽目标。该项技术目前存在的主要问题在于海量信息的数据处理与传输、高信噪比成像器件等。近年来，卫星超光谱成像技术得到了快速发展。美国和欧空局均已进行了在轨验证，德国和日本也正在开展相关技术的研究。

超时间成像技术 超时间成像探测器以多光谱或高光谱成像传感器为基础，利用多个不同波段光谱，以固定时间间隔对地面进行多光谱成像，并对所获图像进行实时融合，从而获得“超时间图像”。这种新型探测器既可以利用多个不同波段光谱，获取比简单可见光成像更多的场景信息，又可以利用多个时间段成像，发现随时间变化的场景信息，获得更高时间分辨率图像。

责任编辑：彭振忠