“探路者”太空侦察卫星

+ 刘进军

“探路者”太空侦察卫星

+ 刘进军

太空篱笆

1980年代后，美国太空监视网在全球部署了33个地面雷达站和光学望远镜。它们紧盯太空，能同时监视各国卫星的1.85万个轨道目标，号称“太空篱笆”（Space Fence）。美国太空监视网能够检测10厘米的太空飞行体，探测深度达3万千米。

由于雷达和光学望远镜受天气、大气、日光、电波的影响，监测能力有限，另外，这些仪器只能间歇性地瞥见太空轨道的物体，所以美国认为这道“太空篱笆”监控功能有限。2013年9月，美国空军太空司令部司令威廉·谢尔顿下令：“太空篱笆”系统停止作战！

太空中有1000多颗卫星，其中有500多颗各国军用卫星。美国十分希望随时掌握这些卫星的动向。美国国防部一直在叫嚷：一些太空物体，未来将威胁美国的航天器。19世纪80年代，美国军方希望建造一种能及时锁定卫星和太空飞行器的太空监视卫星，保护美国的太空资产。

美国的太空资产的范围广泛，包括通信卫星、导航卫星、气象卫星、太空望远镜、地球观测卫星等商业、民用和军事航天器。为了保护这些太空资产，美国需要研制一种能够探测和跟踪空间物体的天基太空侦察系统。这对美国来说非常重要，他们迫切需要监控那些被认为可能的威胁对象，不论是真有威胁的还是一些假想敌。天基太空侦察系统能为美国空军太空侦察网提供天基传感器，有能力在任何时间和空间探测卫星碎片或其他遥远的空间物体。

从地球侦察到太空侦察

1996年4月24日，美国国防部弹道导弹防御组织从范登堡空军基地发射“德尔塔-7920”火箭，将“中段空间实验”号卫星送入轨道。卫星运行在近地点897千米，远地点907 千米，轨道倾角 99.4°的太阳同步轨道。

“中段空间实验”号卫星，昵称“天狼”中段空间实验卫星，重量2700千克，由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制。“天狼”号卫星装载了许多美国弹道导弹防御组织的实验仪器:

“勇气-3”太空红外成像望远镜

紫外线、可见光仪和光谱仪

太空可视仪器

星载信号与数据处理器

2 厘米直径球体，可部署参考对象。

“天狼”号中段空间实验卫星

“天狼”号卫星展示了不同的多光谱成像技术, 通过观察导弹发射和轨道碎片来识别和跟踪飞行过程中的弹道导弹。此外, “天狼”号卫星还通过观察臭氧、氯氟碳、二氧化碳和甲烷，测量地球大气层的组成和动态。

1997年, “天狼”号卫星在冷却剂耗尽后停止运行。因为不需要被保存在低温温度中，可见光传感器、太空可视仪器仍可操作。在寿命期间，“天狼”号卫星飞行在接近地球同步轨道，用于跟踪卫星和残骸。2008年6月, 太空可视仪器失灵后,卫星停止工作。

“探路者”太空侦察卫星的理想图

为了验证“天狼”号卫星的眼力和能力，美国空军连续发射了几枚火箭，仿真洲际导弹飞行。“天狼”号犀利的目光一眼就将刚刚飞上太空的火箭认出来，并详细描绘了所有飞行参数。

在太空中，“天狼”号卫星进行实验，发射了几颗2 厘米直径球体。这些2 厘米直径球体飞到很远的空间，“天狼”仍然依稀可见。2 厘米直径球体到底飞到多远的空间呢？“天狼”能看见多远的2 厘米直径球体呢？这是军事秘密，绝不告诉别人！

“天狼”太空侦察卫星主要任务是：太空侦察，太空监视，实时传输下行信号，并自动生成卫星星历，提供太空侦察、太空监视和导弹预警。

2000年以来，美国开始计划建造“探路者”太空监视卫星。它的真正意义是太空侦察卫星，用从侦察、监视太空里飞行的洲际导弹和运载火箭。它是一道真正的“太空篱笆”。在十多年研制生涯中，“探路者”卫星努力达到了能识别和检测各国火箭和洲际导弹飞行的技术。

2008年12月，“中段空间实验”号卫星计划完成使命，停止运营。新一代“太空篱笆”—— “探路者”太空侦察卫星已经诞生！它会是什么样呢？

“探路者”太空侦察卫星指挥中心

太空侦察卫星

“探路者”太空侦察卫星的老东家是美国战略司令部、联合太空司令部、美国导弹防御局。位于美国加利福尼亚州洛杉矶的美国空军太空与导弹系统中心负责研发测试。2004年3月，美国导弹防御局、美国空军太空与导弹系统中心授权美国诺斯洛普·格鲁曼航天技术公司、波音公司、鲍尔宇航技术公司制造“探路者”太空侦察卫星。这是一个卫星星座和支持基础设施的计划，将改善美国国防部在轨道上检测和跟踪太空物体的能力。

2004年开始，诺斯洛普·格鲁曼航天技术公司总承包，波音公司负责研制飞行控制系统，鲍尔宇航技术公司负责制造卫星平台。美国波音公司与美国鲍尔宇航技术公司合作设计和提供的新型太空监视传感器航天器和相关地面段。作为主要承包商，波音公司全面负责“探路者”太空侦察卫星，包括地面系统和初始任务操作系统等太空运行系统。

“探路者”卫星徽章：一只大灰狼仰天长啸。美国导弹防御局、空军太空与导弹系统中心、波音公司、鲍尔宇航技术公司的大名赫然在目。

位于加利福尼亚州海豹海滩的波音公司的太空与情报系统部门和位于科罗拉多州斯普林斯和亚利桑那州钱德尔的任务系统操作公司共同负责项目管理与任务管理、系统工程与集成、太空飞行器任务数据处理硬件和软件、建模与仿真、发射工程和集成、地面部分软件和硬件开发与集成、用户接口、测控和基础软件、任务操作和维护、在轨初始化和运行、安全和可靠性测试等仪器系统。

位于科罗拉多州博尔德的鲍尔宇航技术公司防务制造系统公司，利用波音公司的机载任务处理器，负责卫星平台、有效载荷、在轨初始化和运行、操作与维护支持；位于佛罗里达州墨尔本的哈里斯公司负责卫星指挥与控制软件；位于美国马萨诸塞州波士顿的麻省理工学院/林肯实验室负责任务规划软件、地面任务数据处理软件。

“探路者”太空侦察卫星计划

美国半导体技术联合公司负责卫星收集图像光学仪器的关键部分——电荷耦合器（CCD）。为了获得高质量、达到太空飞行级别，半导体技术联合公司与亚利桑那大学成像技术实验室进行合作，亚利桑那大学成像技术实验室负责晶片处理和涂层。

“探路者”太空侦察卫星采用鲍尔宇航公司的“BCP-2000”型卫星平台，与美国最先进的“快鸟”号地球观测卫星的卫星平台一样。2007年底，“探路者”卫星完成。2010年6月，“探路者”通过一系列工程测试。“探路者”卫星计划花费8.23亿美元，包括卫星、有效载荷、发射和地面支持系统。卫星有效载荷的资金约占总数的40%。

鲍尔宇航技术公司测试“探路者”太空侦察卫星

“探路者”太空侦察卫星

“探路者”（SBSS）太空侦察卫星是一颗专门躲在太空里，侦察、监视太空中飞行的洲际导弹和卫星的光学侦察卫星。它重1031千克，三轴稳定系统，“BCP-2000”卫星平台，2个太阳能帆板提供840瓦的电力，设计寿命7年。卫星有效载荷包括：可见光传感器、大口径宽视角光学望远镜、低噪声电子仪器、2轴高度灵活万向云台、可编程处理器。

“探路者”卫星装载了一个直径30厘米，重约225千克的大型光学望远镜，镜片大约50微弧度。它在地球静止轨道上观察的分辨率为20米，在低地球轨道为几十厘米。而洲际导弹一般直径2～4米，长度20～30米，都逃不过“探路者”的探测。

尤为重要的是，这个大型光学望远镜安装在一个灵活的两轴万向云台上，有最大的回转速度和旋转范围，地面的控制人员可在目标之间快速移动摄像机，无须转动整颗卫星，不必为整个航天器变轨花费时间和燃料，就可定位并跟踪物体。这种灵活的传感器能寻找和跟踪空间物体，甚至新的导弹、火箭发射和演习，比以前的太空传感器具有更快的速度、更大的能力容量和更大的灵敏度，包括：灵敏度增加2倍，检测威胁快2倍，检测威胁的概率增加2倍，能力容量提高10倍。

“探路者”太空侦察卫星：瞄准太空、监视太空

“探路者”太空侦察卫星怎样在太空监测洲际导弹呢？洲际导弹的飞行时序分为3个阶段：发射升空阶段、太空飞行阶段（中段飞行阶段）和重返地球阶段。“探路者”卫星可以在太空飞行阶段发现并监测到洲际导弹的飞行状态和攻击目标。

太空侦察卫星可装载红外、光学、雷达、多光谱等有效载荷和侦测仪器。当洲际导弹在天空、太空飞行时，一定会发出火焰、温度、亮光和红外线。红外太空侦察卫星的红外探测器会在几秒钟内捕捉、发现、识别和检测洲际导弹的飞行参数。“探路者”卫星以光学望远镜侦测卫星、洲际导弹。它第一次以光学系统演示识别与跟踪太空飞行阶段的洲际导弹，意义非常重大。

“探路者”卫星的地面操作中心位于加利福尼亚州洛杉矶空军基地的美国空军太空与导弹系统中心。天基空间监视站设在位于科罗拉多州斯普林斯的波音公司。

“探路者”太空侦察卫星的侦察监视任务：地球轨道上物体的数量、定位数据、目标识别，至少每天在地球同步轨道上进行一次检测，审查每一颗航天器。

万向云台上的2轴高度灵活的光学探测器

“探路者”太空侦察卫星：侦察和监视太空

“探路者”太空侦察卫星的装备

美国国防部将“探路者”太空侦察卫星搜索、监视、跟踪收集到的洲际导弹数据，进行分析、判断和决定，支持世界各地的军事行动，美国宇航局的卫星、航天飞机和国际空间站也可避免太空碎片的碰撞。

“探路者”太空侦察卫星执行太空监视，具体来说有如下3大任务：

1.科学任务：部署在地球同步静止轨道上，居高临下，利用可见光传感器搜索、监视和跟踪太空碎片、宇宙空间碎片；

2.侦察任务：卫星利用先进的探测器监视、侦察和跟踪各类卫星、飞行体、洲际导弹和反卫星武器；

3.军事任务：检测、跟踪、分析、预警进出入大气层的洲际导弹。

原来，第1颗“探路者”太空侦察卫星定于2008年12月发射，后被推迟到2009年春天，再推迟到2009年11月22日。发射延误的原因是“米诺塔尔-4”运载火箭，而不是卫星。“米诺塔尔-4”运载火箭，又名“牛头怪”运载火箭，由美国轨道科学公司建造，低地轨道的运载量为1.7吨。这次发射是它的第一次任务。

2010年9月26日，美国国防部代号“USA-216”的第1颗光学太空侦察卫星——“探路者”太空侦察卫星，终于在美国范登堡空军基地搭乘“米诺塔尔-4”运载火箭发射升空，运行在630千米的太阳同步轨道上。

美国导弹防御局通过美国空军太空与导弹系统中心协调开发工作，空间与导弹系统中心的空间优势系统联队空间情境意识大队负责太空侦察卫星操作中心。太空情境意识大队指挥官认为：太空侦察卫星将改变空间情境意识，通过卫星传感器提供及时和实时的空间响应，这种能力是未来制胜的关键。

“探路者”太空侦察卫星能大大增强美军的太空监视能力，是美国空军获得“制天权”的又一杀手。美国国防部计划建立一个由10颗卫星组成的卫星星座，将来扩大为更大的20颗卫星组成的太空侦察系统，在较短的时限提供更小的空间物体的全球监视。美军称：我们将看清太空的一举一动。这将是一个重要的里程碑。

美国导弹防御局说“探路者”卫星真能干！它拍摄的高保真图像，使洲际导弹暴露无遗，毫无藏身之处。“探路者”跟踪卫星、太空碎片、反卫星武器，效果超出想象，开辟了一条崭新的太空侦察道路。