解读美军天基空间监视系统 太空将成美后花园

  从广义上讲,对所有发生在空间的事件、威胁、活动和状态进行感知,能使指挥决策和操作人员获取并维持空间优势,这才是太空态势感知的应有之意。当前,美军编织网罗太空的态势感知网,主要通过对原有陆基感知设备的延寿升级、研发新型空间感知设备等方式进行,尤其是美国空军精心构筑的“太空篱笆”项目,依托新型陆基相控阵雷达,能取代日益老化的空间监视系统,实现对更小轨道目标的追踪与感知。此外,为有效应对太空感知的海量数据,美军还专门通过“联合空间作战中心任务系统”实现各类传感数据的有效整合。

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美国在轨部署的空间监视卫星

  目前,作为太空态势感知领域的“领头羊”,美国已经具备对进入空间的多种目标和空间活动的态势感知能力。美国的“上帝之眼”低轨目标分辨率可达5cm、静止轨道目标分辨率50cm,能跟踪2.3万个在轨卫星和直径数厘米以上的空间碎片,对几乎所有在轨工作飞行器可谓“了如指掌”。

  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)。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1997年完成技术验证,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新一代天基空间目标监视系统上。

  感知太空的步伐从未止步

  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。

  未来,加强太空态势感知的国际合作将成为发展的主流。美国军方已同英、韩、法、加、意、日、澳以及欧洲航天局、欧洲气象卫星应用组织等国家和组织签署空间态势感知数据共享协议。美国国防部高级研究计划局开展的“太空视界”项目,也希望美国天文界积极配合军方的“太空监视网络”建设。

  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更多的挑战。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,最大可以达到15公里/秒。怎样在这样的高速条件下对目标进行观测和跟踪,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。

  助力“星球大战”般战力提升

  除上述大型的天基空间目标监视系统以外,美国空军还积极研制微小卫星,让其成为空间监视力量的重要组成部分。微小卫星成本低、研制周期短,可以在战时或紧急时刻及时发射,并且可以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。美军未来空间监视中微小卫星应用的方案包括:一、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。二、针对需要特别保护的合作空间资产,可以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。

  在太空态势感知系统建设上,美国也充分发挥了“军民融合”的巨大优势。美军在太空态势感知建设上形成了以国防部和国家情报总监办公室为领导,美国军方与情报界为主要建设力量,其他民事、商业、国外机构为补充的军民融合式建设格局。通过各部门技术手段的有机整合,美国的太空态势感知建设才驶入了高速发展的“快车道”。

  经过50多年的发展,美国建立了部署在全球多个地点,由30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,美国地基空间目标监视系统还不能充分满足美军空间态势感知和空间对抗的军事需求。一是还有覆盖盲区,二是地基观测设备受到天气、大气环境的影响较大,容易发生观测误差。

  在太空态势感知领域,谁也不甘落后。俄罗斯目前主要沿用部署于苏联时期的太空监视系统,未来将重点增强微小目标探测和空间目标特性分析实力,为空间攻防提供有力支撑。英国、法国等欧洲国家都拥有各自分立的空间目标监视系统,目前主要缺乏联网运行的整体规划。日本宇宙航空研究开发机构正在研制新型地基监视雷达,可用于探测直径10厘米的太空碎片,成为日本创建独立太空态势感知体制所迈出的第一步。

  2011年2月4日,美国五角大楼公布了《美国国家安全太空战略》,该战略中明确提出:“我们将提高我们的情报能力,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,因为它们是我们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。”因此,美国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。

  出品:科普中国

  日前,美国空军太空司令部宣称“天基太空监视系统”(SBSS)10单元的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。这个卫星由轨道科学公司在2010年9月25日发射升空,是SBSS系统的第一个卫星。根据计划,随后将发射的SBSS系统20单元是由4颗卫星组成的星座,比10单元功能更强,稳定性更好。

  对太空中的情况“了如指掌”

  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,他们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。

  监制:光明网科普事业部

  其他各国天基空间目标监视系统

  随着美国在太空态势感知领域“功力”的不断提升,预计到2020年,美国在全球的空间感知盲区将显著缩小,甚至具备空间广域威胁告警与评估能力。未来,美国太空态势感知系统对低轨空间目标的探测和定位精度将分别提高到1厘米和10米,预测准确率将提高到99%,连“茫茫太空总的一粒尘埃”也不会放过。

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  进入21世纪,美国进一步把太空态势感知作为保障太空安全、维持太空军事优势的重要筹码,并于2001年启动了太空态势感知倡议计划。此后,美军加速整合太空态势感知网络,并于2007年启动了一体化空间态势感知计划,通过集成火箭发射探测、航天器监视跟踪和空间环境监测等任务集群,形成面向空间作战的太空态势感知能力。

  “天基太空监视系统”(SBSS)是美国空间态势感知能力建设的重要发展方向。SBSS系统将同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。那么,空间态势感知的意义何在?天基空间监视系统的特点和优势在哪里?各国的发展情况又是怎样?请看科技日报特约专稿——让太空目标无所遁形的“天眼”

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