太空鷹眼-SBIRS與STSS

1、太空鷹眼-SBIRS與STSS 作為偵察和導(dǎo)彈防御體系的一部分，美國(guó)的天基紅外預(yù)警系統(tǒng)有著悠久的歷史。目前的預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)是第三代國(guó)防支援計(jì)劃系統(tǒng)。目前的DSP星座由4顆工作性和1顆備用星組成，運(yùn)行在地球靜止軌道上，具備變軌到大橢圓軌道的能力以實(shí)現(xiàn)對(duì)高緯度地區(qū)的有效監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)在使用的天基預(yù)警系統(tǒng)衛(wèi)星DSP Phase III由于DSP衛(wèi)星設(shè)計(jì)之初是為了探測(cè)遠(yuǎn)程和洲際彈道導(dǎo)彈，對(duì)于中短程彈道導(dǎo)彈的探測(cè)能力不足，此外DSP衛(wèi)星不能穿透云層，濾波和跟蹤能力不足，整個(gè)系統(tǒng)尤其是地面站的信息融合能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足新時(shí)期彈道導(dǎo)彈防御預(yù)警的要求。為了完善預(yù)警探測(cè)能力，美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)了天基紅外系統(tǒng)(SB

2、IRS)以取代DSP系統(tǒng)提供導(dǎo)彈預(yù)警等功能，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)彈道中段目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別，增加了繼承自星球大戰(zhàn)亮眼(Brilliant Eyes)低軌道星座，由此形成了SBIRS-High和SBIRS-Low的高低軌道復(fù)合型星座配置。SBIRS的早期規(guī)劃里，計(jì)劃高軌道部分配置4顆靜止軌道衛(wèi)星和2顆高橢圓軌道衛(wèi)星，主要用于探測(cè)和跟蹤助推段的彈道導(dǎo)彈；低軌道部分配置約24顆衛(wèi)星，軌道高度約1600公里，用于捕獲，跟蹤飛行中段的彈道導(dǎo)彈，分辨誘餌和彈頭，為攔截器提供目標(biāo)精確定位。SBIRS-High和STSS. STSS可以做到全程跟蹤探測(cè)2001年，隨著SBIRS-Low系統(tǒng)由美國(guó)空軍移交給彈道

3、導(dǎo)彈防御局，系統(tǒng)改稱太空跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)(STSS)，現(xiàn)在所稱的SBIRS系統(tǒng)一般特指原有的SBIRS-High。紅外傳感器采用雙探測(cè)器方案，每顆高軌道衛(wèi)星安裝一臺(tái)寬視場(chǎng)的高速掃描探測(cè)器和窄視場(chǎng)凝視跟蹤探測(cè)器，通過兩者的結(jié)合，使SBIRS衛(wèi)星的掃描速度和靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DSP衛(wèi)星，同時(shí)覆蓋面積也大得多。高軌道衛(wèi)星之間本身不進(jìn)行通信，不過可以和低軌道進(jìn)行相互通信以做到接力跟蹤。STSS衛(wèi)星分布在三個(gè)不同平面的太陽(yáng)同步軌道上，這些低軌道衛(wèi)星裝備了寬視場(chǎng)掃描探測(cè)器和窄視場(chǎng)凝視多光譜探測(cè)器。寬視場(chǎng)掃描探測(cè)器可以捕獲地平線以下彈道導(dǎo)彈的尾焰，以盡快完成高軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)交的跟蹤工作，窄視場(chǎng)多光譜探測(cè)器具有中長(zhǎng)波和

4、可見光探測(cè)能力，能鎖定目標(biāo)并對(duì)整個(gè)彈道中段和再入段進(jìn)行跟蹤，利用極為靈敏的多光譜探測(cè)器，STSS可以實(shí)現(xiàn)對(duì)助推器燃盡后母艙彈頭等冷目標(biāo)的探測(cè)，在雜波和噪聲中跟蹤彈頭分離并具有分辨彈頭，彈頭母艙，輕重光學(xué)雷達(dá)誘餌的能力。STSS系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈彈頭的精確定位，是通過4顆STSS衛(wèi)星同時(shí)探測(cè)到并跟蹤為前提，具有很高的定位精度。對(duì)于遠(yuǎn)程和洲際導(dǎo)彈，通過SBIRS和STSS的配合探測(cè)，可以在助推段，上升段，中段和再入段實(shí)現(xiàn)對(duì)彈道導(dǎo)彈的全程探測(cè)與跟蹤，通過精確定位為攔截導(dǎo)彈提供坐標(biāo)，在來(lái)襲導(dǎo)彈進(jìn)入陸基?；走_(dá)探測(cè)范圍前發(fā)射，實(shí)現(xiàn)多層攔截提高攔截成功率。測(cè)試中的SBIRS HEO衛(wèi)星按現(xiàn)有的合同，SBIRS

5、系統(tǒng)包括4顆高橢圓軌道(HEO)衛(wèi)星和5顆靜止軌道(GEO)衛(wèi)星。SBIRS GEO衛(wèi)星采用洛克希德公司的A2100衛(wèi)星平臺(tái)，12年設(shè)計(jì)壽命，衛(wèi)星平臺(tái)使用三軸穩(wěn)定，電源功率約2800瓦，重量約4500千克，作為有效載荷紅外傳感器重量約450千克。自1996年美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)天基紅外高軌道系統(tǒng)計(jì)劃以來(lái)，SBIRS進(jìn)度不斷拖延，原定SBIRS GEO首顆衛(wèi)星于2004年發(fā)射，但2002年調(diào)整合同拖延到2006年發(fā)射，2004年部署時(shí)間再次延后發(fā)射再次延期，推遲到2007年，最后發(fā)射又推遲到2011年，結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重超支，所需預(yù)算倍增，從1996年合同的21億美元增加到75億美元

6、。熱真空測(cè)試中的SBIRS GEO衛(wèi)星因?yàn)镾BIRS計(jì)劃一直存在問題，美國(guó)國(guó)防部2006年開始實(shí)施一套并行計(jì)劃，即“替代性紅外衛(wèi)星系統(tǒng)”(AIRSS)。這個(gè)計(jì)劃旨確保即使SBIRS研制失敗，仍能確保美國(guó)擁有可靠的導(dǎo)彈預(yù)警與防御能力，也可能作為廉價(jià)的SBIRS-高軌衛(wèi)星系統(tǒng)的替代品。相對(duì)而言，高橢圓衛(wèi)星的進(jìn)度要順利得多，SBIRS HEO-1和HEO-2已經(jīng)于2006年和2008年發(fā)射升空，HEO-3和HEO-4也將在未來(lái)陸續(xù)發(fā)射。SBIRS HEO性能令人滿意，這是SBIRS HEO-2于2009年6月11日拍攝的Delta II 7920H軌跡美國(guó)空軍和洛克希德馬丁公司宣布HEO-

7、1和HEO-2有效載荷的性能甚至超過了預(yù)計(jì)指標(biāo)，這對(duì)進(jìn)度拖延經(jīng)費(fèi)超支之下困難重重的SBIRS系統(tǒng)來(lái)說是個(gè)不錯(cuò)的好消息。不過SBIRS-GEO軌道的衛(wèi)星繼續(xù)拖延，甚至可能無(wú)法在2011年順利發(fā)射交付使用。      STSS系統(tǒng)包括24顆小型衛(wèi)星，重量約1000千克，其數(shù)據(jù)鏈支持衛(wèi)星間60g通信和衛(wèi)星地面間40/20g通信。STSS的靈敏度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有系統(tǒng)，這對(duì)研制工作提出了很高的挑戰(zhàn)，所以整個(gè)計(jì)劃一直受到經(jīng)費(fèi)超支的困擾不足為奇。1999年美國(guó)空軍把低軌道衛(wèi)星部署時(shí)間推到到2006年，由于所用技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)太大，評(píng)估試驗(yàn)進(jìn)度大大拖延，總投入可能從2000

8、年初估計(jì)的106億美元增加到230億美元以致更多。原定計(jì)劃的2006年首次發(fā)射，也推遲到2008年，最后2009年9月發(fā)射頭兩顆衛(wèi)星。低軌道的STSS衛(wèi)星，計(jì)劃部署24顆，實(shí)現(xiàn)24X7時(shí)間全球范圍全程彈道跟蹤探測(cè)能力盡管SBIRS和STSS存在諸多問題，研制過程也不順利，但是作為新一代天基預(yù)警系統(tǒng)卻是彈道導(dǎo)彈防御體系的基石。以防御洲際彈道導(dǎo)彈來(lái)說，SBIRS衛(wèi)星比現(xiàn)有的DSP衛(wèi)星敏感得多，可以可以透過云層監(jiān)視，在導(dǎo)彈一點(diǎn)火發(fā)射即可探測(cè)到，同時(shí)探測(cè)范圍也有質(zhì)的增強(qiáng)。SBIRS采用的掃描探測(cè)器采用一維陣列對(duì)地球南北半球進(jìn)行掃描，探測(cè)到強(qiáng)紅外輻射后交由24000單元的凝視焦平面陣列進(jìn)行二維跟蹤。以A

9、PS報(bào)告設(shè)定的7公里云層高度為例，由于可以穿透云層探測(cè)，對(duì)于固體洲際彈道，探測(cè)時(shí)間可以提前30秒，對(duì)于液體洲際導(dǎo)彈則提前45秒。STSS衛(wèi)星盡管采用較為廉價(jià)的小衛(wèi)星平臺(tái)，但是紅外傳感器的性能也十分出色。以作為試驗(yàn)的中段空間實(shí)驗(yàn)(MSX)搭載的設(shè)備為例：寬視場(chǎng)短紅外探測(cè)器波段在13微米之間，口徑在50厘米以上；中長(zhǎng)波紅外探測(cè)器波段在416微米之間，口徑在50厘米以上；可見光探測(cè)器波段在0.30.7微米之間，口徑超過20厘米。根據(jù)瑞利公式，短紅外探測(cè)器對(duì)于1500公里外的目標(biāo)仍然具有3米左右的分辨能力，可以有效識(shí)別導(dǎo)彈尾焰。不過同樣根據(jù)瑞利公式，中長(zhǎng)波紅外探測(cè)器在1000公里外對(duì)目標(biāo)分辨能力已經(jīng)大

10、于10米，無(wú)法對(duì)2米左右尺寸的彈頭進(jìn)行成像。不過探測(cè)距離要遠(yuǎn)得多，對(duì)于300K溫度的典型目標(biāo)，中長(zhǎng)波紅外探測(cè)器具有高達(dá)30000公里的理論探測(cè)距離，即使降溫到200K溫度，也有高達(dá)7000公里的理論探測(cè)距離。諾斯羅普官方介紹:STSS衛(wèi)星分辨母艙，彈頭，誘餌的想象圖STSS對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)天基紅外預(yù)警系統(tǒng)的特色在于對(duì)飛行彈道中段的跟蹤，并能分辨彈頭與誘餌。由于無(wú)論是彈頭，誘餌還是母艙在STSS的探測(cè)器上都是點(diǎn)狀目標(biāo)，因此STSS衛(wèi)星是通過光譜等信息來(lái)進(jìn)行識(shí)別的。，其主要特征有以下幾個(gè)：由于工藝的不同，誘餌和彈頭的溫度特征會(huì)有較大差異，STSS凝視陣探測(cè)器通過多個(gè)波段檢測(cè)溫度差異進(jìn)行區(qū)分；由于質(zhì)量的不

11、同，因此彈頭和誘餌熱容量不同，導(dǎo)致其溫度變化率不同，STSS的探測(cè)器可以通過多波段探測(cè)器連續(xù)觀測(cè)目標(biāo)溫度變化，計(jì)算變化率以區(qū)分真?zhèn)文繕?biāo)；彈頭和誘餌表面材料的不同，導(dǎo)致發(fā)射率不同，通過分析輻射譜分布特征可以區(qū)分材料不同；此外確定目標(biāo)溫度后，和目標(biāo)紅外發(fā)射率后，可以確定目標(biāo)的表面積，由此間接推算目標(biāo)大小，區(qū)分彈頭和碎片。通過這些方法，配合靈敏的探測(cè)器，STSS不僅可以探測(cè)跟蹤彈道中段的冷目標(biāo)，還可以區(qū)分目標(biāo)和誘餌，引導(dǎo)攔截器進(jìn)行攔截。STSS全程跟蹤探測(cè)示意圖，DSP將被更強(qiáng)大的SBIRS GEO衛(wèi)星代替當(dāng)然，天基紅外預(yù)警系統(tǒng)不是萬(wàn)能的，目前還無(wú)法取代陸基?；蠊β世走_(dá)的作用，但是沒有SBIRS和

12、STSS的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，由于地面雷達(dá)存在盲區(qū)，探測(cè)距離有限，更無(wú)法在第一時(shí)間探測(cè)到彈道導(dǎo)彈的發(fā)射，其作戰(zhàn)效能將急劇下降，說失去中段攔截能力也不為過?？梢哉f，SBIRS和STSS系統(tǒng)是彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)中當(dāng)之無(wú)愧的力量倍增器。隨著今后SBIRS和STSS的逐步建成，美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能將提升到一個(gè)前所未有的高度。2010年1月11日晚8點(diǎn)58分，根據(jù)新華社正式發(fā)布的新聞，中國(guó)11日在境內(nèi)進(jìn)行了一次陸基中段反導(dǎo)攔截技術(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目的。這是中國(guó)國(guó)家彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的第一次反導(dǎo)測(cè)試。此前在2007年1月11日我國(guó)反衛(wèi)星試驗(yàn)公開后，根據(jù)美國(guó)報(bào)道，我國(guó)在2005年7月7日和2006年2月6日分別進(jìn)行了兩次攔截測(cè)試。根據(jù)相關(guān)公開信息分析，這四次試驗(yàn)均屬于國(guó)家彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的測(cè)試，經(jīng)歷多次測(cè)試后，我國(guó)的陸基中段反導(dǎo)攔截彈已經(jīng)追上了美國(guó)10年前的水平，但這并不意味著我們能有美國(guó)10年的導(dǎo)彈防御水平，其中的關(guān)鍵就在于我國(guó)缺乏天基預(yù)警能力。在發(fā)展陸基中段反導(dǎo)攔截彈的同時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)作為陸基中段反導(dǎo)能力必不可少的部分也進(jìn)行了大量的開發(fā)工作。目前我國(guó)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)測(cè)試，仍然只能使用大型X波段陸基遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)，這對(duì)測(cè)試的時(shí)間和地點(diǎn)都有很多限制。更重要的是，和美國(guó)擁有優(yōu)越的地緣政治形勢(shì)不同，我國(guó)缺少海外基地部署X波段預(yù)警雷達(dá)；美國(guó)擁有北極阿拉斯加這種任何敵方陸基彈道導(dǎo)彈來(lái)襲