SBSS衛(wèi)星想像圖

“天基太空監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）是美國(guó)空間態(tài)勢(shì)感知能力建設(shè)的重要發(fā)展方向。SBSS系統(tǒng)將同其他空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)一起組成全方位的空間目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng)，讓太空目標(biāo)無(wú)所遁形。那么，空間態(tài)勢(shì)感知的意義何在？天基空間監(jiān)視系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在哪里？各國(guó)的發(fā)展情況又是怎樣？請(qǐng)看科技日?qǐng)?bào)特約專(zhuān)稿——讓太空目標(biāo)無(wú)所遁形的“天眼”

日前，美國(guó)空軍太空司令部宣稱(chēng)“天基太空監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）10單元的衛(wèi)星已擁有初步作戰(zhàn)能力（IOC），這標(biāo)志著天基監(jiān)視系統(tǒng)在其研發(fā)周期內(nèi)已具有實(shí)戰(zhàn)能力。這個(gè)衛(wèi)星由軌道科學(xué)公司在2010年9月25日發(fā)射升空，是SBSS系統(tǒng)的第一個(gè)衛(wèi)星。根據(jù)計(jì)劃，隨后將發(fā)射的SBSS系統(tǒng)20單元是由4顆衛(wèi)星組成的星座，比10單元功能更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好。

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)軍方一直將空間態(tài)勢(shì)感知能力的構(gòu)建作為空間對(duì)抗準(zhǔn)備的重點(diǎn)發(fā)展方向。空間態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)負(fù)責(zé)獲取空間情報(bào)監(jiān)視偵察和環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，為防御性和進(jìn)攻性空間對(duì)抗提供全面的信息支持。隨著全球航天活動(dòng)的增加，空間碎片、空間碰撞問(wèn)題日益突出，特別是2009年美俄衛(wèi)星相撞事件后，美國(guó)軍方更加重視發(fā)展空間態(tài)勢(shì)感知能力。

天基空間目標(biāo)監(jiān)視優(yōu)勢(shì)明顯

從廣義上來(lái)講，空間的物體都是空間態(tài)勢(shì)感知的對(duì)象，如暫時(shí)經(jīng)過(guò)太空的戰(zhàn)略導(dǎo)彈中段、高低軌工作衛(wèi)星、廢棄衛(wèi)星、空間碎片，以及經(jīng)過(guò)近地空間的小行星和彗星、深空的行星和恒星等。而從狹義上來(lái)講，空間目標(biāo)監(jiān)視主要應(yīng)用在空間對(duì)抗和空間安全維護(hù)上，因此天基深空探測(cè)部分不在空間態(tài)勢(shì)感知的范圍內(nèi)，但在技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力上近地空間目標(biāo)監(jiān)視和天基深空探測(cè)有很多相似的地方。

2011年2月4日，美國(guó)五角大樓公布了《美國(guó)國(guó)家安全太空戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略中明確提出：“我們將提高我們的情報(bào)能力，加強(qiáng)預(yù)測(cè)性感知、特征描述、預(yù)警以及責(zé)任歸究，更好地監(jiān)控太空領(lǐng)域內(nèi)的活動(dòng)。因此，太空態(tài)勢(shì)感知和基礎(chǔ)性情報(bào)將繼續(xù)是最具優(yōu)先性的事務(wù)，因?yàn)樗鼈兪俏覀儽３至私庾匀桓蓴_的能力，了解其它行為體能力、活動(dòng)和意圖的關(guān)鍵。”同時(shí)，美國(guó)還將太空感知能力作為領(lǐng)導(dǎo)和約束其他航天國(guó)家的重要手段，“美國(guó)是太空態(tài)勢(shì)感知的領(lǐng)導(dǎo)者，可以使用其知識(shí)來(lái)促進(jìn)合作化太空感知關(guān)系，支持安全的太空活動(dòng)，并保護(hù)美國(guó)及盟國(guó)的太空能力和活動(dòng)。”因此，美國(guó)不斷加大空間態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的構(gòu)建，在繼續(xù)完善、增強(qiáng)地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的同時(shí)，加大了天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)。

經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，美國(guó)建立了部署在全球多個(gè)地點(diǎn)，由30多部探測(cè)雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、成像雷達(dá)、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以及無(wú)源射頻信號(hào)探測(cè)器組成的地基空間監(jiān)視網(wǎng)，可以編目管理大部分空間目標(biāo)。但總的來(lái)說(shuō)，美國(guó)地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)還不能充分滿(mǎn)足美軍空間態(tài)勢(shì)感知和空間對(duì)抗的軍事需求。一是還有覆蓋盲區(qū)，二是地基觀測(cè)設(shè)備受到天氣、大氣環(huán)境的影響較大，容易發(fā)生觀測(cè)誤差。

天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展則有效地彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)。在不同軌道上部署空間目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星、多顆衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)、天基系統(tǒng)與地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)相聯(lián)合等措施，將有效地減少對(duì)空間目標(biāo)的觀測(cè)盲區(qū)。盡管天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)受發(fā)射限制，不能攜帶大型的觀測(cè)設(shè)備，但因在軌道上可以近距離觀測(cè)某些目標(biāo)航天器，因而其觀測(cè)精度并沒(méi)有下降。相反，因在外太空沒(méi)有大氣遮擋，光學(xué)探測(cè)設(shè)備的能見(jiàn)性比地基設(shè)備的效果相對(duì)要好一些。特別是對(duì)地球同步軌道這樣擁有約3.6萬(wàn)公里高度的高軌衛(wèi)星目標(biāo)，天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)比地基系統(tǒng)有更好的探測(cè)效果。

天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)與對(duì)地偵察衛(wèi)星的功能有很多相似之處，都是偵察衛(wèi)星對(duì)感興趣的目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。不同的是，天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)所觀測(cè)的目標(biāo)的特殊性，給天基系統(tǒng)的構(gòu)建帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)。地面目標(biāo)與對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的相對(duì)幾何關(guān)系比較穩(wěn)定，相對(duì)速度也較小。而天基空間目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星相對(duì)于空間目標(biāo)的幾何關(guān)系變化較大，相對(duì)速度也較大，最大可以達(dá)到15公里/秒。怎樣在這樣的高速條件下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)和跟蹤，是未來(lái)空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

美國(guó)天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)概況

早在1996年，美國(guó)就發(fā)射了“中段空間試驗(yàn)衛(wèi)星”MSX。MSX上搭載的主要設(shè)備有：空間紅外成像望遠(yuǎn)鏡(SPIRIT Ⅲ)、紫外和可見(jiàn)光照相機(jī)(UVSI)和天基可見(jiàn)光傳感器(SBV)。主要任務(wù)是對(duì)導(dǎo)彈中段的發(fā)現(xiàn)和跟蹤，進(jìn)行導(dǎo)彈中段預(yù)警。該項(xiàng)目1997年完成技術(shù)驗(yàn)證，并開(kāi)始將項(xiàng)目和技術(shù)融入到空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)中，1998年正式運(yùn)行，2008年退出使用。MSX驗(yàn)證了新一代導(dǎo)彈預(yù)警和防御所用探測(cè)器技術(shù)，收集和統(tǒng)計(jì)了有價(jià)值的背景和目標(biāo)數(shù)據(jù)，其成熟技術(shù)都將轉(zhuǎn)換到新一代天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)上。

SBSS項(xiàng)目于2002年正式啟動(dòng)，主要目的是建立一個(gè)低地球軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星星座，擁有較強(qiáng)的軌道觀測(cè)能力，重復(fù)觀測(cè)周期短，并可全天候觀測(cè)，可大幅度提高美國(guó)深空物體的探測(cè)能力。據(jù)稱(chēng)，SBSS系統(tǒng)將使美國(guó)對(duì)地球靜止軌道衛(wèi)星的跟蹤能力提高50%，同時(shí)美國(guó)空間目標(biāo)編目信息的更新周期由現(xiàn)在的5天左右縮短到2天，從而大大提高美軍的空間態(tài)勢(shì)感知能力。SBSS系統(tǒng)發(fā)展將分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一個(gè)階段的目標(biāo)是研制和部署SBSS系統(tǒng)10單元衛(wèi)星提供一種過(guò)渡的空間監(jiān)視能力，監(jiān)視近地軌道物體；第二個(gè)階段將部署由4顆SBSS衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，并將應(yīng)用更為先進(jìn)的全球空間監(jiān)視技術(shù)。預(yù)計(jì)于2015年SBSS系統(tǒng)成功部署后，美國(guó)將形成天地一體化空間監(jiān)視系統(tǒng)。

與部署在低軌的SBSS系統(tǒng)不同，美國(guó)空軍正在研制和部署的“軌道深空成像儀”（ODSI）系統(tǒng)則是一個(gè)由運(yùn)行在地球靜止軌道的成像衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，其主要任務(wù)是執(zhí)行空間目標(biāo)識(shí)別，拍攝地球靜止軌道空間目標(biāo)的高分辨率圖像，并實(shí)時(shí)或定期地提供相關(guān)信息，支持整個(gè)空間戰(zhàn)場(chǎng)感知和空間對(duì)抗作戰(zhàn)。2005年1月，波音、洛馬和諾格3家公司通過(guò)競(jìng)標(biāo)成為ODSI概念研究的合同商，按計(jì)劃ODSI衛(wèi)星將于2015年進(jìn)行首次發(fā)射。

除上述大型的天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)以外，美國(guó)空軍還積極研制微小衛(wèi)星，讓其成為空間監(jiān)視力量的重要組成部分。微小衛(wèi)星成本低、研制周期短，可以在戰(zhàn)時(shí)或緊急時(shí)刻及時(shí)發(fā)射，并且可以由多顆航天器組成星座或進(jìn)行編隊(duì)，完成對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的及時(shí)準(zhǔn)確跟蹤監(jiān)測(cè)。美軍未來(lái)空間監(jiān)視中微小衛(wèi)星應(yīng)用的方案包括：一、針對(duì)突然出現(xiàn)的可能有敵意的非合作空間目標(biāo)，當(dāng)其他天基、地基空間監(jiān)視探測(cè)器無(wú)法獲取所需的關(guān)于目標(biāo)更為詳細(xì)的信息時(shí)，可以使用微小衛(wèi)星（包括在軌駐留的和及時(shí)響應(yīng)發(fā)射的微小衛(wèi)星）靠近目標(biāo)，獲取更為詳細(xì)的目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，并推斷非合作目標(biāo)的意圖。二、針對(duì)需要特別保護(hù)的合作空間資產(chǎn)，可以在其附近部署微衛(wèi)星，監(jiān)視受保護(hù)航天器周?chē)h(huán)境，對(duì)威脅進(jìn)行預(yù)警，判斷該威脅是自然破壞還是人為攻擊，并有效采取防御措施。目前美國(guó)可能用于空間目標(biāo)監(jiān)視的微小衛(wèi)星項(xiàng)目主要有“近場(chǎng)自主評(píng)估防御鈉星”（ANGELS）計(jì)劃、“空間試驗(yàn)衛(wèi)星”（XSS）計(jì)劃和“小型軌道碎片探測(cè)、捕獲與跟蹤”（SODDAT）計(jì)劃。

此外，美國(guó)空軍研制的“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS）和“空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)”（STSS）衛(wèi)星盡管都是為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈防御而研制的系統(tǒng)，但也具有很強(qiáng)的天基空間目標(biāo)監(jiān)視能力。

其他各國(guó)天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)

目前，其他國(guó)家也開(kāi)始意識(shí)到天基空間目標(biāo)監(jiān)視的重要性，但和美國(guó)多星座、多譜段、多任務(wù)、一體化全球覆蓋的模式不同，他們都根據(jù)自己的科研水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力采取微小衛(wèi)星、復(fù)合任務(wù)的發(fā)展策略，在發(fā)展其他航天項(xiàng)目時(shí)，積極對(duì)天基空間目標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

“恒星微振動(dòng)觀測(cè)”（MOST）是加拿大研制的世界上最小的太空望遠(yuǎn)鏡，主要用于天文觀測(cè)，但在天文任務(wù)的間隙（即運(yùn)行方定期進(jìn)行維護(hù)和軟件更新時(shí)），MOST還被用來(lái)進(jìn)行任務(wù)之外的空間目標(biāo)探測(cè)試驗(yàn)，進(jìn)行天基空間目標(biāo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。目前，加拿大正在研制“高低軌觀測(cè)衛(wèi)星”（NEOSSat）項(xiàng)目，也是天文觀測(cè)項(xiàng)目，該任務(wù)期望使用一個(gè)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡載荷，完成兩類(lèi)在軌觀察任務(wù)：近地空間監(jiān)視和高軌空間監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)并觀察近地小行星和彗星，并確定其運(yùn)行軌跡。

利用科學(xué)項(xiàng)目積累的技術(shù)成果，加拿大國(guó)防部加快了空間監(jiān)視系統(tǒng)（CSSS）的研發(fā)工作，該系統(tǒng)是加拿大的空間監(jiān)視計(jì)劃（SofS）中的核心部分。“Sapphire”衛(wèi)星就是該系統(tǒng)的重要組成部分，它是一個(gè)攜帶光電有效載荷的小衛(wèi)星，投入使用后將成為美國(guó)空間監(jiān)視網(wǎng)（SSN）的一部分。“Sapphire”衛(wèi)星的主要觀測(cè)目標(biāo)是太空中活動(dòng)的衛(wèi)星及失效衛(wèi)星、空間碎片等。

德國(guó)預(yù)計(jì)2013年發(fā)射的“AsteroidFinder”衛(wèi)星，是一顆以觀測(cè)近地軌道衛(wèi)星和空間碎片的微小衛(wèi)星。意大利羅馬La Sapienza大學(xué)（又叫羅馬一大）的GAUSS小組正在研制Unisat-5衛(wèi)星。該微小衛(wèi)星主要用于民用科學(xué)試驗(yàn)，利用光學(xué)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)空間碎片進(jìn)行監(jiān)視。

不難看出，在天基空間目標(biāo)觀測(cè)領(lǐng)域，美國(guó)仍然是走在前列的領(lǐng)頭羊?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在2015年后，當(dāng)美國(guó)計(jì)劃的所有天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)都完成部署實(shí)現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)能力后，太空就儼然成了美國(guó)的后花園，太空中所有一舉一動(dòng)都逃不出美國(guó)這些“天眼”的監(jiān)視，這將大大增加太空乃至地球的安全。然而，這也勢(shì)必導(dǎo)致美國(guó)的技術(shù)霸權(quán)和政治霸權(quán)得到進(jìn)一步鞏固，這又是每一個(gè)熱愛(ài)和平的人不愿意看到的。（國(guó)防科技大學(xué) 陳海萍 石海明）