SBSS衛(wèi)星想像圖

“天基太空監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）是美國空間態(tài)勢感知能力建設(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)無所遁形。那么，空間態(tài)勢感知的意義何在？天基空間監(jiān)視系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢在哪里？各國的發(fā)展情況又是怎樣？請看科技日報特約專稿——讓太空目標(biāo)無所遁形的“天眼”

日前，美國空軍太空司令部宣稱“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)已具有實戰(zhàn)能力。這個衛(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)的第一個衛(wèi)星。根據(jù)計劃，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，穩(wěn)定性更好。

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

天基空間目標(biāo)監(jiān)視優(yōu)勢明顯

從廣義上來講，空間的物體都是空間態(tài)勢感知的對象，如暫時經(jīng)過太空的戰(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。而從狹義上來講，空間目標(biāo)監(jiān)視主要應(yīng)用在空間對抗和空間安全維護(hù)上，因此天基深空探測部分不在空間態(tài)勢感知的范圍內(nèi)，但在技術(shù)實現(xiàn)能力上近地空間目標(biāo)監(jiān)視和天基深空探測有很多相似的地方。

2011年2月4日，美國五角大樓公布了《美國國家安全太空戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略中明確提出：“我們將提高我們的情報能力，加強預(yù)測性感知、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。因此，太空態(tài)勢感知和基礎(chǔ)性情報將繼續(xù)是最具優(yōu)先性的事務(wù)，因為它們是我們保持了解自然干擾的能力，了解其它行為體能力、活動和意圖的關(guān)鍵。”同時，美國還將太空感知能力作為領(lǐng)導(dǎo)和約束其他航天國家的重要手段，“美國是太空態(tài)勢感知的領(lǐng)導(dǎo)者，可以使用其知識來促進(jìn)合作化太空感知關(guān)系，支持安全的太空活動，并保護(hù)美國及盟國的太空能力和活動。”因此，美國不斷加大空間態(tài)勢感知系統(tǒng)的構(gòu)建，在繼續(xù)完善、增強地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的同時，加大了天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)。

經(jīng)過50多年的發(fā)展，美國建立了部署在全球多個地點，由30多部探測雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、成像雷達(dá)、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以及無源射頻信號探測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)。但總的來說，美國地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)還不能充分滿足美軍空間態(tài)勢感知和空間對抗的軍事需求。一是還有覆蓋盲區(qū)，二是地基觀測設(shè)備受到天氣、大氣環(huán)境的影響較大，容易發(fā)生觀測誤差。

天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展則有效地彌補了這些缺點。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，將有效地減少對空間目標(biāo)的觀測盲區(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設(shè)備，但因在軌道上可以近距離觀測某些目標(biāo)航天器，因而其觀測精度并沒有下降。相反，因在外太空沒有大氣遮擋，光學(xué)探測設(shè)備的能見性比地基設(shè)備的效果相對要好一些。特別是對地球同步軌道這樣擁有約3.6萬公里高度的高軌衛(wèi)星目標(biāo)，天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)比地基系統(tǒng)有更好的探測效果。

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

美國天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)概況

早在1996年，美國就發(fā)射了“中段空間試驗衛(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)、紫外和可見光照相機(jī)(UVSI)和天基可見光傳感器(SBV)。主要任務(wù)是對導(dǎo)彈中段的發(fā)現(xiàn)和跟蹤，進(jìn)行導(dǎo)彈中段預(yù)警。該項目1997年完成技術(shù)驗證，并開始將項目和技術(shù)融入到空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)中，1998年正式運行，2008年退出使用。MSX驗證了新一代導(dǎo)彈預(yù)警和防御所用探測器技術(shù)，收集和統(tǒng)計了有價值的背景和目標(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項目于2002年正式啟動，主要目的是建立一個低地球軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星星座，擁有較強的軌道觀測能力，重復(fù)觀測周期短，并可全天候觀測，可大幅度提高美國深空物體的探測能力。據(jù)稱，SBSS系統(tǒng)將使美國對地球靜止軌道衛(wèi)星的跟蹤能力提高50%，同時美國空間目標(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)勢感知能力。SBSS系統(tǒng)發(fā)展將分兩個階段進(jìn)行：第一個階段的目標(biāo)是研制和部署SBSS系統(tǒng)10單元衛(wèi)星提供一種過渡的空間監(jiān)視能力，監(jiān)視近地軌道物體；第二個階段將部署由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)計于2015年SBSS系統(tǒng)成功部署后，美國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)則是一個由運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)識別，拍攝地球靜止軌道空間目標(biāo)的高分辨率圖像，并實時或定期地提供相關(guān)信息，支持整個空間戰(zhàn)場感知和空間對抗作戰(zhàn)。2005年1月，波音、洛馬和諾格3家公司通過競標(biāo)成為ODSI概念研究的合同商，按計劃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)時或緊急時刻及時發(fā)射，并且可以由多顆航天器組成星座或進(jìn)行編隊，完成對重點目標(biāo)的及時準(zhǔn)確跟蹤監(jiān)測。美軍未來空間監(jiān)視中微小衛(wèi)星應(yīng)用的方案包括：一、針對突然出現(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)視探測器無法獲取所需的關(guān)于目標(biāo)更為詳細(xì)的信息時，可以使用微小衛(wèi)星（包括在軌駐留的和及時響應(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)航天器周圍環(huán)境，對威脅進(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。目前美國可能用于空間目標(biāo)監(jiān)視的微小衛(wèi)星項目主要有“近場自主評估防御鈉星”（ANGELS）計劃、“空間試驗衛(wèi)星”（XSS）計劃和“小型軌道碎片探測、捕獲與跟蹤”（SODDAT）計劃。

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

其他各國天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)

目前，其他國家也開始意識到天基空間目標(biāo)監(jiān)視的重要性，但和美國多星座、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)展其他航天項目時，積極對天基空間目標(biāo)系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行技術(shù)驗證。

“恒星微振動觀測”（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，但在天文任務(wù)的間隙（即運行方定期進(jìn)行維護(hù)和軟件更新時），MOST還被用來進(jìn)行任務(wù)之外的空間目標(biāo)探測試驗，進(jìn)行天基空間目標(biāo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驗證試驗。目前，加拿大正在研制“高低軌觀測衛(wèi)星”（NEOSSat）項目，也是天文觀測項目，該任務(wù)期望使用一個光學(xué)望遠(yuǎn)鏡載荷，完成兩類在軌觀察任務(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，并確定其運行軌跡。

利用科學(xué)項目積累的技術(shù)成果，加拿大國防部加快了空間監(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，它是一個攜帶光電有效載荷的小衛(wèi)星，投入使用后將成為美國空間監(jiān)視網(wǎng)（SSN）的一部分。“Sapphire”衛(wèi)星的主要觀測目標(biāo)是太空中活動的衛(wèi)星及失效衛(wèi)星、空間碎片等。

德國預(yù)計2013年發(fā)射的“AsteroidFinder”衛(wèi)星，是一顆以觀測近地軌道衛(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，利用光學(xué)觀測系統(tǒng)對空間碎片進(jìn)行監(jiān)視。

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