解讀美軍天基空間監視系統 太空將成美后花園

“天基太空監視系統”(SBSS)是美國空間態勢感知能力建設的重要發展方向。SBSS系統將同其他空間目標監視系統一起組成全方位的空間目標監視網，讓太空目標無所遁形。那麼，空間態勢感知的意義何在？天基空間監視系統的特點和優勢在哪裏？各國的發展情況又是怎樣？請看科技日報特約專稿——讓太空目標無所遁形的“天眼”

日前，美國空軍太空司令部宣稱“天基太空監視系統”(SBSS)10單元的衞星已擁有初步作戰能力(IOC)，這標誌着天基監視系統在其研發週期內已具有實戰能力。這個衞星由軌道科學公司在2010年9月25日發射升空，是SBSS系統的第一個衞星。根據計劃，隨後將發射的SBSS系統20單元是由4顆衞星組成的星座，比10單元功能更強，穩定性更好。

長期以來，美國軍方一直將空間態勢感知能力的構建作為空間對抗準備的重點發展方向。空間態勢感知系統負責獲取空間情報監視偵察和環境監測信息，為防禦性和進攻性空間對抗提供全面的信息支持。隨着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年美俄衞星相撞事件後，美國軍方更加重視發展空間態勢感知能力。

天基空間目標監視優勢明顯

從廣義上來講，空間的物體都是空間態勢感知的對象，如暫時經過太空的戰略導彈中段、高低軌工作衞星、廢棄衞星、空間碎片，以及經過近地空間的小行星和彗星、深空的行星和恆星等。而從狹義上來講，空間目標監視主要應用在空間對抗和空間安全維護上，因此天基深空探測部分不在空間態勢感知的範圍內，但在技術實現能力上近地空間目標監視和天基深空探測有很多相似的地方。

2011年2月4日，美國五角大樓公佈了《美國國家安全太空戰略》，該戰略中明確提出：“我們將提高我們的情報能力，加強預測性感知、特徵描述、預警以及責任歸究，更好地監控太空領域內的活動。因此，太空態勢感知和基礎性情報將繼續是最具優先性的事務，因為它們是我們保持瞭解自然干擾的能力，瞭解其它行為體能力、活動和意圖的關鍵。”同時，美國還將太空感知能力作為領導和約束其他航天國家的重要手段，“美國是太空態勢感知的領導者，可以使用其知識來促進合作化太空感知關係，支持安全的太空活動，並保護美國及盟國的太空能力和活動。”因此，美國不斷加大空間態勢感知系統的構建，在繼續完善、增強地基空間目標監視系統的同時，加大了天基空間目標監視系統的建設。

經過50多年的發展，美國建立了部署在全球多個地點，由30多部探測雷達、跟蹤雷達、成像雷達、光學望遠鏡以及無源射頻信號探測器組成的地基空間監視網，可以編目管理大部分空間目標。但總的來説，美國地基空間目標監視系統還不能充分滿足美軍空間態勢感知和空間對抗的軍事需求。一是還有覆蓋盲區，二是地基觀測設備受到天氣、大氣環境的影響較大，容易發生觀測誤差。

天基空間目標監視系統的發展則有效地彌補了這些缺點。在不同軌道上部署空間目標監視衞星、多顆衞星進行組網、天基系統與地基空間目標監視系統相聯合等措施，將有效地減少對空間目標的觀測盲區。儘管天基空間目標監視系統受發射限制，不能攜帶大型的觀測設備，但因在軌道上可以近距離觀測某些目標航天器，因而其觀測精度並沒有下降。相反，因在外太空沒有大氣遮擋，光學探測設備的能見性比地基設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衞星目標，天基空間目標監視系統比地基系統有更好的探測效果。

天基空間目標監視系統與對地偵察衞星的功能有很多相似之處，都是偵察衞星對感興趣的目標進行觀測。不同的是，天基空間目標監視系統所觀測的目標的特殊性，給天基系統的構建帶來更多的挑戰。地面目標與對地觀測衞星的相對幾何關係比較穩定，相對速度也較小。而天基空間目標監視衞星相對於空間目標的幾何關係變化較大，相對速度也較大，最大可以達到15公里/秒。怎樣在這樣的高速條件下對目標進行觀測和跟蹤，是未來空間目標監視系統發展中需要解決的關鍵技術問題。

美國天基空間目標監視系統概況

早在1996年，美國就發射了“中段空間試驗衞星”MSX。MSX上搭載的主要設備有：空間紅外成像望遠鏡(SPIRIT Ⅲ)、紫外和可見光照相機(UVSI)和天基可見光傳感器(SBV)。主要任務是對導彈中段的發現和跟蹤，進行導彈中段預警。該項目1997年完成技術驗證，並開始將項目和技術融入到空間目標監視系統中，1998年正式運行，2008年退出使用。MSX驗證了新一代導彈預警和防禦所用探測器技術，收集和統計了有價值的背景和目標數據，其成熟技術都將轉換到新一代天基空間目標監視系統上。

SBSS項目於2002年正式啓動，主要目的是建立一個低地球軌道光學遙感衞星星座，擁有較強的軌道觀測能力，重複觀測週期短，並可全天候觀測，可大幅度提高美國深空物體的探測能力。據稱，SBSS系統將使美國對地球靜止軌道衞星的跟蹤能力提高50%，同時美國空間目標編目信息的更新週期由現在的5天左右縮短到2天，從而大大提高美軍的空間態勢感知能力。SBSS系統發展將分兩個階段進行：第一個階段的目標是研製和部署SBSS系統10單元衞星提供一種過渡的空間監視能力，監視近地軌道物體；第二個階段將部署由4顆SBSS衞星組成的衞星星座，並將應用更為先進的全球空間監視技術。預計於2015年SBSS系統成功部署後，美國將形成天地一體化空間監視系統。

與部署在低軌的SBSS系統不同，美國空軍正在研製和部署的“軌道深空成像儀”(ODSI)系統則是一個由運行在地球靜止軌道的成像衞星組成的衞星星座，其主要任務是執行空間目標識別，拍攝地球靜止軌道空間目標的高分辨率圖像，並即時或定期地提供相關信息，支持整個空間戰場感知和空間對抗作戰。2005年1月，波音、洛馬和諾格3家公司通過競標成為ODSI概念研究的合同商，按計劃ODSI衞星將於2015年進行首次發射。

除上述大型的天基空間目標監視系統以外，美國空軍還積極研製微小衞星，讓其成為空間監視力量的重要組成部分。微小衞星成本低、研製週期短，可以在戰時或緊急時刻及時發射，並且可以由多顆航天器組成星座或進行編隊，完成對重點目標的及時準確跟蹤監測。美軍未來空間監視中微小衞星應用的方案包括：一、針對突然出現的可能有敵意的非合作空間目標，當其他天基、地基空間監視探測器無法獲取所需的關於目標更為詳細的信息時，可以使用微小衞星(包括在軌駐留的和及時響應發射的微小衞星)靠近目標，獲取更為詳細的目標特徵數據，並推斷非合作目標的意圖。二、針對需要特別保護的合作空間資產，可以在其附近部署微衞星，監視受保護航天器周圍環境，對威脅進行預警，判斷該威脅是自然破壞還是人為攻擊，並有效採取防禦措施。目前美國可能用於空間目標監視的微小衞星項目主要有“近場自主評估防禦鈉星”(ANGELS)計劃、“空間試驗衞星”(XSS)計劃和“小型軌道碎片探測、捕獲與跟蹤”(SODDAT)計劃。

此外，美國空軍研製的“天基紅外系統”(SBIRS)和“空間跟蹤與監視系統”(STSS)衞星儘管都是為實現導彈防禦而研製的系統，但也具有很強的天基空間目標監視能力。

其他各國天基空間目標監視系統

目前，其他國家也開始意識到天基空間目標監視的重要性，但和美國多星座、多譜段、多任務、一體化全球覆蓋的模式不同，他們都根據自己的科研水平和經濟實力採取微小衞星、複合任務的發展策略，在發展其他航天項目時，積極對天基空間目標系統相關的關鍵技術進行技術驗證。

“恆星微振動觀測”(MOST)是加拿大研製的世界上最小的太空望遠鏡，主要用於天文觀測，但在天文任務的間隙(即運行方定期進行維護和軟件更新時)，MOST還被用來進行任務之外的空間目標探測試驗，進行天基空間目標系統關鍵技術驗證試驗。目前，加拿大正在研製“高低軌觀測衞星”(NEOSSat)項目，也是天文觀測項目，該任務期望使用一個光學望遠鏡載荷，完成兩類在軌觀察任務：近地空間監視和高軌空間監視，發現並觀察近地小行星和彗星，並確定其運行軌跡。

利用科學項目積累的技術成果，加拿大國防部加快了空間監視系統(CSSS)的研發工作，該系統是加拿大的空間監視計劃(SofS)中的核心部分。“Sapphire”衞星就是該系統的重要組成部分，它是一個攜帶光電有效載荷的小衞星，投入使用後將成為美國空間監視網(SSN)的一部分。“Sapphire”衞星的主要觀測目標是太空中活動的衞星及失效衞星、空間碎片等。

德國預計2013年發射的“AsteroidFinder”衞星，是一顆以觀測近地軌道衞星和空間碎片的微小衞星。意大利羅馬La Sapienza大學(又叫羅馬一大)的GAUSS小組正在研製Unisat-5衞星。該微小衞星主要用於民用科學試驗，利用光學觀測系統對空間碎片進行監視。

不難看出，在天基空間目標觀測領域，美國仍然是走在前列的領頭羊。可以預見，在2015年後，當美國計劃的所有天基空間目標監視系統都完成部署實現實戰能力後，太空就儼然成了美國的後花園，太空中所有一舉一動都逃不出美國這些“天眼”的監視，這將大大增加太空乃至地球的安全。然而，這也勢必導致美國的技術霸權和政治霸權得到進一步鞏固，這又是每一個熱愛和平的人不願意看到的。(國防科技大學 陳海萍 石海明)