美國作戰快速響應太空計劃中的衛星發展近況

張睿 李智（裝備指揮技術學院）

□□隨著空間技術的發展，美軍的軍事行動越來越依賴于各種衛星。然而，由于其空間系統缺乏必要的靈活性和軌道機動能力，容易受到攻擊，而且快速響應能力有限，無法對空間系統進行及時的補充，昂貴的發射成本也在很大程度上制約了向太空發射載荷的質量和數量。為了解決空間系統的快速響應能力，美國提出了作戰快速響應太空（ORS）的概念。2000年，在空軍提出“大規模生產”小衛星的概念后，猶他州大學空間動力實驗室實現了小衛星生產和設計的流水線化，每顆衛星可節省100萬美元，并且大大加快了應急發射的響應速度。2003年，美國國防部轉型辦公室正式提出“戰術衛星”（TacSat）的概念，其基本理念是構建低成本且具備快速反應能力的空間平臺，衛星的使用范圍由軍師級擴展到戰區各級指揮員。

目前，美國海軍研究實驗室已完成了戰術衛星－4有效載荷的所有環境與性能測試。該衛星原計劃2009年秋季發射，但因火箭出現技術問題及美國國防部任務優先級的變更，發射時間推遲到2010年8月。

戰術衛星－1

1 戰術衛星－1

戰術衛星－1是一顆低分辨率光學成像小衛星，質量為109kg，由美國國防部轉型辦公室和海軍研究實驗室共同研發，結合了成熟的軍事和商業衛星技術。它的設計原理取自傳統衛星和無人空間飛行器的功能和硬件設計。該衛星驗證的3個重要功能包括：①空中和空間設備的協作；②載荷的戰術控制和通過保密I P路由網絡（SIPRNET）的數據分發；③特殊發射器性能，它是一種信號情報系統，能夠全天候、遠程跟蹤地基和海基雷達。戰術衛星－1攜帶有可見光成像儀和紅外成像儀兩個光學載荷。紅外成像儀使用的是微測輻射熱計FPA，由于不需要低溫冷卻，因此質量更輕，體積更小，能耗更低。紅外成像儀的探測范圍為7.5～12μm，探測精度為850m；可見光成像儀的探測精度為70m。

根據美國國防部的最初設想，一旦“戰術衛星”發射成功，地面部隊將可以直接對星上遙感器發出指令，并通過美國政府的保密IP路由網絡獲得需要的數據。然而，由于2007年8月戰術衛星－2的發射已驗證了戰術衛星－1需要驗證的大部分技術，戰術衛星－1的發射被取消。后來有報道稱，戰術衛星－1將在獵鷹－1（Falcon－1）火箭第6次發射時升空，并更名為戰術衛星－1A。

2 戰術衛星－2

戰術衛星－2[又名聯合作戰空間－1（JWS－1）]是一顆全色光學成像小衛星，于2006年12月16日由“人牛怪”（Minotaur）火箭發射至362km上空。衛星質量為370kg，由美國空軍研究實驗室研制。其主要任務是：了解快速部署衛星的工程技術；了解快速研制新衛星和有效載荷的要求和限制；了解小衛星之間如何相互引導才能實現目標成像。

戰術衛星－2

2007年4月，美國空軍開始利用戰術衛星－2搜集圖像，共進行了11項試驗，其中最重要的是地球表面成像（ESI）試驗和目標指示器試驗（TIE）。地球表面成像儀是戰術衛星－2主要有效載荷，它采用仙童公司（Fairchild）成像CCD583時間延遲積分線性掃描陣列，以大約9600線/秒的速率進行采樣，地面采樣距離為0.9m。運行在近地軌道的戰術衛星－2具有較高的地面掃描速率（衛星地面軌跡速率為715km/s）。目標指示器試驗設備主要用于驗證與戰術有關的作戰能力，完成實時信號定位，利用天基或航空采集平臺的無線電頻率信號進行采集和成像系統試驗，另外，該設備還可以在軌道上重新編程，從而捕獲新目標。目標指示器試驗設備在戰術衛星－1上使用過，功率為70W，而戰術衛星－2上改進后的目標指示器試驗設備的功率僅為7W。戰術衛星－2在2007年12月停止運行。

3 戰術衛星－3

2009年5月19日，美國空軍的“人牛怪”火箭將戰術衛星－3發射升空，軌道高度約為425km，同時入軌的還有美國航空航天局（NASA）的1顆PharmaSat微衛星和3顆立方體衛星（CubeSat）。戰術衛星－3于2004年開始設計，原計劃2007年發射，后因衛星設備出現多種問題而推遲2年。衛星質量為400kg，由空軍研究實驗室負責管理。該項目的目標是研制快速響應、具有靈活性和經濟上可負擔的太空作戰系統。另外，美國國防部力量轉型辦公室還將利用這顆衛星試驗標準化模塊用于后續“戰術衛星”任務的適應性。戰術衛星－3攜帶3種有效載荷。

先進響應型戰術有效軍用成像光譜儀（ARTEMIS） 它是一臺高分辨率的超光譜成像儀，能實現制定戰術決策的下級指揮官快速詢問和接收有關敵方部隊與設備方面的信息。該成像光譜儀由雷神公司制造，光譜范圍覆蓋可見光到短波，由高精度全色成像光譜儀、望遠鏡、光學器件、焦平面陣列和可控/輸出電子裝置構成。

戰術衛星－3

海洋數據遙測微衛星鏈路（ODTML） 它由海軍研究辦公室提供，作為衛星的第2級有效載荷，能夠快速向作戰者提供通信信息，如把采集到的海上浮標的信息發向地面站，再由后者傳給作戰人員。

空間電子試驗（SAE）有效載荷 它利用重新編程部件把有效載荷和衛星結構集成起來，使之具有更強大的功能。

戰術衛星－3運用了用戶友好軟件，向官員們展示及時響應型衛星對戰場上下級指揮官的價值。戰術衛星－3項目經理表示，希望能建成一種天基支持軍事的全新范例。該衛星在2009年年底參加陸軍的實驗，展示其接收戰區指揮信息，收集圖像，并將成果下行到戰地士兵手中的能力。

4 后續衛星

戰術衛星－4質量約為363kg，用于驗證超視距通信。除了為部隊與其視線之外的其他部隊提供通信聯系外，這顆衛星還能為配置跟蹤裝置的友軍提供數據中繼，監控友軍的位置，避免發生友軍間誤傷事件。此外，它還可用于中繼海上浮標發出的信息。戰術衛星－4實際上相當于一臺特高頻（UHF）通信轉發器，與大型軍事衛星“移動用戶目標系統”（MUOS）類似。戰術衛星－1～3成像衛星都運行在450km的近地軌道，而戰術衛星－4運行在近地點為400km、遠地點為12000km的橢圓軌道上，這樣既能對感興趣的地區進行較長時間的觀察，又能提高通信載荷的利用效率。該衛星由美國海軍研究實驗室主管，海軍研究辦公室和力量轉型辦公室也參與其中。

戰術衛星－5將是一顆軍事偵察衛星，質量不足400kg，成本不超過2000萬美元，運行壽命1～3年。該項目于2007年啟動，由空軍研究實驗室和作戰快速響應太空辦公室合作進行管理。2009年1月，空軍研究實驗室發表了發展戰術衛星－5的廣泛機構公告，但目前該任務還不明確。新的衛星平臺將符合美國空軍實驗室即插即用電子標準，預計2012年發射。

作戰快速響應太空衛星－1（ORS Sat－1）是作戰快速響應太空計劃的第一顆實用型衛星，將提供地面部隊指揮官指定區域的彩色圖像，還將運用已有的地面系統處理和分發圖像等其他信息到戰場，其設計將滿足美國關鍵指揮情報、偵察和監視的需求。衛星將在2010年由人牛怪－1火箭發射，其上有一臺U－2間諜機上使用的攝像機。另外，作戰快速響應太空衛星－2將攜帶一個成像雷達有效載荷，以便為部隊提供全氣候的夜視能力。

5 結束語

要想在12個月內完成衛星的制造并投入使用，關鍵在于衛星載荷平臺的標準化設計，還需要能快速組裝和發射的基礎設施。戰術衛星－2、3的成功發射和在軌運行驗證了衛星快速制造、發射和運行及多種有效載荷技術，試驗證明作戰快速響應太空概念在技術上是可以實現的。后續的“戰術衛星”任務將繼續驗證不同載荷在作戰快速響應太空任務中的能力，同時也將從不同軌道高度進行驗證，如戰術衛星－4，而戰術衛星－5將滿足即插即用的航天電子設備標準，加速了平臺標準化的進程。“戰術衛星”發展的模式和理念，對我國衛星的發展具有一定的參考價值。