美國DSP 衛星探測能力及對潛射彈道導彈突防產生的影響

李世令，孫東平，李劍博

(1.海軍潛艇學院，山東 青島 266071;2. 92330 部隊司令部，山東 青島 266071)

在現階段，美國彈道導彈防御系統內現役的預警衛星系統仍然是國防支援計劃(DSP)衛星系統［1］，而天基紅外系統(SBIRS)正處在研制和發射階段，尚未構成真正的全球預警能力。從彈道導彈防御系統攔截彈道導彈的整個過程中可以看出，為了提高攔截概率，該系統必須首先通過預警衛星發現彈道導彈，以便為反導系統提供較多的反應時間。所以對于反導系統的攔截概率來說，彈道導彈預警衛星的預警能力起到了至關重要的作用。

1 美國國防支援計劃衛星的預警范圍

1.1 美國國防支援計劃衛星的部署情況

按照設計要求，美國國防支援計劃衛星的首要任務是實時地探測和報告導彈和航天器的發射，同時還承擔監視核爆炸、監督核試驗條約的執行情況和收集其他感興趣的紅外輻射數據的任務［2-3］。美國的國防支援計劃衛星屬于地球同步軌道靜止衛星，即衛星始終處于赤道正上方，軌道面的傾角為零度，而且衛星的軌道周期等于地球在慣性空間中的自轉周期(23 h 56 min 4 s)，其運轉方向也與地球自轉方向相一致。這種軌道衛星距離地面的高度大約為3.6 ×104km。國防支援計劃衛星系統的在軌衛星一般保持5 顆，其中4 顆為工作星，1 顆為備份星。4 顆工作星的典型定點位置是:西經37°、東經10°、東經69°和西經152°，分別負責對大西洋、歐洲、東半球、印度洋以及太平洋進行觀測。國防支援計劃衛星的備份星定點于印度洋東部，具體經度是東經152°。當工作星出現故障，或者需要進一步提高探測精度和擴大探測范圍時，地面站可以發送指令，調動備份星改變軌道，運行至指定的位置點對目標進行觀測。

1.2 美國國防支援計劃衛星的預警范圍

美國國防支援計劃衛星的有效載荷主要是紅外望遠鏡和高分辨率電視攝像機，其星體軸線指向地面，紅外望遠鏡和星體軸線之間的夾角為7.5°。當衛星星體以6(°)/min 的角速度自轉時，國防支援計劃衛星將對地球表面進行恒定地掃描，其掃描的空間范圍構成了一個圓錐體。

當國防支援計劃衛星在赤道上空運行時，不妨假設地球為正球體，OB 為地球赤道。那么衛星對北半球的探測范圍如圖1 所示，它對南半球的觀察范圍與之相對稱。

圖1 國防支援計劃預警衛星探測范圍示意圖

當衛星位于赤道的正上方，也就是A 點時，衛星星體軸線與紅外線望遠鏡之間的夾角為∠CAO，其觀察范圍的最北端位于C 點。由地理緯度的劃定方法可知，地心角∠COA 的角度即為C 點的地理緯度。因此，只要根據幾何計算公式求出∠COA 的角度就能計算出國防支援計劃衛星最北端的觀察范圍。但是要計算C 的緯度值就必須使用地球的半徑，地球的半徑通常有3 個常用值:極半徑、赤道半徑和平均半徑。其中，赤道半徑大約為6 378. 140 km，平均半徑大約為6 371.004 km。因此，赤道半徑可以采用6 378. 140 km，即OB=6 378.140 km，而OC =6 371.004 km，衛星高度AB=36 000 km。由幾何計算公式可知

即

于是，可以得到

由圖1 可知，

那么

即C 點的地理緯度為52.750 1°。也就是說國防支援計劃衛星觀察范圍的最北端為北緯52.750 1°緯線。

2 DSP 衛星預警范圍對潛射彈道導彈突防概率的影響

由彈道導彈的戰技術性能可知，彈道導彈主動段飛行的最大高度為200 ～800 km［4］，不妨假設為500 km。那么，如果用D 點表示彈道導彈主動段的關機點，則DE=500 km，而OE=6 371.004 km。根據幾何計算公式可知:

那么

由圖1 可知，在北緯46.110 3°以北的海域，盡管彈道導彈仍然處在主動段，發動機仍然在工作，但是國防支援計劃衛星將無法在整個主動段始終都能探測到彈道導彈。因為在彈道導彈達到關機點的最大高度——500 km 之前，導彈在主動段最后一個階段內的飛行高度將超出國防支援計劃衛星的圓錐體探測范圍。因此，對于分布在赤道上空的3 顆工作星和1 顆備份星來說，其探測范圍如圖2 所示。圖2 中部的1 ～4 分別代表國防支援計劃衛星，上部的1 ～4 分別表示預警衛星能夠探測到的最北部的地理緯度，其下部對應的A～D 表示預警衛星在彈道導彈主動段能完全探測到該導彈的最北部邊界。圖中由圓弧圍成的標有字母A 的區域表示彈道導彈核潛艇在該海域發射彈道導彈時，2 顆預警衛星都能全程監測到該導彈;標有字母B 的區域表示彈道導彈核潛艇在該海域發射導彈時，有一顆預警衛星無法在彈道導彈的主動段完全監測到該導彈，而另外一顆卻可以全程對彈道導彈進行監測;標有字母C 的區域表示彈道導彈核潛艇在該海域發射導彈時，只有1 顆預警衛星可以全程監測該導彈;標有字母D 的區域表示彈道導彈核潛艇在該海域發射彈道導彈時，2 顆預警衛星都無法在彈道導彈的主動段完全監測到該導彈;標有字母E 的區域表示彈道導彈核潛艇在該海域發射導彈時，只有1 顆預警衛星能在導彈主動段的部分時間里對其進行監測。

當彈道導彈核潛艇在上述標有字母的海域發射導彈時，按照預警衛星發現彈道導彈的概率，從高到低對上述海域進行排序，預警衛星發現導彈概率最高的海域是A 海域，而預警衛星發現導彈概率最低的海域是E 海域。對于圓弧以外的海域，國防支援計劃預警衛星的發現概率基本為零。因此，當彈道導彈核潛艇在圓弧以外的海域發射彈道導彈時，突防能力較高;當彈道導彈核潛艇在圓弧內部海域發射彈道導彈時，突防能力從高到低的海域范圍分別是E 海域、D 海域、C 海域、B 海域和A 海域。

圖2 國防支援計劃衛星的探測范圍

3 提高潛射彈道導彈突防能力的具體措施

雖然國防支援計劃衛星系統能對發射的彈道導彈進行有效預警，但是該系統中的預警衛星仍然存在一定的缺陷，彈道導彈核潛艇利用這些缺陷有利于提高彈道導彈的突防概率。

3.1 利用預警衛星的不連續監測缺陷發射導彈

國防支援計劃衛星一個明顯的缺點就是無法對星下的同一個地點進行連續監視，在對同一個地點進行掃描時，相鄰2 次掃描存在10 s 左右的空白期。因此，彈道導彈核潛艇可以利用預警衛星的監視間歇期組織導彈發射，也就是說2枚導彈的發射間隔盡量為10 s 的整數倍，以此來獲得最大的衛星預警時間誤差。

3.2 利用預警衛星的虛警率掩護彈道導彈突防

國防支援計劃衛星的另外一個缺陷就是對于高空云層反射的太陽光容易產生虛警，而且在地面存在強烈的紅外輻射源時也容易產生較高的虛警率。因此，彈道導彈核潛艇在待機時應當注意接收氣象預報，爭取在發射海域云層較厚的時候發射導彈，依靠云層反射的太陽光來掩護彈道導彈。如果條件允許，在衛星覆蓋的探測范圍內，還可以通過地面燃燒易燃物、海上油井平臺燃燒油氣等措施來產生強烈的紅外輻射，以此來吸引預警衛星，為彈道導彈的突防爭取時間。

3.3 利用系統對機動發射的導彈預警能力較差的弱點發射導彈

對于采用機動發射方式發射的彈道導彈來說，國防支援計劃衛星的預警時間受預測軌道參數的影響比較大。也就是說，如果彈道導彈防御系統想要推測出導彈發射的位置點，那么它必須事先知道對方可能的彈道導彈發射地點，并以此對來襲導彈的軌道參數進行擬合。因此，彈道導彈核潛艇在發射導彈時，應當在對方出其不意的地點發射，以便增加彈道導彈防御系統的軌道參數擬合難度，增加系統的計算時間，進而提高彈道導彈的突防概率。

3.4 利用預警衛星的預警盲區進行突防

由上述計算可知，DSP 衛星的探測范圍并沒有完全覆蓋地球的2 個極點。也就是說，對于在極點發射的彈道導彈來說，只有當導彈飛行到DSP 衛星的預警范圍內時，該系統才能對其進行有效預警。在這種情況下，DSP 衛星的預警時間比較短，早期預警能力非常有限。因此，對于像俄羅斯這樣能在北冰洋冰蓋下面部署戰略導彈核潛艇的國家來說，在極點附近發射彈道導彈是一個比較不錯的選擇，通常能比較隱蔽地進行導彈發射，而且留給敵方的預警時間也比較短。

［1］崔茂東，李華.美國彈道導彈防御系統［J］.導彈與航天運載技術，2004(6):22-25.

［2］郭文鴿，馮書興.美國導彈預警衛星系統分析及其啟示［J］.中國航天，2005(12):39-42.

［3］魯建華，張學潤，安瑋.美俄彈道導彈防御系統淺析［J］.火力與指揮控制，2010(5):1-4.

［4］羅小明.彈道導彈攻防對抗的建模與仿真［M］.北京:國防工業出版社，2009.