2013年 國外軍事航天回顧

朱貴偉（北京空間科技信息研究所）

2013年 國外軍事航天回顧

朱貴偉（北京空間科技信息研究所）

2013年，全球航天器發射數量再創新高，成功入軌航天器數量達到了208個。在軍事航天領域，國外軍用衛星發射數量較2012年也有大幅增長。國外軍事航天在穩步發展的同時，也呈現出了一些新的變化和趨勢，值得我們分析與研究。

1 年度發射概況

2013年，國外共進行了23次軍用衛星發射，成功發射53顆軍用衛星，另有3顆衛星發射失敗。從發射國家分布來看，美國發射的數量最多，為34顆，俄羅斯次之，為12顆，日本、印度各2顆，其他國家3顆。從發射衛星類別上來看，通信、導航和遙感依舊是主要的三類軍用衛星，分別為13顆、3顆和8顆。而2013年的突出特點是技術試驗衛星的數量劇增，為29顆，在一定程度上也反映出國外在尋求軍事航天領域的技術改進和體系變革。

2 各領域發展態勢

軍用通信衛星

2013年，軍用通信衛星領域預算緊缺依舊是主旋律。在此背景下，美國和歐洲等軍事航天大國努力保持軍用通信衛星系統的連續性，同時開始思考應對措施和未來發展規劃。從能力布局上來看，越來越多的國家通過軍民合作、國際合作、商業采購等方式獲取軍用衛星通信能力。而產業界也抓住軍用衛星通信全球發展的機遇，積極提供定制服務、開拓市場。

在這一年里，全球軍用通信衛星共進行8次發射，成功發射12顆衛星，截至2013年底，國外共有111顆衛星在軌運行。2013年，除印度以外，其他均為美國和俄羅斯發射的衛星。從在軌衛星分布情況來看，美國、俄羅斯和歐洲仍然是最多，數量分別為48顆、34顆和15顆，領先其他國家的優勢較為明顯。

英國Skynet－5軍用通信衛星

2013年，美國成功發射了4顆地球靜止軌道（GEO）軍用通信衛星，其中包括2顆“寬帶全球衛星通信”（WGS）衛星，完成了WGS系統第二階段的部署，實現了寬帶系統的全球覆蓋；另有1顆“移動用戶目標系統”（MUOS－2）衛星和1顆“先進極高頻”（AEHF－3）衛星。這4顆衛星均已完成在軌測試，并已彰顯新一代衛星系統的卓越性能。首先，MUOS－2衛星在2013年下半年的在軌測試中實現了與北極區上空7km高度的飛機進行通信，使得GEO通信衛星覆蓋范圍從65°（S）～65°（N）擴展到北極區；其次，AEHF衛星成功完成了單星路由和雙星星間鏈路路由的試驗，利用AHEF衛星的星上路由和星間鏈路能力，在美國、加拿大與荷蘭之間開展了端到端通信試驗。

歐洲在2013年沒有發射軍用通信衛星。受各國軍用通信衛星系統規劃周期、資金分攤、需求不統一等問題的制約，歐洲防務局（EDA）推行泛歐軍用通信衛星體系的計劃也遭遇重大挫折。根據EDA的規劃，2025年以后的下一代歐洲軍用通信衛星體系包括3個層次：歐洲共享的軍用通信衛星—SecTelSat計劃、各國獨立的軍用通信衛星[英國天網－5（Skynet－5）和法國“錫拉庫斯”（Syracuse）等]、民商用通信衛星（即商業容量采購）。目前，EDA僅在民商用容量采購方面取得了一定的進展。歐洲衛星通信商業采購計劃（ESCPC）現在已經有8個成員國加入，包括英國、法國、意大利、波蘭、羅馬尼亞、比利時、芬蘭和盧森堡。商業衛星容量的集中采購活動由阿斯特留姆（Astrium）公司負責，目前已完成兩份訂單，一份來自英國、一份來自法國。

2013年，俄羅斯共執行了3次軍用通信衛星發射任務，將7顆衛星送入預定軌道，成為本年度發射軍用通信衛星數量最多的國家。在7顆衛星中，有6顆是低地球軌道（LEO）衛星[均為天箭座-3M（Strela-3M），也叫“泉”（Rodnik）]、1顆是GEO衛星[“虹”（Raduga）]。2013年內，俄羅斯加快了現代化改裝進度，對國內的航天工業進行了整合，努力恢復軍事航天大國的地位，并計劃在2015年前發射11顆軍用衛星。雖然其軍用通信衛星的計劃不詳，但是俄羅斯加緊恢復軍用通信能力的意圖可見一斑。

印度首顆軍用通信衛星GSAT－7

巴西軍民兩用通信衛星SGDC示意圖

經過多次推遲，印度首顆專用軍用通信衛星—地球靜止軌道－7（GSAT－7）成功發射。該衛星攜帶特高頻（UHF）、S、C和Ku等4個頻段的有效載荷，于2013年9月完成測試，并開始提供服務。該衛星主要用于覆蓋印度洋及周邊約3700km的地區，面向軍艦、潛艇和戰機等武器平臺提供服務。雖然該衛星目前屬于印度海軍專用，但是為其他軍種使用軍用衛星通信提供了一個契機。

2013年底，巴西正式向歐洲泰雷茲-阿萊尼亞空間公司訂購了一顆軍民兩用衛星。衛星名為“地球靜止軌道國防和戰略通信衛星”（SGDC），將攜帶50臺Ka頻段轉發器，總容量將達到80Gbit/s，從而提升巴西民用市場寬帶互聯網接入服務。此外，SGDC衛星還將攜帶7臺X頻段轉發器，專供巴西國防部使用。來自美國、加拿大、歐洲、以色列、俄羅斯和日本的多家制造商都參與了SGDC項目的競標，最終歐洲贏得了該衛星研制和發射服務合同，雙方還簽訂了技術轉讓協議。

導航衛星

2013年，全球共進行導航衛星發射4次，其中美國1次，成功發射全球定位系統－2F（GPS－2F）衛星1顆；俄羅斯2次，成功發射全球導航衛星系統－M（GLONASS－M）衛星1顆（發射失敗1次，損失衛星3顆）；印度1次，成功發射“區域導航衛星系統”（IRNSS）衛星1顆。截至2013年12月31日，全球在軌運行導航衛星78顆。

2013年，美國保持GPS系統的穩定與發展，穩步實施GPS系統現代化計劃，成功部署了第4顆GPS－2F衛星，GPS－3樣星完成預先發射試驗，計劃2015年發射。GPS-3具有自主導航、星間鏈路、星上信號功率可調等能力，新一代導航信號（M碼軍用信號，L2C、L5民用信號），計劃于2017年前投入使用。GPS－3第二批次衛星（第9顆及以后）將采用新的設計，包括增加1個信號波形發生器、1個搜救與救援載荷以及1個激光反射器陣列，并且降低衛星質量，以實現“一箭雙星”的發射能力。GPS現代化計劃將于2025－2030年全面完成，保持全球領先地位。

俄羅斯繼續實施《GLONASS系統2012－2020年發展計劃》，在保持GLONASS系統穩定運行的同時，積極發展新一代GLONASS－K衛星，持續開展GLONASS系統地面控制段的改進，系統服務性能得到明顯提升。新一代GLONASS－K衛星將增加多個碼分多址（CDMA）導航信號，并具有射頻與光學星間鏈路能力支持下的自主導航能力。2013年俄羅斯以“一箭三星”補網發射GLONASS衛星時失利，推遲了GLONASS星座部署進程。按計劃，2020年GLONASS系統空間段將擴展為30顆，且主要由GLONASS－K衛星組成的星座。

“伽利略”（Galileo）系統全面運行能力建設已經啟動，計劃于2015年左右完成Galileo系統初始運行能力建設，2019年左右完成全面運行能力建設，提供與目前GPS系統性能相當的服務。2013年9月－12月，多個歐洲國家，如比利時、法國、意大利和英國，以及歐洲航天局（ESA）通過多種固定或移動平臺開展Galileo系統的公共安全信號（PRS）試驗。初步的試驗結果表明，4顆“‘伽利略’-在軌驗證衛星”（Galileo-IOV）提供的公共特許服務（PRS）信號定位精度約為10m，基本符合預期。10－11月，首顆具備全運行能力的Galileo衛星相繼成功開展多項環境試驗，包括模擬衛星與運載火箭分離的顫振和震動試驗，以及模擬真空冷熱交替的熱真空試驗等。第2顆衛星也在開展類似的試驗。這2顆衛星預計在2014年中期搭乘“聯盟”運載火箭從法屬圭亞那航天發射場發射入軌。

美國GPS-2F衛星在軌飛行示意圖

2013年，日本進一步推動“準天頂衛星系統”（QZSS）建設，日本政府在3月分別向三菱電機公司和NEC公司授出QZSS的后續合同。其中，三菱電機公司負責研制3顆衛星，包括1顆GEO衛星和2顆“準天頂衛星”（QZS）；NEC公司、三菱電機公司及其他公司聯合建造QZSS地面控制系統。

2013年7月，印度成功發射首顆區域導航衛星IRNSS－1A，該衛星已部署在傾角為29°的傾斜地球同步軌道。IRNSS的空間段由7顆衛星組成，包括5顆工作衛星和2顆備份衛星。印度計劃于2016年完成7顆衛星組成IRNSS的部署，系統進入運行階段后，水平定位精度優于20m。隨著IRNSS與QZSS的發展部署，亞洲、太平洋地區的衛星導航服務競爭更趨激烈。

軍用成像衛星

2013年，國外軍用對地觀測衛星共進行6次發射，成功發射7顆衛星，截至2013年底，有93顆軍用對地觀測衛星在軌運行。從發射數量和在軌數量來看，目前美國仍然處于世界領先地位，軍用對地觀測衛星在軌數量最多，衛星類型最全面，而且發射新衛星實現更新換代。其他國家或地區也在加緊部署，補網加強，升級換代，躋身于世界航天大國行列。

2013年8月28日，美國發射了1顆鎖眼－12（KH－12）衛星，這顆衛星是在“未來成像體系”（FIA）光學部分取消后，美國國家偵察局（NRO）被迫選擇洛馬公司再建造的第2顆KH－12衛星，第1顆衛星于2011年發射。未來，美國后續光學成像偵察系統發展未知。2013年12月6日，美國發射了第3顆FIA雷達衛星，未來將完全取代“長曲棍球”（Lacrosse）衛星。與Lacrosse衛星相比，FIA雷達衛星改用逆行軌道（軌道傾角為123°），軌道高度提高了約450km，達到1100km，體積僅相當于Lacrosse衛星的1/3，不足5000kg，分辨率更高。美國現役在軌工作的3顆Lacrosse衛星（分辨率0.3m）均已超期服役，為了節省預算開支，NRO決定關閉對在軌工作Lacrosse衛星的測控，有重大緊急事件除外。這標志著未來美國將過渡到全面發展FIA雷達衛星系統的階段。

俄羅斯軍用對地觀測衛星在2013年取得重要突破。2013年6月7日，俄羅斯發射了1顆角色－2（Persona－2）光學成像偵察衛星，標志著俄羅斯對發展傳輸型光學成像偵察衛星的又一次嘗試，使得俄羅斯的光學成像偵察能力得到一定程度上的補充。Persona衛星是基于資源－DK（Resurs－DK）衛星進行建造，設計壽命7年，全色分辨率達0.33m。2013年6月27日，俄羅斯發射首顆禿鷹－E1（Kondor－E1）軍用成像偵察小衛星，在一定程度上增強了俄羅斯的雷達成像偵察能力。Kondor－E1衛星設計壽命5年，星上帶有S頻段合成孔徑雷達，幅寬10km，最高分辨率達1m。

日本在積極發射補充在軌軍用對地觀測衛星能力的同時，提出發展綜合觀測體系，實現區域持續監視能力。近年來，釣魚島爭端持續升溫，日本政府于2013年5月提出將發展新的低軌綜合觀測星座，通過光學與星載合成孔徑雷達（SAR）結合，太陽同步軌道（SSO）與傾斜軌道組合，實現熱點地區持續監視，特別是日本海上運輸線的持續監視。該星座由5顆光學和4顆SAR衛星組網。光學偵察衛星將采用全色、多光譜、高光譜綜合觀測手段，高分辨率與寬幅寬相結合配置，實現每天數次重訪，具體包括2顆0.8m分辨率、50km幅寬光學成像衛星；2顆0.5m分辨率、10km幅寬高分辨率光學成像衛星；1顆30m分辨率、30km幅寬紅外高光譜成像衛星。雷達偵察衛星采用中傾角和SSO結合，實現高頻度觀測全球熱點地區的海上戰略要道，具體包括2顆1m分辨率高分辨率雷達衛星和2顆46°傾角的海洋監視雷達衛星。

加拿大Sapphire軍用衛星

導彈預警監視衛星

2013年全球預警監視衛星共進行3次發射，成功發射4顆衛星，其中美國發射導彈預警衛星和空間目標監視衛星各1顆，加拿大發射2顆空間目標監視衛星。截至2013年底，全球共有22顆預警監視衛星在軌運行。

2013年2月25日，加拿大“藍寶石”（Sapphire）衛星和“近地空間目標監視衛星”（NEOSSat）一同升空，用于探測跟蹤太陽系內的小行星、彗星，以及監視地球高軌衛星。加拿大是北美防空聯合司令部（NORAD）的成員，在境內運行著美國空間監視網絡的3座觀測設施，此次與美國在空間態勢感知領域的合作進一步拓展。NEOSSat和Sapphire衛星在軌探測的空間目標數據都將融入美國空軍空間監視網（SSN），提升高軌空間目標監視能力，支持空間目標編目數據庫更新和維護，提升空間系統運行安全性。

2013年3月19日，美國第2顆“天基紅外系統”地球同步軌道（SBIRS GEO－2）衛星發射升空。11月，SBIRS GEO－2衛星提前完成在軌測試，投入運行，使在軌工作的SBIRS GEO衛星數量增加到2顆，加上4顆“國防支援計劃”（DSP）衛星，使現役GEO導彈預警衛星的規模達到20年來的頂峰。即使保守地將單顆GEO導彈預警衛星的有效覆蓋區域設定為地球75°（S）～75°（N）、緯度跨度150°之內的區域，6顆衛星也足以實現該區域的全天時覆蓋，并且對亞洲大陸、大西洋、太平洋等重點區域可實現雙重甚至三重覆蓋觀測，可對該區域發射的導彈進行立體探測，提供及時、精確的早期預警情報信息。此外，美國在大橢圓軌道（HEO）部署的2個“天基紅外系統”（SBIRS）探測載荷與GEO衛星形成了有效補充，加強了對北極附近高緯度地區的探測預警能力，實現了全球無縫覆蓋探測。

2013年11月20日，美國用于星歷精調的天基望遠鏡－B（STARE－B）衛星發射入軌，積極探索低成本納衛星星座用于高低軌空間目標監視的可行性和有效性。STARE衛星采用3U立方體架構，采用波音公司建造的集群－2（C2B）衛星平臺，該平臺使用了反作用輪，以保證成像所需的較高指向精度。衛星有效載荷為勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）研制的改進型光學成像系統，尺寸約為1.5U，由一臺修正反光卡塞格林望遠鏡及CMOS探測器組成，用于捕獲小型空間目標的圖像。在狹小空間內，STARE光學成像載荷可獲得最小畸變的寬視場（2.08°×1.67°），可探測軌道高度200～1000km、尺寸大于10cm的空間目標。探測器采用視頻級Cypress IBIS5-B-1300 CMOS探測器，像元數量1024×1024，像元尺寸6.7μm，成像曝光時間1s，空間目標定位精度從當前地面觀測系統的優于10000m提高到優于100m，從而實現碰撞虛警率減小99%的目標。

3 整體發展趨勢

軍事航天能力將進一步向更多國家擴散

目前，軍事航天領域依然處于美國一家獨大、俄羅斯和歐洲緊隨其后的格局，強弱局勢分明。隨著日本、印度、以色列等新興航天國家的發展，越來越多的國家將擁有軍事航天系統，未來軍事航天能力格局也將向多元化方向發展。例如，以阿聯酋、以色列和巴西等國為代表的其他國家則通過軍民兩用的形式發展軍用通信衛星系統；以澳大利亞、加拿大和盧森堡等國為代表的具有共同軍事利益的國家，通過國際合作的方式獲得軍用衛星通信能力。可以預見，未來隨著航天技術的進步與應用的深化，將會有越來越多的國家獲得并依賴軍事航天能力。

體系彈性與系統安全性將成為未來發展主題

隨著擁有軍事航天能力國家的增多，空間將變得更加擁擠且富有對抗性。軍事作戰對航天系統依賴性的增加也將進一步凸顯出軍用衛星系統的脆弱性，軍用衛星系統將會面臨物理攻擊、電磁干擾和網絡攻擊等多種威脅。因此，系統魯棒性和安全性問題將會日益突出。

目前，美軍已經提出體系彈性的概念，開展了初步的研究。在軍用通信衛星領域，未來將更加注重能力的多樣化和分散化，充分利用有效載荷搭載、商業容量租用等方式獲得分布式能力。在導航衛星領域，對抗環境下的衛星導航能力成為發展重點，美國GPS系統已經擁有抗干擾能力更強的軍用M碼、自主導航和星上信號功率可調等導航戰能力，正在發展新一代高速星間星地鏈路、點波束等導航戰能力；俄羅斯正在發展星間鏈路和自主導航能力。

軍商進一步融合，產業公司將發揮更大作用

在軍事航天預算普遍削減的背景下，產業界的作用得到凸顯，從衛星制造到系統部署，從服務訂購到有效載荷搭載，產業界的身影處處可見。例如在軍事通信領域，商業運營商瞄準政府和軍方用戶，拓展在軌容量，提供定制型服務。阿斯特留姆公司在運營英國Skynet－5衛星系統的基礎上采購Yahsat衛星、阿尼克－G1（Anik－G1）衛星的軍用容量，實現了全球覆蓋，可靈活滿足全球范圍內軍用衛星通信需求。

此外，隨著通信衛星技術的進步，商業衛星與軍用衛星的界線進一步模糊。首先，在頻段分布上，從UHF到Ka頻段，幾乎都同時部署有軍用和商業衛星系統；其次，軍用載荷搭載商業衛星、商業通信衛星運營商的衛星搭載X和Ka等軍用頻段載荷，使得軍用衛星與商業衛星越來越難以區分，同時也催生了諸多面向軍事用戶的定制化衛星通信服務。繼美國和西班牙的XTAR公司之后，國際移動衛星（INMARSAT）公司在研制第5代衛星之初就行了特殊的規劃，其選用的頻段使得系統可以與美國的WGS和法意的“雅典娜-法意軍民兩用衛星系統”（Athena-FIDUS）相互補。歐洲通信衛星（EUTELSAT）公司更是計劃在未來商業通信衛星上采用抗干擾技術。未來，產業公司將在政府的扶持和引導下，在軍用衛星通信領域發揮更大的作用。