國外空間目標監視系統的發展

曹 斌

國外空間目標監視系統的發展

曹 斌

隨著越來越多的國家擁有進入空間和利用空間的能力，空間變得日益擁擠、更加具有競爭性和對抗性，感知空間態勢進而控制空間成為一些大國追求的目標?？臻g目標監視是爭奪空間“高邊疆”的前提，只有具備較強的空間態勢感知能力，才能確保后續的空間攻防行動的有效展開?？臻g目標監視系統是監視他國空間資產、空間活動、空間碎片，進而實現空間態勢感知的重要物質基礎，其能力水平直接制約著空間對抗能力的發揮。

空間目標監視系統的任務

空間目標監視系統主要由地基和天基探測設備組成，用以對航天器進入空間、在空間運行及離開空間的過程進行探測和跟蹤，對空間碎片和自然天體的運行情況進行觀測，結合其他相關信息和數據，經過綜合處理，獲取目標的外形、尺寸、飛行軌跡、功能等信息，并進行編目，以掌握空間態勢，向民用和軍用航天活動提供空間目標信息支援。

空間目標監視系統具有重要的軍民兩用價值。在民用方面，其主要作用是保障航天器安全和判斷航天器故障。在軍用方面，該系統可以幫助確定潛在敵方的空間能力，為空間對抗等軍事航天活動提供支持?？臻g目標監視系統的主要任務包括：及時發現新的航天發射活動；對空間目標進行探測、跟蹤和識別，維持空間目標編目；對可能發生的碰撞和對己方空間系統構成威脅的空間碎片或主動攻擊進行告警，確定有敵意航天器的任務載荷、尺寸、形狀和軌道參數等重要目標特征；為航天器碰撞規避以及主動防御等提供支持；通過確定目標軌道信息，為攻擊敵方航天器提供作戰支援。

2013年5月，美參聯會頒布的新版《空間作戰條令》，首次將空間態勢感知列為與空間力量增強、空間支持、空間控制和空間力量運用并列的獨立任務領域，并排名第一，將其視為一切空間作戰活動的基礎和前提。

國外空間目標監視系統的發展現狀與趨勢

美國擁有天地結合的空間目標監視網 美國已建成遍布全球、天地一體的空間目標監視系統，并正在進行更新換代，以實現覆蓋全軌道高度的空間目標監視能力。

在地基方面，美國建立了由30多部地基光學探測系統、無源射頻信號探測系統、雷達探測系統、指揮控制中心組成的空間監視網。美國空間監視網擁有對大部分空間目標進行編目管理的能力，但還不具備在任何時候對所有空間目標進行持續監視的能力，主要根據任務需要在一段時間內對特定目標進行觀測。目前，美國空間監視網可探測的目標直徑：低軌為10厘米，地球同步軌道為1米。目標定位精度：低軌為1千米，地球同步軌道為10千米。

為加強地基空間監視系統建設，美國主要采取了以下措施。一是汰舊換新。美國關閉了運行52年的舊“空間籬笆”系統，以節省開支。2014年6月，美國空軍開始研制新的“空間籬笆”系統。新一代“空間籬笆”系統使用3臺地基S波段雷達，可探測低/中高度地球軌道上20萬個左右2厘米以上的空間目標，計劃2018年建成，投入運行后將大大增強美國空間態勢感知能力。在沒有預先提示或指派任務的情況下，具有發現、鎖定和測量2/5的低/中軌道空間目標能力。二是填補盲區。目前，美國在南半球部署的空間目標監視系統較少，只在南半球赤道附近有零星部署，存在覆蓋盲區。因此美國擬在澳大利亞部署空間監視望遠鏡和C波段雷達，不但能提高對東半球和南半球覆蓋，改善美軍地基中/高軌探測監視能力的不足，而且可提高對地球同步軌道區域微小目標的探測能力，發展對空間的廣域、快速搜索監視能力。三是提升能力。美軍將改造聯合空間作戰中心的任務系統，提升空間指揮、控制和數據分析能力。

空間目標監視系統在未來空間對抗不同階段所承擔的主要任務

在天基方面，天基空間監視系統具有不受地理位置限制、可全天候工作、可進行廣域空間監視、探測跟蹤深空微小目標能力強等特點。美國在加強地基空間目標監視系統的同時，正在加緊建設天基空間態勢感知系統。一是發展大型天基空間監視系統。2010年9月，美軍發射了“天基空間監視系統”（SBSS）首顆“探路者”衛星，并于2013年4月正式服役。SBSS可全天時、全天候進行空間態勢感知，每天提供1.2萬次對深空物體的觀測；與地基監視系統每次只能觀測一個目標不同，SBSS可同時觀測多個深空目標，部署后空軍的空間物體觀測能力提高了5倍。其后繼項目可能將使用由在低軌道運行的3顆尺寸更小的衛星組成的星座，對地球同步軌道的物體保持監視。目前，相關的技術研發工作正在進行，并計劃在2021年前發射。

二是發展小衛星用于空間監視。美國已發射兩顆“凝視”納衛星，計劃構建由18顆納衛星組成的衛星星座，提高對空間目標的定位精度。美空軍計劃2017年在“快速響應空間”-5任務期間發射小衛星，提供地球同步軌道目標監視能力，補充美軍空間監視能力潛在缺口，并驗證相關技術。

三是發展對地球同步軌道目標的抵近偵察能力。2014年7月，美軍發射2顆“地球同步軌道空間態勢感知計劃”衛星，具備較強的機動變軌能力，可按需抵近地球同步軌道目標，繞目標飛行，對目標進行詳細的光學和電子偵察。

預計到2020年前，美國在全球的覆蓋盲區將顯著縮小，并將在地基系統升級改造和部署新系統的基礎上大力發展天基系統，大幅提升對深空微小目標的探測、跟蹤與識別能力，并具備廣域與局域威脅告警與評估能力。到2020年，美國空間監視網對低軌空間目標的探測和定位精度將分別提高到1厘米和10米，對地球同步軌道目標的探測和定位精度將分別提高到10厘米和100米；將能實時監視感興趣目標，空間碰撞預測的準確率提高到99%。

俄羅斯繼續沿用部署在蘇聯國土內的外空監視系統俄羅斯空間目標監視系統是伴隨著其彈道導彈預警系統的建設而發展起來的，主要以地基系統為主，包括地基雷達，光學、光電探測器，與空間監視中心共同構成外空監視系統，由俄羅斯航天部隊掌管。俄羅斯空間監視網每天能生成5萬條左右觀測數據，維持8500個目標的編目，其中大部分為低軌目標。俄羅斯空間監視系統目前主要受制于兩個因素：一是沒有形成覆蓋全球的網絡，監視的對象大部分為低軌目標，還無法達到對空域、時域的無縫覆蓋。受地理位置分布局限，無法探測跟蹤低軌道傾角和西半球的空間目標。二是蘇聯解體后，俄羅斯需要租用部署在其周邊鄰國境內的空間目標監視系統。據俄羅斯軍方稱，2001年俄羅斯雷達網僅能覆蓋1/3領土上的空間。

俄羅斯可用于空間監視的雷達包括：部署在俄羅斯摩爾曼斯克、伊爾庫斯克以及哈薩克斯坦巴爾喀什的“第聶伯河”電掃描米波雷達；部署在俄羅斯伯朝拉和阿塞拜疆明蓋恰烏爾的“達利亞爾河”相控陣米波雷達；部署在白俄羅斯巴拉諾維奇的“伏爾加河”連續波相控陣分米波雷達，以及俄羅斯圣彼得堡列赫圖西的“沃羅涅日”-DM米波雷達與“頓河”-2N相控陣厘米波雷達。其中，“伏爾加河”雷達2002年開始部署，與“達利亞爾河”雷達相比，跟蹤精度明顯提高，能夠發現和跟蹤數千千米以外飛行中的彈道導彈和空間目標，并監測其飛行數據，具有較強的抗干擾能力?！拔至_涅日”-DM是俄羅斯最新研制的超大型相控陣雷達系統，2005年開始部署，可跟蹤、識別4800千米外的空間目標，可有效應對突然出現的高速目標，能在極其惡劣的條件下發揮作用，是俄羅斯新一代主力預警裝備。

俄羅斯最先進的光學空間監視系統是位于塔吉克斯坦境內的“窗口”-M系統，該系統為有源光電空間監視與跟蹤設施。2015年7月，俄羅斯首套“窗口”-M地基光電空間監視系統具備完全運行能力。該系統可識別軌道高度2000～40000千米的航天器，與地基雷達配合，能使俄軍空間監視能力覆蓋目前所有航天器的運行軌道，空間監視能力增強4倍。俄羅斯還計劃在未來4年內，再建設超過10套“窗口”-M系統，部署在阿爾泰以及濱海邊疆地區，將為俄未來遂行空間信息對抗和空間攻防活動提供重要支撐。

歐洲主要國家建有各自分立的空間目標監視系統歐洲主要國家部署了各自分立的地基雷達、光電空間目標監視系統，如法國的“格拉夫”系統、艦載“蒙日”系統，德國應用科學研究所跟蹤成像雷達系統，英國被動成像測量望遠鏡等。另外，歐洲的自動轉移飛行器也能配備光學傳感器執行天基空間監視任務。

歐洲空間目標監視系統一直缺乏整體規劃，目前由各國的國防部門分別管理，沒有實現聯網運行，在布局和協同工作方面都缺乏統一規劃，導致在空間覆蓋上存在缺口，在能力上存在不足，使得歐洲主要依賴美國空間監視網獲取空間監視相關信息。

法國“蒙日”號導彈監控雷達艦

國外空間目標監視系統建設重點

著力構建面向空間對抗作戰的體系結構美國現有空間監視系統的體系結構是冷戰時期遺留下來的，以空間目標監視、編目管理為主要任務，主要用以滿足國家戰略層面的信息需求。隨著美國空間對抗戰略的不斷推進，其空間監視系統的任務由戰略層面向戰術層面擴展，現有體系結構已不能滿足未來遂行空間攻防對抗的需求，主要表現在：首先，美國空軍主管的空間監視網，以及導彈防御局、情報界可用于空間監視的多種探測器各自分立，沒有形成整體合力，整體效率不高。2015年6月，美國國防副部長沃克宣布，計劃成立融合情報部門和國防部的新聯合太空行動中心，新機構將更好地整合國防部和情報部門衛星資源，實現情報部門和國防部空間態勢感知能力的共享。其次，及時響應能力不能滿足要求，即從任務分派到形成可用信息的周期過長。為此，美國2001年啟動了空間態勢感知倡議計劃，2007年啟動了一體化空間態勢感知計劃，構建面向空間對抗作戰的空間態勢感知體系結構，集成擔負火箭發射探測與跟蹤、航天器監視與跟蹤以及空間環境監測等任務的探測器，形成面向空間對抗作戰、全譜、近實時的情報、監視、偵察、環境空間態勢感知能力。

重點增強對微小目標和深空目標探測能力空間碎片的迅猛增長，給在軌航天器帶來極大安全隱患；小衛星特別是皮衛星、納衛星的釋放越來越多，探測和跟蹤這些小衛星對現有系統能力構成了極大挑戰。另外，高軌空間區域，聚集著導航、氣象、通信等眾多戰略性空間系統。對其有效監測具有重要的潛在戰略價值。目前，美俄都建立了近地軌道10厘米以上空間目標編目，未來將重點增強10厘米以下微小目標探測能力，并著力發展高級的空間目標特性分析，對空間目標識別進行深入研究，以便從復雜空間背景中判定和識別出衛星和導彈目標，為空間攻防提供支撐。此外，為應對空間環境日益擁擠的現狀，美國開展的天基空間態勢感知和地基“深空觀察雷達”等項目，都是旨在增強對微小空間目標和地球同步軌道目標的探測能力。

空間威脅探測與告警技術是發展的熱點空間態勢感知就是要掌握空間有什么、是什么、在干什么，預測一定時間內的狀態，為決策者和指揮員提供戰場信息支援。這就要求在對空間威脅進行及時、有效探測的基礎上，能做出空間威脅預警和評估，對可能發生的碰撞和對己方空間系統構成威脅的空間碎片或主動攻擊進行告警，因此空間威脅探測與告警技術成為發展的熱點。

總體來看，美軍正在發展的空間威脅探測與告警手段包括：一是利用空間目標監視系統，判斷可能對空間系統構成威脅的目標，形成威脅預報。這需要一系列功能強大的地基和天基監視設備，以便對所有空間目標（包括碎片）進行全面監視。其特點是威脅預報時間長，保護對象多，缺點是軟殺傷威脅無法感知預報。二是利用衛星本身裝備的探測設備，實現對敵方射頻、紅外、激光干擾情況的感知，形成威脅預報并發出告警信息。這需要衛星系統自身具備對空間目標進行監控的能力，以探測和識別威脅。其特點是可感知軟殺傷威脅，缺點是威脅預報時間短，保護對象惟一，衛星系統復雜化。美軍計劃利用“快速響應空間”-5衛星驗證自感知空間態勢感知系列傳感器，如能驗證成功，美國未來許多衛星都可搭載通用星載空間態勢感知傳感器。三是綜合利用空間目標監視系統和衛星自身裝備的探測設備，通過對所有空間目標的全面監視和識別分類，對敵方射頻、紅外、激光干擾情況的感知，分析判斷可能對空間系統構成威脅的目標，形成完整的威脅預報并發出告警信息。其特點是實現多源信息的融合處理，形成完整的威脅預報。

美軍能對2萬多個空間目標進行跟蹤和編目

國外空間目標監視系統發展途徑

加強統一管理加強統一管理是國外提升空間監視能力的重要途徑。例如，美國空軍、海軍以及其他非軍事機構最初分別建有各自獨立的空間目標監視系統。為提高現有系統的使用效率、實現數據共享和縮短數據分發時間，美國將空軍、海軍的空間目標監視系統聯網，并從2004年開始交給空軍統一管理。美國2002年3月成立空間態勢感知綜合辦公室，由該辦公室站在國家層面研究國家空間態勢感知需求，建設國家空間態勢感知體系，評估空間態勢感知能力，制訂一體化規劃和投資戰略，并負責空間態勢感知的系統集成工作。2014年，美國空軍推進“聯合太空運行中心任務系統”項目，旨在集成各類信息源，快速探測跟蹤目標，實現跨太空監視網絡數據的有效分發，最終為航天司令部提供現代化的空間態勢感知數據處理能力。歐洲也在研究將各國現役和在研的空間目標監視系統聯網使用，以減少對美國空間監視網的依賴。

注重能力融合發展美軍十分注重空間態勢感知能力的融合式發展。一是多源數據的融合應用。美軍除利用空間監視系統采集數據外，還注重傳統情報資源手段的建設，以獲取他國衛星特性、能力、意圖等信息，基于專門的多源數據融合流程、算法和系統，以實現空間態勢感知數據大融合。二是空間態勢感知與導彈預警能力融合應用。導彈預警與空間態勢感知有許多共通之處，因此美軍積極利用導彈預警系統的能力彌補空間態勢感知能力的不足。美國戰略司令部司令在2009年戰略空間論壇中強調，未來導彈預警傳感器設計應融入空間態勢感知的任務需求。三是天基與地基系統融合發展。天基空間監視系統具備不受區域限制、跟蹤機動靈活、觀測距離遠、成像質量高、戰時生存能力強等優點，與地基空間監視系統結合可以發揮更強大的效能。

注重國際合作空間范圍龐大、目標繁多，當前空間內存在的物體數量約為50多萬個；相比之下，美軍僅能夠對其中的2萬多個空間目標進行跟蹤和編目。在國防經費削減的現實背景下，美軍獨立開展空間態勢感知任務難度越來越大。美國希望通過合作的策略進一步拉攏盟友和伙伴，構建空間利益集團，壓制、制衡力量發展，謀求對空間更有力的控制?；谝陨显颍陙?，美軍在空間態勢感知領域的國際合作發展較快，已與加拿大、日本、澳大利亞等盟國，以及44家公司簽署了空間態勢感知數據共享協議，簡化對方向美軍申請空間態勢感知數據的流程，作為交換，美國也獲得相應的信息共享權利。例如，韓國將向美國戰略司令部提供衛星位置和無線電頻率信息。值得注意的是，美國與日本以空間態勢感知為突破口，將合作上升到太空安全層面，日本現已開始組建專業部隊執行衛星監視任務，所獲數據將向美軍提供。

主要國家加快發展空間目標監視系統，將使空間態勢對其單向透明，為其掌控其他國家空間活動態勢、實時評估空間安全威脅、遂行空間對抗、謀求控制空間提供關鍵支撐。

責任編輯：劉靖鑫