國外天基空間目標監視系統發展現狀與啟示

湯澤瀅，黃賢鋒，蔡宗寶

(中國人民解放軍61541部隊，北京 100094)

國外天基空間目標監視系統發展現狀與啟示

湯澤瀅，黃賢鋒，蔡宗寶

(中國人民解放軍61541部隊，北京 100094)

天基空間目標監視系統是空間對抗的一支重要生力軍，倍受世界各國的關注。首先介紹了天基空間目標監視系統與地基空間監視網相比所具備的主要優勢；然后，重點分析了美國和其他各國天基空間目標監視系統的發展現狀與措施，預計2020年前后美國將完成所有天基空間目標監視系統的部署并實現實戰能力；最后，對空間態勢感知力量的發展給出了相關啟示，提出了空間目標監視系統的建設策略。

天基；態勢感知；空間目標監視；發展現狀

0 引言

長期以來，世界各軍事強國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。空間態勢感知主要負責獲取空間情報監視偵察和環境監測等信息，可為防御性和進攻性空間對抗提供全面的信息支持。但隨著全球航天活動的不斷增加，空間碎片、空間碰撞問題日益突出，特別是2009年美、俄衛星相撞事件后，各國軍方更加重視發展空間態勢感知能力。天基空間目標監視系統是空間態勢感知能力建設的重要發展方向，與地基等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。

1 天基空間目標監視系統的優勢

空間目標監視系統的主要任務是對重要空間目標進行精確探測與跟蹤，確定可能對航天系統構成威脅的空間目標的尺寸、形狀和軌道參數等重要特性，并對目標特性數據進行歸類和分發。這里的空間目標主要指衛星，包括工作的衛星和不工作的衛星，同時也包括各種空間碎片，如進入空間軌道的助推火箭、保護罩和其他物體，也包括進入地球外層空間的各種宇宙飛行物，如彗星和小行星等。

部署在全球多個地點，由多部探測雷達、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。但總的來說，地基空間目標監視系統還不能充分滿足空間態勢感知和空間對抗的軍事需求，其原因在于：一是存在覆蓋盲區；二是地基觀測設備受天氣、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彌補了地基監視網的上述缺點，天基化成為目前空間監視發展趨勢的重要特征。在不同軌道上部署空間目標監視衛星、多顆衛星進行組網、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。盡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，但其在軌道上可以近距離觀測某些目標航天器，因而其觀測精度并沒有下降。相反，因在外太空沒有大氣遮擋，所以光學探測設備的能見性比地基設備的效果相對要更好一些。特別是對于地球同步軌道上高度約3.6萬千米的高軌衛星目標而言，天基空間目標監視系統比地基系統具有更好的探測效果。

天基空間目標監視系統與對地偵察衛星的功能有很多相似之處，都是利用偵察衛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了更多挑戰。地面目標與對地觀測衛星的相對幾何關系比較穩定，相對速度也較小。而天基空間目標監視衛星相對于空間目標的幾何關系變化較大，相對速度也較大，最大可達到15 km/s。如何才能在這樣的高速條件下對目標進行精確觀測和穩定跟蹤，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。

廣義上而言，空間中的任何物體都是空間態勢感知的對象，如中段暫時經過太空的戰略導彈、高/低軌工作衛星、廢棄衛星、空間碎片以及經過近地空間的小行星和彗星、深空的行星和恒星等。但從狹義上來講，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范圍內，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諸多相似之處。

2 天基空間目標監視系統的發展現狀

2.1 美國天基空間目標監視系統

早在1996年，美國就發射了“中段空間試驗衛星”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)，其主要任務是對導彈中段的發現和跟蹤，進行導彈中段預警。該項目于1997年完成了技術驗證，并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衛星驗證了新一代導彈預警和防御所用探測器技術，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美國新一代天基空間目標監視系統上，即：2020年前后將完成的、部署在低地球軌道上的“天基空間監視系統”(SBSS)和2015年前將完成的、部署在地球同步軌道上的“軌道深空成像系統”(ODSI)。

2.1.1 美國“天基空間監視系統”(SBSS)

美國“天基空間監視系統”(SBSS)項目于2002年正式啟動，其主要目的是建立一個低地球軌道光學遙感衛星星座，擁有較強的軌道觀測能力，重復觀測周期短，并可全天候觀測。據稱，SBSS系統將使美國對地球靜止軌道衛星的跟蹤能力提高50%，同時美國空間目標編目信息的更新周期由現在的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系統由5顆衛星組成，將分兩個階段進行建設：第一階段的目標是發射一顆Block 10衛星替代原來的MSX衛星，首顆衛星已于2010年9月發射，它是整個系統的先導星，稱為“探路者”，每天可收集40多萬條衛星信息，用于監視近地軌道物體；第二階段將部署由4顆SBSS衛星組成的衛星星座，并將采用更為先進的全球空間監視技術，完成整個系統建設。第二顆衛星計劃于2014年年底發射，后三顆分別于2017～2022年發射。

美國SBSS系統具有五大特性：一是監測跟蹤目標多。SBSS可對地球同步軌道(GEO)以下的所有太空目標進行監測和跟蹤，可對直徑大于0.1m的1.7萬個太空目標編目，監視30萬個直徑在0.01m以上的太空物體，跟蹤800多顆在軌衛星。二是編目更新周期短。與太空監視網(SSN)配合，SBSS系統的編目更新周期將由原來的7天縮短到2天。三是定軌精度高。SBSS對低軌道目標的定位誤差不超過10m，對高軌道的定位誤差不超過500m，這一點很重要，可及時提醒己方航天器規避軌道碎片。四是深空探測能力強。SBSS系統建成后，在任意時刻都能保證有一顆衛星對GEO進行全軌道監測，對GEO目標監測能力將提高50%以上。五是不受天候影響。SBSS系統不受惡劣天候的影響，可全天候工作，并能一天24小時連續不斷地工作。SBSS系統成功部署后，美國將形成天地一體化空間監視系統，具有強大的太空態勢感知能力，擁有絕對的“非對稱”太空優勢。

美國一直在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。2011年2月4日，《美國國家安全太空戰略》明確提出：“將提高情報能力，加強預測性感知、特征描述、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，因為它們是保持了解自然干擾的能力，了解其它行為體能力、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系，支持安全的太空活動，并保護美國及盟國的太空能力和活動”。

2.1.2 美國“軌道深空成像系統”(ODSI)

與部署在低軌的SBSS系統不同，美國空軍正在研制和部署的“軌道深空成像系統”(ODSI)則是一個由運行在地球靜止軌道上的多顆成像衛星組成的衛星星座，其主要任務是執行空間目標識別，跟蹤和監測高軌道物體，拍攝地球靜止軌道空間目標的高分辨率圖像，并實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。

ODSI系統的主要作用是提供空間物體特性的圖像和軌道位置數據，預計ODSI將由三顆或更多衛星組成，不僅增加了空間目標識別范圍和空間監視網絡的性能，而且支持衛星編目和空間態勢感知能力。2005年1月，波音、洛·馬和諾·格三家公司通過競標成為ODSI概念研究的合同商，按計劃ODSI衛星將于2015年進行首次發射。

此外，美國空軍還在積極研制“一體化空間圖像系統”(SSIP)，其主要任務是將天基和地基傳感器獲取的空間態勢感知信息進行一體化集成。

2.1.3 微小衛星

除上述大型的天基空間目標監視系統以外，美國空軍還在積極研制微小衛星，使其成為空間目標監視力量的重要組成部分。微小衛星成本低、研制周期短，可在戰時或緊急時刻應急發射，并且可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。美軍未來空間目標監視中微小衛星應用的方案包括：1)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于目標更為詳細的信息時，可以使用微小衛星(包括在軌駐留的和及時響應發射的微小衛星)靠近目標，獲取更為詳細的目標特征數據，并推斷非合作目標的意圖；2)針對需要特別保護的合作空間資產，可在其附近部署微衛星，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，并有效采取防御措施。

目前，美國可能用于空間目標監視的微小衛星項目主要有“近場自主評估防御鈉星”(ANGELS)計劃、“空間試驗衛星”(XSS)計劃和“小型軌道碎片探測、捕獲與跟蹤”(SODDAT)計劃。此外，美國空軍研制的“天基紅外系統”(SBIRS)和“空間跟蹤與監視系統”(STSS)衛星盡管都是為實現導彈防御而研制的系統，但也具有很強的天基空間目標監視能力。日前，美國空軍太空司令部宣稱SBSS系統Block 10衛星已擁有初步作戰能力(IOC)，這標志著天基監視系統在其研發周期內已具有實戰能力。根據計劃，隨后將發射的SBSS系統Block 20是由4顆衛星組成的星座，比Block 10功能更強、穩定性更好。

2.2 其他國家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，各國都根據自己的科研水平和經濟實力采取微小衛星、復合任務的發展策略，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。

“恒星微振動觀測”(MOST)是加拿大研制的世界上最小的太空望遠鏡，主要用于天文觀測，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，加拿大正在研制“高低軌觀測衛星”(NEOS SAT)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，發現并觀察近地小行星和彗星，并確定其運行軌跡。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衛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衛星，投入使用后將成為美國空間監視網(SSN)的一部分。Sapphire衛星的主要觀測目標是太空中活動的衛星及失效衛星、空間碎片等。

德國于2013年底發射的Asteroid Finder衛星是一顆以觀測近地軌道衛星和空間碎片為主的微小衛星。

意大利羅馬La Sapienza大學的GAUSS小組正在研制Unisat-5衛星，該微小衛星主要用于民用科學試驗，利用光學觀測系統對空間碎片進行監視。

3 啟示

為了更有效地利用空間、更深入地探索空間，并為未來空間作戰提供及時、準確的空間目標信息，世界各軍事強國都在積極拓展對空間物體的監視范圍，不斷提高對空間目標的觀測精度。通過分析國外天基空間目標監視系統的發展現狀與特點，對于如何發展空間態勢感知力量得出以下幾點啟示：

1) 完善空間目標監視系統性能，面向直接支持作戰。

空間目標監視系統的發展，除滿足平時航天活動的需求外，還應立足未來，面向直接支持作戰，建立天地結合、光學與雷達等探測手段互為補充、具有導彈防御能力的空間目標監視系統，具備較強的空間環境和空間目標觀測能力，能夠對空間環境進行預報、對重點空間目標進行編目管理，并具備一定的空間目標識別能力，能夠對敵重點目標進行識別、對其行動進行預測，全面滿足空間對抗作戰需求。

2) 研究空間目標特性，發展符合國情的監視系統。

為彌補地基監視系統全球布點少的不足，應優先發展高軌目標監視技術，以形成全空域監視能力。除大力發展空間光學監視技術外，還應重點發展雷達等主動空間探測技術，以提高空間電磁信號的偵察技術水平。同時，需積極發展可對空間目標抵近觀測的微衛星監視技術，以提高對重點目標的詳細探測能力。

3) 加強網絡化建設，形成一體化的綜合信息網。

當今使用的各種空間目標監視系統，基本上都是相互獨立的，不同系統之間的互聯互通性差，信息無法及時共享和綜合利用。未來的空間目標監視系統應著眼于信息的充分共享，朝著網絡化方向發展，使部署在不同軌道高度、執行不同任務的目標監視系統能夠實時分享各種情報信息，構成天地一體化、性能完備的綜合監視網，維護國家空間安全與權益。

4 結束語

在全球太空資源開發熱潮進一步高漲和未來太空作戰趨勢不斷加劇的新軍事斗爭形式中，空間目標監視系統起著重要而關鍵的作用。美國在天基空間目標觀測領域仍然走在世界前列。可以預見，2020年前后，當美國計劃的所有天基空間目標監視系統均完成部署并實現實戰能力以后，太空中所有的一舉一動將全都逃不出美國這些“天眼”的監視，這將極大地增加太空乃至地球的安全動蕩，并導致美國的技術霸權和政治霸權地位得到進一步鞏固和延伸。■

[1] 吳勤, 高雁翎. 美國空間對抗裝備的新進展[J]. 航天電子對抗, 2010, 43(3):18-21.

[2] 趙霜, 張社欣, 方有培, 等. 美俄空間目標監視現狀與發展研究[J]. 航天電子對抗, 2008, 24(1):27-29.

[3] 黃志澄. 太空武器化與太空威懾[J]. 國際技術經濟研究, 2006, 17(1):24-28.

[4] 王杰娟. 國外天基空間目標監視研究現狀與特點分析[J]. 裝備指揮技術學院學報, 2011, 32(6): 24-27.

[5] Morris J. Air force completes restructuring of SBSS pathfinder program[R]∥Aerospace Daily & Defense Report, 2006.

[6] Orbital deep space imager(ODSI)[EB/OL].2007-08-25[2014-06-30]. http:∥www.globalsecurity.org/space/systems/odsi.html.

Development status and enlightenment of foreign space-based space surveillance systems

Tang Zeying， Huang Xianfeng， Cai Zongbao

(Unit 61541 of PLA,Beijing 100094,China)

Space-based space surveillance system is a very important part of space countermeasures, which has aroused worldwide attentions. Firstly, compared with ground-based space surveillance network, the main advantages of space-based space surveillance system are analyzed. Then, the analysis of development status and measures of space-based space surveillance systems of the United States and other countries is presented. It is expected that the deployment of all space-based space surveillance systems of the United States will be completed and actual combat capability will be implemented in 2020. Finally, some enlightenment on our development of space situational awareness force is put forward.

space-based; situational awareness; space surveillance; development status

2014-11-30；2015-01-12修回。

湯澤瀅(1970-)，女，副研究員，博士后，主要研究方向為信息對抗技術、軍事航天等。

TN971

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