國外偵察與監視衛星系統發展分析

張保慶

偵察與監視衛星利用可見光/紅外相機、合成孔徑雷達、大型可展開天線陣、紅外探測器等手段，從空間軌道上對目標實施偵察、監視和跟蹤，以搜集地面、海洋或空中目標的情報。近年來，主要航天國家穩步推進偵察與監視衛星系統建設，加速偵察與監視衛星系統更新換代，不斷提升對目標的全方位偵察能力。

美國注重發展戰術偵察與監視衛星系統

美國擁有世界上性能最為先進的偵察與監視衛星系統。近年來，美國從作戰任務及其要求的能力出發，高度重視偵察與監視衛星系統的戰術應用能力，現役偵察與監視衛星系統主要包括“鎖眼”系列光學偵察衛星、“長曲棍球”雷達成像衛星、ORS系列衛星等。

“鎖眼”衛星是美國軍用光學偵察衛星，已經發展了12個型號。KH系列衛星主要由洛克希德·馬丁公司研制，美國國家偵察局負責運行，為美國提供了重要的軍事偵察能力。“鎖眼” 系列成像偵察衛星是當今世界最為先進的光學成像偵察衛星，搭載有可見光、紅外、多光譜和超光譜傳感器等光學成像偵察設備，最高分辨率達到0.1 米。在取消“未來成像體系”光學衛星后，美國國家偵查局分別于2011年、2013年成功發射NROL-49衛星、NROL-65衛星。其中2013年發射的NROL-65為最新部署的“鎖眼”-12衛星。美國計劃2018年9月發射NROL-71任務，據報道NROL-71將是美國新一代的“鎖眼”（KH）光學偵察衛星。

“長曲棍球”衛星是美國國家偵察局發展的雷達成像偵察衛星，利用星上合成孔徑雷達對地面目標進行高分辨率成像，最高分辨率達到0.3 米，具備全天候、全天時偵察能力，不受云、霧、煙以及黑夜的影響，并可識別偽裝或地下目標，彌補光學成像偵察衛星的不足。

“天基廣域監視系統”（SB-WASS）是美軍發展的新型海洋目標監視系統，由美國國家偵查局負責系統和運行管理，主要為海軍提供海洋廣域監視，實現對敵方艦隊位置、航行方向和速度的監視。該系列衛星質量4噸，設計壽命為8年，運行于高1100千米、傾角63.4°的近圓軌道。2015年10月，美國國家偵察局（NRO）的NROL-55任務成功發射，將一組2顆SB-WASS海洋監視衛星成功發射入軌，編號USA-264。這2顆衛星是美軍SB-WASS的第7組衛星，以雙星編隊飛行方式組網運行，可通過時差/頻差定位原理對所探測的雷達信號進行定位（定位精度約為1000米）。至2001年首次部署，目前美國共計發射7組14顆衛星，且均在軌運行。

作戰響應空間計劃旨在確保美國具有太空支持作戰能力，包括在需要時提供突擊發射能力、在受到傷害或被降低能力時做到快速響應或形成新的能力，而且無論在何種情況下這種能力都能被迅速“激活”。首顆作戰型衛星ORS-1于2011年6月成功發射，衛星質量為468千克，設計壽命2年，運行在近地點398千米、遠地點405千米、傾角40°的近圓軌道。ORS-1衛星主要有效載荷為改進型光電偵察系統-2，工作在可見光和紅外7個不同的譜段（綠色、紅色、全色、近紅外、短波紅外1、短波紅外2和中波紅外），空間分辨率可達到國家圖像解析度分級標準4級的要求（即空間分辨率1.2～2.5米），能夠較好的滿足作戰用戶對衛星空間、時間和光譜分辨率的戰術應用需求。自2011年部署以來，ORS-1為多個作戰司令部在中東和東南亞的作戰行動提供可見光和和紅外圖像的任務支持。雖然美國空軍一直試圖關閉ORS辦公室，將其相關活動融入到主要的航天采辦機構，但美國空軍始終希望保留。

俄羅斯加速偵察監視衛星更新換代

2016年3月，"聯盟"-2.1A運載火箭成功發射第二顆Bars-M地圖測繪衛星。

俄羅斯不斷加快偵察監視衛星系統的現代化步伐，注重發展多種偵察與監視能力。近年來，俄羅斯一方面加速部署新型光電傳輸型偵察監視衛星系統，加快從舊型膠片返回型號過渡到新型光電傳輸型號;另一方面延續部署舊型的“琥珀/鈷”-M10膠片返回衛星，以填補天基偵察能力縫隙。

Bars-M系列衛星是俄羅斯在2007年重啟“空間制圖”計劃研制的新一代衛星，計劃研制6顆衛星，用于取代“琥珀”-1KFT膠片返回式測繪衛星。2015年2月，俄羅斯成功發射“雪豹”-M1光學測繪衛星是俄羅斯首顆傳輸型測繪衛星;2016年3月，“雪豹”-M2光學測繪衛星搭載“聯盟”-2.1a運載火箭成功發射。“雪豹”-M1衛星設計壽命5年，質量4噸，運行于高度551千米、傾角97.63°的太陽同步軌道。衛星由進步國家火箭與航天科研生產中心研制，采用“琥珀”衛星平臺，帶有2個名為“卡拉特”望遠鏡、2個激光發射器和激光測距儀，分辨率為1.1米。“雪豹”-M系列衛星可為俄羅斯國防部提供全球立體圖像和數字高程數據，進而繪制小區域高精度地圖，將大幅提升俄羅斯天基偵察與監視能力。

“角色”系列衛星是新一代成像偵察與監視衛星系統，采用光電傳輸式設計，能夠將衛星獲取的圖像直接或者通過中繼衛星及時地傳輸到地面接收站。 “角色”系列衛星沿用了“資源”衛星平臺，發射質量超過7噸，設計壽命為7年;衛星載荷采用了與“阿拉克斯”衛星類似的光學系統，光學系統的主鏡直徑為1.5米，其空間分辨率可達到0.3米。首顆“角色”衛星于2008年7月成功發射，但由于電子設備故障導致衛星在2009年2月失效。2013年6月，新型的“角色”-2光學偵察衛星成功發射入軌，星載計算機在軌期間曾發生故障（近1/2內存失效），但在2014年軟件更新后恢復運行。2015年6月，“角色”-3光學偵察衛星成功發射，并進入高度約700千米×730千米、傾角98.1°的太陽同步軌道。與前2顆衛星相比，“角色”-3衛星增加了激光通信中繼終端，可通過地球靜止軌道中繼衛星及時回傳數據。

“琥珀/鈷”-M衛星是“琥珀”系列衛星的最后一種改進型號，在2004年9月部署首顆衛星。截至目前，俄羅斯共有10顆“琥珀/鈷”-M返回式光學偵察衛星發射入軌。典型的衛星配置包括“琥珀”平臺、1個主返回艙和2個小型返回艙;衛星質量約6600千克，通常部署在高度200～300千米的低地軌道，在軌壽命約120天;星載相機的空間分辨率可達到0.2米，但圖像交付周期較長，至少需要1個月。俄羅斯原計劃在2013年后停止發射該型衛星，但“角色”衛星在軌故障使其繼續用于保障天基偵察能力。

歐洲積極推動新型偵察與監視衛星研制

與美國相比，歐洲天基偵察與監視衛星系統建設存在一定差距。近年來，在歐洲各國和聯合機構的推動下，歐洲積極推動新型偵察與監視衛星系統建設，多個新型偵察監視衛星項目取得一定進展。歐洲偵察監視衛星系統以法國、德國和意大利為主，尤其是德國和法國，在偵察與監視衛星的研制上領先于歐洲其他國家。當前，德國和法國正在研究下一代成像偵察系統;意大利也開始啟動第二代雷達衛星系統的研制工作。

“多國天基成像系統”項目是意大利、法國、德國、西班牙和希臘于2006年聯合提出的軍事偵察監視衛星系統，最初計劃構建由可見光、雷達、紅外和超廣譜衛星組成的綜合系統，并且允許相互通過安全方式訪問對方的軍事偵察衛星系統。但目前僅法國和意大利決定通過雙邊國防協議研究基于“通用互操作性層”的用戶地面段間互操作性，涉及法國下一代“空間光學組件”偵察衛星和意大利第二代“地中海盆地觀測小衛星星座”軍民兩用衛星系統。

法國現役光學偵察監視衛星包括2顆“太陽神”-2軍用衛星和2顆“昂宿星”軍民兩用衛星，分辨率分別為0.25米和0.7米。當前，法國正在積極推進新一代“空間光學組件”衛星系統建設。 “空間光學組件”衛星的分辨率將優于0.5米。2015年2月，德國和法國簽署偵察衛星系統的合作備忘錄，其中德國將投資法國第3顆“空間光學組件”光學偵察衛星，承擔略低于50%的研制成本，以獲得整個3顆衛星星座的20%數據訪問權。根據發射計劃，“空間光學組件”的前2顆衛星將分別在2017年和2018年發射。

意大利已部署多顆衛星組成的第一代“地中海盆地觀測小衛星星座”雷達偵察監視衛星系統，系統由同一軌道面的4顆衛星組成，在實現高分辨率成像的同時，還具備一定的動目標監視能力。意大利于2015年9月與泰勒斯·阿萊尼亞航天公司簽署“第二代地中海盆地觀測小衛星星座”軍民兩用雷達衛星系統的研發合同，包括對2顆衛星和地面設施的詳細設計，并完成建造首顆衛星、采購第2顆衛星所需設備以及整個地面段的建設。第二代系統將建造2顆X頻段（中心頻率9.6吉赫茲）雷達成像衛星，可實現亞米級成像。為保證與第一代系統服務的連續性，首顆衛星計劃于2018年上半年實現發射運行。

“合成孔徑雷達-放大鏡”是德國發展的第一代雷達偵察監視衛星系統，系統由分布在3個軌道面的5顆衛星組成，其分辨率可達到0.5米。當前，德國正在研制德國第二代雷達偵察衛星系統SARah，用于替代現役的“合成孔徑雷達-放大鏡”，預計在2019年前后完成部署。SARah系統由3顆編隊飛行的衛星組成，其中一顆為主動衛星，采用相控陣天線，負責向地表發射雷達信號，另外2顆為被動衛星，均采用SARah-Lupe衛星類似的拋物反射面天線，用于分別接受經過地表散射的雷達信號。SARah系統強調在提高空間分辨率性能（可優于0.5米）的同時，利用雙星任務采用的編隊飛行控制技術和干涉合成孔徑雷達技術，通過被動衛星的不同編隊飛行模式可實現多種基于合成孔徑雷達的干涉工作模式，包括數字高程模型和動目標指示等。

日本不斷完善偵察衛星系統

日本以應對朝鮮發射彈道導彈為由，從20世紀末開始實施偵察衛星計劃，批準發展“情報收集系統”系統，迄今已發射兩代共8顆光學偵察衛星和7顆雷達偵察衛星，逐步構建了軍用偵察衛星。

“情報收集系統”衛星的標準配置是“2顆光學+2顆雷達+1顆數據中繼”協同在軌工作，即“2+2+1”模式。2015年2月1日和3月26日，日本分別發射1顆雷達偵察衛星和1顆光學偵察衛星，使日本在軌偵察衛星數量達到7顆（光學偵察衛星4顆，雷達偵察衛星3顆），基本具備全天時、全天候偵察能力，可保證對全球各地的目標每天至少偵察1次。其中，光學偵察衛星分辨率為0.6米，雷達偵察衛星分辨率為1米，還有一顆光學偵察衛星試驗星的分辨率可能超過0.4米級，能夠對機場設施、導彈陣地、水面艦艇、水面航行狀態或港口停泊狀態的核潛艇進行較為詳細的描述和解析。

在積極完善和補充原有系統的同時，日本加緊謀劃IGS系統未來發展。2015年11月，日本宇宙政策委員會發布的《宇宙基本計劃》修訂草案建議將星座組成由目前的4顆衛星增加至8顆衛星。新的IGS系統將由10顆衛星組成，包括4顆光學衛星和4顆雷達衛星，以及2顆配合使用的數據中繼衛星。這將保證對全球各地的目標每天偵察多次，進一步提升日本天基偵察能力。

偵察與監視衛星技術未來發展

當前，國外正在積極開展新一代軍用偵察與監視衛星技術的研究，重點研發具有更高時間分辨率和光譜分辨率的偵察與監視衛星系統，如高軌道薄膜衍射成像技術、超光譜成像技術和超廣譜成像技術等。

高軌道光學成像技術 為解決高軌高分辨率成像的超大口徑光學系統問題，美國在2010年提出了“薄膜光學實時成像儀”MOIRE項目，目的是利用輕質、可折疊的薄膜鏡片替代傳統光學系統的玻璃鏡片，根據衍射成像原理實現高軌光學成像衛星對目標區域的長期定點凝視。2014年5月，美國完成MOIRE設計試驗，標志著美軍薄膜衍射成像技術取得關鍵性突破。與傳統的玻璃光學系統相比，該系統采用超輕薄膜衍射成像技術，更易實現超大口徑和高軌高時空分辨率，可大幅降低系統重量、生產成本和鏡面加工精度要求。天基薄膜衍射成像技術代表了未來衛星成像技術發展的重要方向，可使靜止軌道光學成像衛星同時具備高空間分辨率和高時間分辨率，還有助于低軌高分辨率衛星實現超小型化和低成本。

2016年3月，“聯盟”-2.1A運載火箭成功發射第二課Bars-M地圖測繪衛星

超光譜成像技術 超光譜成像技術具有反映目標光譜特征的特點，有助于探測并發現戰場偽裝目標和隱蔽目標。該項技術目前存在的主要問題在于海量信息的數據處理與傳輸、高信噪比成像器件等。近年來，衛星超光譜成像技術得到了快速發展。美國和歐空局均已進行了在軌驗證，德國和日本也正在開展相關技術的研究。

超時間成像技術 超時間成像探測器以多光譜或高光譜成像傳感器為基礎，利用多個不同波段光譜，以固定時間間隔對地面進行多光譜成像，并對所獲圖像進行實時融合，從而獲得“超時間圖像”。這種新型探測器既可以利用多個不同波段光譜，獲取比簡單可見光成像更多的場景信息，又可以利用多個時間段成像，發現隨時間變化的場景信息，獲得更高時間分辨率圖像。

責任編輯：彭振忠