“探路者”太空偵察衛星

+ 劉進軍

“探路者”太空偵察衛星

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太空籬笆

1980年代后，美國太空監視網在全球部署了33個地面雷達站和光學望遠鏡。它們緊盯太空，能同時監視各國衛星的1.85萬個軌道目標，號稱“太空籬笆”（Space Fence）。美國太空監視網能夠檢測10厘米的太空飛行體，探測深度達3萬千米。

由于雷達和光學望遠鏡受天氣、大氣、日光、電波的影響，監測能力有限，另外，這些儀器只能間歇性地瞥見太空軌道的物體，所以美國認為這道“太空籬笆”監控功能有限。2013年9月，美國空軍太空司令部司令威廉·謝爾頓下令：“太空籬笆”系統停止作戰！

太空中有1000多顆衛星，其中有500多顆各國軍用衛星。美國十分希望隨時掌握這些衛星的動向。美國國防部一直在叫嚷：一些太空物體，未來將威脅美國的航天器。19世紀80年代，美國軍方希望建造一種能及時鎖定衛星和太空飛行器的太空監視衛星，保護美國的太空資產。

美國的太空資產的范圍廣泛，包括通信衛星、導航衛星、氣象衛星、太空望遠鏡、地球觀測衛星等商業、民用和軍事航天器。為了保護這些太空資產，美國需要研制一種能夠探測和跟蹤空間物體的天基太空偵察系統。這對美國來說非常重要，他們迫切需要監控那些被認為可能的威脅對象，不論是真有威脅的還是一些假想敵。天基太空偵察系統能為美國空軍太空偵察網提供天基傳感器，有能力在任何時間和空間探測衛星碎片或其他遙遠的空間物體。

從地球偵察到太空偵察

1996年4月24日，美國國防部彈道導彈防御組織從范登堡空軍基地發射“德爾塔-7920”火箭，將“中段空間實驗”號衛星送入軌道。衛星運行在近地點897千米，遠地點907 千米，軌道傾角 99.4°的太陽同步軌道。

“中段空間實驗”號衛星，昵稱“天狼”中段空間實驗衛星，重量2700千克，由約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制。“天狼”號衛星裝載了許多美國彈道導彈防御組織的實驗儀器:

“勇氣-3”太空紅外成像望遠鏡

紫外線、可見光儀和光譜儀

太空可視儀器

星載信號與數據處理器

2 厘米直徑球體，可部署參考對象。

“天狼”號中段空間實驗衛星

“天狼”號衛星展示了不同的多光譜成像技術, 通過觀察導彈發射和軌道碎片來識別和跟蹤飛行過程中的彈道導彈。此外, “天狼”號衛星還通過觀察臭氧、氯氟碳、二氧化碳和甲烷，測量地球大氣層的組成和動態。

1997年, “天狼”號衛星在冷卻劑耗盡后停止運行。因為不需要被保存在低溫溫度中，可見光傳感器、太空可視儀器仍可操作。在壽命期間，“天狼”號衛星飛行在接近地球同步軌道，用于跟蹤衛星和殘骸。2008年6月, 太空可視儀器失靈后,衛星停止工作。

“探路者”太空偵察衛星的理想圖

為了驗證“天狼”號衛星的眼力和能力，美國空軍連續發射了幾枚火箭，仿真洲際導彈飛行。“天狼”號犀利的目光一眼就將剛剛飛上太空的火箭認出來，并詳細描繪了所有飛行參數。

在太空中，“天狼”號衛星進行實驗，發射了幾顆2 厘米直徑球體。這些2 厘米直徑球體飛到很遠的空間，“天狼”仍然依稀可見。2 厘米直徑球體到底飛到多遠的空間呢？“天狼”能看見多遠的2 厘米直徑球體呢？這是軍事秘密，絕不告訴別人！

“天狼”太空偵察衛星主要任務是：太空偵察，太空監視，實時傳輸下行信號，并自動生成衛星星歷，提供太空偵察、太空監視和導彈預警。

2000年以來，美國開始計劃建造“探路者”太空監視衛星。它的真正意義是太空偵察衛星，用從偵察、監視太空里飛行的洲際導彈和運載火箭。它是一道真正的“太空籬笆”。在十多年研制生涯中，“探路者”衛星努力達到了能識別和檢測各國火箭和洲際導彈飛行的技術。

2008年12月，“中段空間實驗”號衛星計劃完成使命，停止運營。新一代“太空籬笆”—— “探路者”太空偵察衛星已經誕生！它會是什么樣呢？

“探路者”太空偵察衛星指揮中心

太空偵察衛星

“探路者”太空偵察衛星的老東家是美國戰略司令部、聯合太空司令部、美國導彈防御局。位于美國加利福尼亞州洛杉磯的美國空軍太空與導彈系統中心負責研發測試。2004年3月，美國導彈防御局、美國空軍太空與導彈系統中心授權美國諾斯洛普·格魯曼航天技術公司、波音公司、鮑爾宇航技術公司制造“探路者”太空偵察衛星。這是一個衛星星座和支持基礎設施的計劃，將改善美國國防部在軌道上檢測和跟蹤太空物體的能力。

2004年開始，諾斯洛普·格魯曼航天技術公司總承包，波音公司負責研制飛行控制系統，鮑爾宇航技術公司負責制造衛星平臺。美國波音公司與美國鮑爾宇航技術公司合作設計和提供的新型太空監視傳感器航天器和相關地面段。作為主要承包商，波音公司全面負責“探路者”太空偵察衛星，包括地面系統和初始任務操作系統等太空運行系統。

“探路者”衛星徽章：一只大灰狼仰天長嘯。美國導彈防御局、空軍太空與導彈系統中心、波音公司、鮑爾宇航技術公司的大名赫然在目。

位于加利福尼亞州海豹海灘的波音公司的太空與情報系統部門和位于科羅拉多州斯普林斯和亞利桑那州錢德爾的任務系統操作公司共同負責項目管理與任務管理、系統工程與集成、太空飛行器任務數據處理硬件和軟件、建模與仿真、發射工程和集成、地面部分軟件和硬件開發與集成、用戶接口、測控和基礎軟件、任務操作和維護、在軌初始化和運行、安全和可靠性測試等儀器系統。

位于科羅拉多州博爾德的鮑爾宇航技術公司防務制造系統公司，利用波音公司的機載任務處理器，負責衛星平臺、有效載荷、在軌初始化和運行、操作與維護支持；位于佛羅里達州墨爾本的哈里斯公司負責衛星指揮與控制軟件；位于美國馬薩諸塞州波士頓的麻省理工學院/林肯實驗室負責任務規劃軟件、地面任務數據處理軟件。

“探路者”太空偵察衛星計劃

美國半導體技術聯合公司負責衛星收集圖像光學儀器的關鍵部分——電荷耦合器（CCD）。為了獲得高質量、達到太空飛行級別，半導體技術聯合公司與亞利桑那大學成像技術實驗室進行合作，亞利桑那大學成像技術實驗室負責晶片處理和涂層。

“探路者”太空偵察衛星采用鮑爾宇航公司的“BCP-2000”型衛星平臺，與美國最先進的“快鳥”號地球觀測衛星的衛星平臺一樣。2007年底，“探路者”衛星完成。2010年6月，“探路者”通過一系列工程測試。“探路者”衛星計劃花費8.23億美元，包括衛星、有效載荷、發射和地面支持系統。衛星有效載荷的資金約占總數的40%。

鮑爾宇航技術公司測試“探路者”太空偵察衛星

“探路者”太空偵察衛星

“探路者”（SBSS）太空偵察衛星是一顆專門躲在太空里，偵察、監視太空中飛行的洲際導彈和衛星的光學偵察衛星。它重1031千克，三軸穩定系統，“BCP-2000”衛星平臺，2個太陽能帆板提供840瓦的電力，設計壽命7年。衛星有效載荷包括：可見光傳感器、大口徑寬視角光學望遠鏡、低噪聲電子儀器、2軸高度靈活萬向云臺、可編程處理器。

“探路者”衛星裝載了一個直徑30厘米，重約225千克的大型光學望遠鏡，鏡片大約50微弧度。它在地球靜止軌道上觀察的分辨率為20米，在低地球軌道為幾十厘米。而洲際導彈一般直徑2～4米，長度20～30米，都逃不過“探路者”的探測。

尤為重要的是，這個大型光學望遠鏡安裝在一個靈活的兩軸萬向云臺上，有最大的回轉速度和旋轉范圍，地面的控制人員可在目標之間快速移動攝像機，無須轉動整顆衛星，不必為整個航天器變軌花費時間和燃料，就可定位并跟蹤物體。這種靈活的傳感器能尋找和跟蹤空間物體，甚至新的導彈、火箭發射和演習，比以前的太空傳感器具有更快的速度、更大的能力容量和更大的靈敏度，包括：靈敏度增加2倍，檢測威脅快2倍，檢測威脅的概率增加2倍，能力容量提高10倍。

“探路者”太空偵察衛星：瞄準太空、監視太空

“探路者”太空偵察衛星怎樣在太空監測洲際導彈呢？洲際導彈的飛行時序分為3個階段：發射升空階段、太空飛行階段（中段飛行階段）和重返地球階段。“探路者”衛星可以在太空飛行階段發現并監測到洲際導彈的飛行狀態和攻擊目標。

太空偵察衛星可裝載紅外、光學、雷達、多光譜等有效載荷和偵測儀器。當洲際導彈在天空、太空飛行時，一定會發出火焰、溫度、亮光和紅外線。紅外太空偵察衛星的紅外探測器會在幾秒鐘內捕捉、發現、識別和檢測洲際導彈的飛行參數。“探路者”衛星以光學望遠鏡偵測衛星、洲際導彈。它第一次以光學系統演示識別與跟蹤太空飛行階段的洲際導彈，意義非常重大。

“探路者”衛星的地面操作中心位于加利福尼亞州洛杉磯空軍基地的美國空軍太空與導彈系統中心。天基空間監視站設在位于科羅拉多州斯普林斯的波音公司。

“探路者”太空偵察衛星的偵察監視任務：地球軌道上物體的數量、定位數據、目標識別，至少每天在地球同步軌道上進行一次檢測，審查每一顆航天器。

萬向云臺上的2軸高度靈活的光學探測器

“探路者”太空偵察衛星：偵察和監視太空

“探路者”太空偵察衛星的裝備

美國國防部將“探路者”太空偵察衛星搜索、監視、跟蹤收集到的洲際導彈數據，進行分析、判斷和決定，支持世界各地的軍事行動，美國宇航局的衛星、航天飛機和國際空間站也可避免太空碎片的碰撞。

“探路者”太空偵察衛星執行太空監視，具體來說有如下3大任務：

1.科學任務：部署在地球同步靜止軌道上，居高臨下，利用可見光傳感器搜索、監視和跟蹤太空碎片、宇宙空間碎片；

2.偵察任務：衛星利用先進的探測器監視、偵察和跟蹤各類衛星、飛行體、洲際導彈和反衛星武器；

3.軍事任務：檢測、跟蹤、分析、預警進出入大氣層的洲際導彈。

原來，第1顆“探路者”太空偵察衛星定于2008年12月發射，后被推遲到2009年春天，再推遲到2009年11月22日。發射延誤的原因是“米諾塔爾-4”運載火箭，而不是衛星。“米諾塔爾-4”運載火箭，又名“牛頭怪”運載火箭，由美國軌道科學公司建造，低地軌道的運載量為1.7噸。這次發射是它的第一次任務。

2010年9月26日，美國國防部代號“USA-216”的第1顆光學太空偵察衛星——“探路者”太空偵察衛星，終于在美國范登堡空軍基地搭乘“米諾塔爾-4”運載火箭發射升空，運行在630千米的太陽同步軌道上。

美國導彈防御局通過美國空軍太空與導彈系統中心協調開發工作，空間與導彈系統中心的空間優勢系統聯隊空間情境意識大隊負責太空偵察衛星操作中心。太空情境意識大隊指揮官認為：太空偵察衛星將改變空間情境意識，通過衛星傳感器提供及時和實時的空間響應，這種能力是未來制勝的關鍵。

“探路者”太空偵察衛星能大大增強美軍的太空監視能力，是美國空軍獲得“制天權”的又一殺手。美國國防部計劃建立一個由10顆衛星組成的衛星星座，將來擴大為更大的20顆衛星組成的太空偵察系統，在較短的時限提供更小的空間物體的全球監視。美軍稱：我們將看清太空的一舉一動。這將是一個重要的里程碑。

美國導彈防御局說“探路者”衛星真能干！它拍攝的高保真圖像，使洲際導彈暴露無遺，毫無藏身之處。“探路者”跟蹤衛星、太空碎片、反衛星武器，效果超出想象，開辟了一條嶄新的太空偵察道路。