美國軍用衛星系統最新發展分析

李 悅，張 可，丁 磊

(中國人民解放軍32032部隊，北京 100094)

0 引言

軍事衛星系統的迅速發展極大地提高了武器裝備的整體作戰效能，已成為直接支援作戰行動不可替代的手段。美國建立了世界上最龐大的軍用衛星系統，近年來正在不斷提高其太空力量的融合作戰能力，強化太空力量的戰役戰術應用，主要包括提高殺傷鏈的反應時間、提高與各種作戰力量的聯合程度、提高各種作戰環節的銜接與并行展開能力等內容。

1 美國軍用衛星最新部署態勢

憂思科學家聯盟網站最新數據顯示，截止2019年5月，美國軍用衛星共計在軌176顆，2015年以來發射重點衛星情況及退役重點衛星情況見表1、表2。由表可見，美國軍用衛星在數量和構成上變化不大，主要以升級換代為主。

1.1 信息獲取類衛星

信息獲取類衛星主要包括偵察、預警、態勢感知衛星，是部隊實施作戰行動的先決條件。美國現役信息獲取類衛星在軌情況如表3所示。

1.1.1 電子/成像偵察衛星

美軍偵察衛星目前在軌36顆，主要由電子偵察衛星26顆和成像偵察衛星10顆組成。已形成了高低軌道配合、多星組網運行、多種偵察手段相結合的航天偵察裝備體系。

1)電子偵察衛星

美國電子偵察衛星主要由“門特”(Mentor)、“水星”(Mercury)、“軍號”(Trumpet)以及“白云”(NOSS)系列衛星組成，衛星分布高低軌道兼有，高軌道側重通信偵察，低軌道側重雷達偵察。2015年以來，美軍共發射10顆電子偵察衛星，主要包括1顆GEO軌道Mentor衛星以及4顆LEO軌道NOSS衛星。

表1 2015年后美新發射重點軍用衛星列表

表2 2015年后美退役重點軍用衛星表

表3 美國現役信息獲取類衛星在軌情況統計表

Mentor系列衛星(如圖1所示)是美國第四代地球同步軌道多用途電子偵察衛星，可對目標地面防空、反彈道導彈和預警雷達信號進行偵察，從而獲取雷達的位置、信號特征等情況。該系列衛星能截獲導彈和衛星的遙測遙控信號，獲悉導彈發射情況以及衛星日常遙測遙控信號特征，對導彈發射和衛星管理造成威脅。此外，其還能監聽其它微波通信、無線電話信號，甚至能偵收保密信號。從圖 2可以看出，其主要偵察區域全覆蓋了亞、非、歐大陸地區。

圖1 Mentor衛星在軌運行三維示意圖

圖2 Mentor衛星偵察仿真圖

Mercury系列衛星為美國空軍第四代地球同步軌道電子偵察衛星，除了用于截獲通信情報之外，還有收集導彈試驗時的遙測遙控信號及雷達信號等非通信電子信號的能力。目前共有3顆在軌衛星，分布如圖 3、圖 4所示。

圖3 Mercury衛星在軌運行三維示意圖

圖4 Mercury衛星偵察仿真圖

Trumpet系列衛星是美國第四代多用途電子偵察衛星，運行于大橢圓軌道，主要彌補了在高北緯地區薄弱的偵察能力，并側重于雷達和導彈遙測信號的截收。目前該系列共有5顆在軌衛星，其在軌運行三維示意圖如圖 5所示。

圖5 Trumpet衛星在軌運行三維示意圖

NOSS即“聯合天基廣域監視系統”，是采用雙星座模式工作的海洋監視衛星。星上攜載相控陣雷達和數據處理與傳輸等設備，可對全球海洋目標進行全天時、全天候的雷達及通信信號偵察，也能夠探測核潛艇和低空飛行導彈。該系列衛星既可為美軍提供及時、近連續的偵察和監視信息，幫助其掌握戰場態勢，也可為其武器系統超視距打擊提供目標指向。NOSS系列衛星在軌運行三維示意圖及偵察仿真圖如圖6、圖7所示。

圖6 NOSS系列衛星在軌運行三維示意圖

2)成像偵察衛星

成像偵察衛星主要包括光學成像衛星和雷達成像衛星，光學成像衛星包括“鎖眼”(KH)系列衛星，雷達成像衛星包括“未來成像體系”(FIA)等。

“鎖眼”衛星由美國國家偵察局負責運行。與先前的KH系列衛星相比，當前在軌的4顆衛星軌道面近均勻分布，通過星座組網進一步提高了空間分辨率和時間分辨率。衛星采用當今最先進的自適應光學成像技術，能夠有效補償由于大氣影響造成的觀測影像畸變。衛星還采用了長焦距等新技術以及復雜的衛星穩定控制技術，不但使地面分辨率從0.15 m提高到0.1 m，也使瞬時觀測幅寬從2.8～4 km提高到40～50 km?！版i眼”系列衛星在軌運行三維示意圖及其組網運行仿真圖如圖8、圖9所示。

圖8 “鎖眼”系列衛星在軌運行三維示意圖

圖9 “鎖眼”系列衛星組網運行仿真圖

FIA為美國下一代雷達成像偵察衛星星座，它將用體積小、功能強、數量多的較小型成像偵察衛星組成星座，從而取代現有的Lacrosse雷達成像偵察衛星。FIA星載SAR可在工作周期內轉換極化方式、頻寬、重復間隔和脈寬等參數，實現觀測模式快速切換。FIA目前由5顆在軌成像偵察衛星組成星座，可實現完整均勻分布覆蓋。FIA衛星在軌運行三維示意圖及其組網運行仿真圖如圖10、圖11所示。

圖11 FIA衛星組網運行仿真圖

1.1.2 導彈預警衛星

目前，美國在軌的導彈預警衛星共15顆，主要由“國防支援計劃”(DSP)系統、“天基紅外”(SBIRS)系統和“空間跟蹤與監視”(STSS)系統組成，形成了高低軌結合，預警、跟蹤和識別功能復合的導彈預警衛星體系，可為美國提供強大的彈道導彈預警能力。

STSS由于技術風險和經費投入過大，美國國會要求調整計劃，最終僅批準先發射3顆衛星進行技術演示驗證試驗。

現役的國防支援計劃衛星(DSP)是美軍第三代導彈預警衛星系統，位于靜止軌道，主要載荷為紅外探測器、高分辨率電視攝像機及核爆炸輻射探測裝置等，可對導彈發射和核爆炸進行探測和預警。DSP系列衛星在軌運行三維示意圖及其運行仿真圖如圖12、圖13所示。

圖12 DSP系列衛星在軌運行三維示意圖

圖13 DSP系列衛星運行仿真圖

近年來美軍著重發展的“天基紅外”(SBIRS)系統運行于地球同步軌道和大橢圓軌道，用于替代DSP衛星，其掃描速率和靈敏度相比DSP預警衛星均提高十倍以上，可以滿足21世紀美國在導彈預警(MW)、導彈防御(MD)、戰場空間感知(BA)、技術情報(IT)四個國家安全任務領域的需要，為美國提供更強的彈道導彈預警能力。GEO衛星星座定點于地球赤道上空，主要用于探測和發現處于助推段的彈道導彈。而遠地點位于北極上空的大橢圓軌道(HEO)預警衛星在北極區域滯留時間長，可以有效解決北極地區的探測，并與地球靜止軌道預警衛星互補，形成對全球(除南極區域)24 h監視。

根據預警衛星后續發展計劃，美軍將啟動下一代高空持續紅外(NG-OPIR)項目。該系列具有更先進的導彈預警能力，將逐步替代SBIRS系列衛星。NG-OPIR系列將由地球靜止軌道衛星和極地軌道衛星構成，能夠實現覆蓋全球的導彈監視。SBIRS衛星在軌運行三維示意圖及SBIRS-GEO定點偵察仿真圖如圖14、圖15所示。

圖14 SBIRS衛星在軌運行三維示意圖

圖15 SBIRS-GEO定點偵察仿真圖

1.1.3 態勢感知衛星

SBSS衛星目的是及時探測、跟蹤和識別低地球軌道至地球靜止軌道的人造空間物體，探測衛星機動變軌情況，提供全天時、全天候、近實時空間態勢感知數據。該衛星還可完成空間編目任務，對在軌分離與機動操作進行預測和預警，為制定可能的進攻性和防御性空間對抗策略提供支持。SBSS衛星現在軌1顆，如圖 16所示。SBSS計劃分兩個階段實施，計劃第一階段發射1顆“探路者”衛星，用于技術驗證和快速補充空間監視能力；第二階段構建由4顆低地球軌道光學遙感衛星組成的系統。SBSS衛星運行仿真圖如圖17所示。

GSSAP系列衛星現共計在軌運行4顆。該系列衛星是美國重點發展的態勢感知衛星，部署在地球同步軌道帶的上下兩側，這種部署方式使GSSAP可以監測地球同步軌道帶，跟蹤已知目標和空間碎片，并監視部署在同步軌道帶上的衛星所面臨的潛在威脅。GSSAP搭載的光電傳感器可對同步軌道帶目標實施近距離偵察，是對美國地基目標監視傳感器和部署在低地球軌道SBSS的有力補充。該系列衛星自發射以來在赤道上方以常態化漂星狀態工作，具有很強的機動能力，美軍未公布其軌道根數。

圖16 SBSS衛星在軌運行三維仿真圖

圖17 SBSS衛星運行仿真圖

1.2 信息傳輸類衛星

美軍通信衛星自20世紀80年代就確定了系統體系結構和發展路線，現役衛星在軌情況如表4所示，涵蓋了寬帶、窄帶、防護、中繼等類專用衛星系統，具備全球范圍常態化覆蓋和關鍵地區多重覆蓋能力，確保了關鍵的衛星通信服務的連續性和可獲得性。

1.2.1 通信衛星

DSCS是一個提供超高頻(SHF)寬帶和抗干擾通信的通信系統，現在軌運行的是第三代衛星，由6顆衛星組成，目前均已超期服役。

表4 美國現役信息傳輸類衛星在軌情況統計表

WGS為DSCS III的后續計劃，是工作在超高頻頻段的新型大容量衛星通信系統，旨在發展新一代寬帶衛星通信系統，用X頻段替代DSCS，用Ka頻段替代“全球廣播業務(GBS)”系統。目前，WGS地球同步軌道衛星在軌共10顆，基本實現全球覆蓋。

與DSCS III相比，WGS衛星系統能為所部署的部隊提供更大的通信容量，單顆WGS衛星的通信容量超過目前所有DSCS III衛星星座容量的總和，能夠在軍事行動中以絕對優勢的數據和圖像傳輸速率為部隊提供強有力的支持。18 DSCS III衛星系統覆蓋范圍示意圖及WGS衛星系統覆蓋范圍示意圖如圖18圖、19所示。

圖18 DSCS III衛星系統覆蓋范圍示意圖

圖19 WGS衛星系統覆蓋范圍示意圖

Milstar是具有高魯棒性、安全性和抗毀性的軍事衛星通信系統，它能夠提供全球范圍的抗干擾、抗核爆閃爍、低截獲概率(LPI)、低檢測概率(LPD)的通信業務，以滿足美國軍事核心通信需求。第二代衛星增加了抗干擾的自適應多波束調零天線、自主運行能力等技術，使衛星具有很強的抗干擾、防偵收、防截獲和生存能力。目前共4顆Milstar衛星在軌組網運行，形成覆蓋南北緯75°全部區域的抗干擾保密衛星通信網。

AEHF是Milstar衛星通信系統的接替型號，其體積更小，通信容量更高，速率更快，是新一代高防護性能通信衛星。主要功能是在包括核戰在內的各種規模戰爭中，為關鍵戰略和戰術部隊指揮官提供防截獲、抗干擾、高保密和高生存能力的全球衛星通信。目前，AEHF系統在軌3顆，能為太平洋、大西洋與美國大陸提供通信服務。

先進極高頻AEHF衛星系統將比前兩代Milstar提供更大的容量和更高的數據傳輸速率，響應時間更短，能支持更大容量的戰略通信和戰術軍事通信，為各軍種提供安全、可靠且具有強抗干擾能力的全球性寬帶衛星通信服務。此外，AEHF減小了對地面支持系統的依賴程度，體現了非常強的戰場生存能力。Milstar覆蓋范圍示意圖及AEHF系統覆蓋范圍示意圖如圖20、圖21所示。

圖20 Milstar覆蓋范圍示意圖

圖21 AEHF系統覆蓋范圍示意圖

UFO是特高頻后繼星衛星通信系統的簡稱，主要為美國海軍提供通信服務，最近二十年來有美國參與的大型戰爭都有UFO衛星通信系統的身影，目前在軌共6顆同步軌道衛星。

MUOS是未來窄帶衛星通信系統的重要組成，其主要目標是向作戰人員提供超視距通信(聯網通信、點—點通信、移動通信)，尤其是滿足移動作戰人員對通信距離、容量、接入與控制、互通、業務、動中通和可用性等方面的要求，它最終將取代目前所使用的UFO系統。MUOS衛星星座目前由5顆衛星組成，其中4顆為工作星，1顆為備用星，運行在地球同步軌道上。

MUOS是第一個采用第三代寬帶碼分多址移動通信技術的衛星通信系統，與UFO通信衛星系統相比，MUOS將服務于機動性更強、容量需求更大、業務質量要求更高的用戶，為用戶提供覆蓋全球的、更為通暢和強大的超視距戰術通信能力，且不受天氣和環境限制，其采用與反輻射信號結合的技術，自動消除輻射與頻率干擾，從而增強城市作戰能力。UFO衛星覆蓋范圍示意圖及MUOS系統覆蓋范圍示意圖如圖22、圖23所示。

圖22 UFO衛星覆蓋范圍示意圖

圖23 MUOS系統覆蓋范圍示意圖

1.2.2 中繼衛星

美目前在軌的主要中繼衛星有17顆，包括7顆SDS和10顆TDRS，SDS明確為軍用數據衛星，TDRS則軍民兼用。

SDS衛星是美國國家偵察局研制并運行的軍用數據中繼衛星。目前SDS項目發展了四代，在軌運行衛星包括5顆第三代衛星和2顆第四代衛星，星座采用地球同步軌道與大橢圓軌道衛星聯合組網，如圖 24所示。5顆地球同步軌道衛星覆蓋除兩極外的全部地區，2顆衛星運行在大橢圓軌道，為不在同步衛星覆蓋范圍內的美國極區核部隊及其它部隊提供通信支持。DS衛星靜止軌道覆蓋范圍仿真圖如圖25所示。

圖24 SDS衛星組網三維示意圖

圖25 SDS衛星靜止軌道覆蓋范圍仿真圖

TDRS衛星隸屬于美國國家航空航天局(NASA)，是一個利用同步衛星和地面終端站，對中、低軌飛行器進行高覆蓋率測控和數據中繼的測控通信系統。該系列目前共有10顆衛星在軌，均運行于地球同步軌道，攜帶有Ku波段、Ka波段和S波段的轉發器，通過一部專用S波段天線提供多用戶服務，可以同時支持多達5顆衛星的工作。TDRS衛星三維示意圖及其二維覆蓋范圍仿真圖如圖26、圖27所示。

圖26 TDRS衛星三維示意圖

圖27 TDRS衛星二維覆蓋范圍仿真圖

1.3 時空基準類衛星

時空基準類衛星主要包括導航和測地衛星，導航衛星提供全天時、全天候的高精度三維定位、三維測速和精確的時間信息，已成為作戰使用的基礎性保障手段。測地衛星用于測量地球形狀和大小、地球表面任意點的位置以及地球引力場的形狀和參數，對形成全球統一坐標系、彈道計算、精確制導等有非常大的軍事意義。

1.3.1 導航衛星

美軍目前使用GPS空間時空基準系統，由美國國防部發展并負責運行，是美軍精確指揮控制、精確打擊和精確兵力投送的關鍵。

GPS完成了第二代衛星的發射部署，正在積極推進第三代導航衛星研制發展。目前美國的GPS星座主要由GPS IIR-M衛星和GPS IIF衛星組成。2018年底發射了第一顆GPS III導航衛星，并計劃在未來幾年內發射剩余9顆衛星。升級以后的GPS星座將播發新的星上加密軍碼和新的民用信號，使原有軍用P碼6 m的定位精度提高到3 m，同時增加信號發射功率并提高抗干擾能力。系統將由運行在3個軌道面上的36顆衛星組網，信號發射功率較GSP II衛星提高100倍，能為陸地、海洋、航空和航天用戶提供更為精密的位置、速度、時間和姿態等信息，并逐步具備Ka頻段星間鏈路、點波束能力等，授時精度可達1.3 ns，定位精度可達到0.2～0.5 m，GPS衛星的設計壽命也從7.5年增加到15年。GPS衛星運行三維示意圖及LANDSAT衛星運行仿真圖如圖28、圖29所示。

圖28 GPS衛星運行三維示意圖

圖29 LANDSAT衛星運行仿真圖

1.3.2 測地衛星

美國是發展對地觀測衛星最早的國家，但軍用測地衛星只有2顆。目前軍方主要是購買民用服務，其中包括“世界觀測”(Wordview)、“陸地衛星”(Landsat)、“地球靜止環境業務衛星”(GOES)和“地球眼”(GeoEye)4個系列。Landsat衛星在軌運行圖如圖 29所示。此外美國還大力發展如“鴿群”(Flock)等系列對地觀測小衛星群以增強其觀測能力。

2 發展趨勢

2015年以來，美軍發射的32顆重點衛星中，16顆為信息獲取類衛星，12顆為信息傳輸類衛星，4顆為時空基準類衛星，再加上各類導向鮮明的試驗技術類衛星，不難發現，美軍衛星發展重點為偵察、預警及通信衛星，這些衛星在未來信息戰、空間戰中均起到十分重要的作用。根據上述具體分析，可以發現美軍衛星的發展趨勢，如下文所述。

2.1 信息獲取類衛星

偵察衛星保持領先水平，繼續補充衛星組網，進行更新換代。在未來相當長的一段時間內，美國將繼續綜合運用各種遙感器，提高衛星的綜合偵察能力。此外，美軍大力發展微小衛星，利用小衛星組網實現對全球任意地區的高效偵察，提高偵察時效性，爭取實現對戰場的直接支援。

預警衛星正在向“多種功能、多種手段、多種層次、協同預警、全程覆蓋”的方向發展。未來美軍預警衛星系統預警能力將從戰略預警向戰術預警方向延伸，采用彈性分散式體系結構降低遭攻擊的風險，重點發展商業衛星搭載預警載荷和寬視場探測技術。

態勢感知衛星逐步縮小覆蓋盲區，下一步美軍將著力構建面向太空對抗作戰的太空態勢感知體系，提高對地球同步軌道目標的發現、鎖定以及跟蹤能力，提升空軍導彈防御局和情報界的太空監視能力和及時響應能力，縮短信息周期。

2.2 信息傳輸類衛星

一是注重高帶寬、高數據率通信技術。隨著美軍通信衛星的發展，通信帶寬、數據傳輸率和信道數量急速增長，意味著美軍在聯合作戰中將獲得更加實時化的信息傳輸能力。

二是增強衛星抗毀防護和抗干擾能力。近年來，各國均開展各類反衛試驗，這對通信衛星是一個很大的威脅。新一代通信衛星在提高帶寬和數據傳輸速率的同時，也在著力提高整個通信體系的抗干擾和保密能力。

三是增強星上處理能力，提高星地一體化程度。星上處理技術不僅是減小傳輸時延、減小誤碼率、終端小型化、實現衛星移動通信的核心技術，而且也是軍事通信衛星安全防護的重要手段。

2.3 時空基準類

一是積極推進第三代導航衛星研制發展。未來GPS星座將在增加信號發射功率的同時提高抗干擾能力，為用戶提供更精確的位置、速度、時間和姿態等信息，并將延長其使用年限。更長的壽命，更強的能力，這也是未來美軍導航衛星的發展趨勢。

二是測地衛星仍舊依賴民用衛星，側重民為軍用。測地衛星雖非軍事衛星，但從近十幾年來的幾場局部戰爭的情況看，每次戰爭無一例外都征用了測地衛星，且倚重程度日益提高。今后美對地觀測系統也將繼續呈現軍民交叉融合的特點，民用對地觀測衛星更加注重提高成像能力和分辨率水平，提供更優質的服務。

3 結束語

近年來，美國無論在軍事行動還是非軍事行動中都成功應用了航天力量，對航天力量的依賴程度越來越深。太空戰將是一段時期內的戰爭至高點，如何建設、怎么打贏是關鍵。美國軍用衛星系統可以作為空間力量發展建設的借鑒，同時也可以針對其薄弱環節探尋對抗方法，為未來信息化戰爭中奪取制天權提供支撐。