“鎖眼”后輩閃亮登場(chǎng)

文/小梅子

▲“KH-11”拍攝的建造中的基洛夫級(jí)巡洋艦

1976年12月19日，大力神IIID型火箭從美國(guó)加利福尼亞州范登堡空軍基地騰空而起，KH-11系列偵察衛(wèi)星的歷史從此開始。單從外表來看，估計(jì)很多人會(huì)把其誤認(rèn)為是14年后發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。不過和“哈勃”不同， 鎖眼偵察衛(wèi)星不是“向上”聚焦宇宙盡頭，而是“向下”緊盯著地球表面。攜帶著當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的電子光學(xué)觀測(cè)器械和多種無線電加密裝置，作為次時(shí)代產(chǎn)物的“鎖眼”將徹底改變?nèi)藗儗?duì)偵察衛(wèi)星的所有認(rèn)知。

性能卓越的KH-11

“KH-11”是美國(guó)也是全世界首顆采用感光耦合組件攝影技術(shù)，并使用超高頻通訊傳輸數(shù)據(jù)的偵察衛(wèi)星。和KH系列前9款衛(wèi)星采用膠卷攝影并將膠卷送回地面的方式不同，“KH-11”將拍攝到的畫面以數(shù)據(jù)鏈的形式發(fā)送到位于更高的地球同步軌道的通訊衛(wèi)星，而后由通訊衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到位于弗吉尼亞州玻利瓦爾堡的第58區(qū)地面接收站。顯然和其他“鎖眼”衛(wèi)星相比，“KH-11”的任務(wù)不再受返回載具數(shù)量限制，節(jié)省下的空間用來安裝更大型攝影器械，同時(shí)近乎實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸也為美國(guó)國(guó)家偵察局提高了監(jiān)視效率。

腦洞大開的KH-10

其實(shí)說到這里有人會(huì)好奇了，按照KH系列的命名邏輯，上一款光學(xué)偵察衛(wèi)星是“KH-9”，下一款應(yīng)為“KH-10”，為何直接跳到了“KH-11”？其實(shí)“KH-10”是確實(shí)存在過的偵察衛(wèi)星計(jì)劃，代號(hào)“多利安”。原計(jì)劃“KH-10”將會(huì)是首款載人偵察衛(wèi)星，其前部安裝有類似于雙子座飛船的載具，入軌后可與載人飛船對(duì)接，由航天員負(fù)責(zé)回收和更換膠卷，以此來延長(zhǎng)偵察衛(wèi)星的任務(wù)時(shí)間。

▲“KH-11”在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)空襲前所攝位于貝爾格萊德的塞爾維亞軍隊(duì)總部

▲“KH-10”設(shè)計(jì)圖，前端為雙子座B飛船

顯然如此腦洞大開的設(shè)計(jì)對(duì)衛(wèi)星本身體積的要求過高，且沒有從根本上解決需要頻繁發(fā)射的問題。在1966年以雙子座II飛船為原型的無人發(fā)射測(cè)試后，“KH-10”便被取消，研發(fā)光學(xué)偵察衛(wèi)星的資源被悉數(shù)用來開發(fā)更具革命性的“KH-11”。

軌道迥異的KH-11

沒有了返回載具占空間，“KH-11”比“KH-9”短了許多，重新設(shè)計(jì)的大面積太陽能電池板移到了衛(wèi)星兩側(cè)為衛(wèi)星提供更多電力，1990年發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也參考了此設(shè)計(jì)。而作為偵察衛(wèi)星的核心，增粗的“KH-11”內(nèi)部安裝有直徑2.34米的第一級(jí)鏡片，后續(xù)的“KH-11”將此直徑進(jìn)一步增大至3.1米。在最佳大氣條件下采用2.4米鏡片的“KH-11”，理論地面分辨率能達(dá)到15厘米，后續(xù)衛(wèi)星除了進(jìn)一步提高分辨率以外，還提高了鏡片所能反射的電磁光譜，使得“KH-11”具備一定程度的遠(yuǎn)紅外監(jiān)視能力。

獲得如此“神器”的美國(guó)國(guó)家偵察局怎能不將其發(fā)揚(yáng)光大？“KH-11”分為四個(gè)批次共計(jì)發(fā)射16顆，后續(xù)批次先后將“迦南”代號(hào)改為“龍”，“水晶”，“升級(jí)水晶”等，現(xiàn)今仍有四枚在軌工作。除了性能的提升以外，“KH-11”的衛(wèi)星軌道也和其余“鎖眼”系列其他衛(wèi)星大不相同。

所有“KH-11”衛(wèi)星均被放置在近地軌道較高段的太陽同步軌道，此軌道高度大約為國(guó)際空間站軌道高度的兩倍。從軌道名字便能看出，雖然衛(wèi)星本身仍在環(huán)繞地球旋轉(zhuǎn)，但和太陽的旋轉(zhuǎn)是相對(duì)靜止的，這意味著拍攝照片時(shí)，拍攝地的太陽光源總是一樣的。相同的光源除了便于測(cè)算拍攝時(shí)間外，還可固定物體影子大小，進(jìn)而根據(jù)拍攝緯度計(jì)算出物體高度。在此基礎(chǔ)上“KH-11”還采用兩星一對(duì)的設(shè)計(jì)，一主一輔在不同軌道不同高度短間隔先后拍攝，減小對(duì)物體測(cè)量的誤差。

▲沒有人會(huì)認(rèn)錯(cuò)的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，其形狀完全繼承自偵察衛(wèi)星

近乎極致的KH-12

“鎖眼”系列偵察衛(wèi)星的極致，莫過于在“KH-1”基礎(chǔ)上改進(jìn)的，有可能編號(hào)為“KH-12”的“迷蒙”偵察衛(wèi)星。“迷蒙”衛(wèi)星確認(rèn)有兩次發(fā)射，分別在1990年2月28日由阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)和1999年5月22日由大力神IVB火箭發(fā)射，大量旁證顯示2012年6月28日由德爾塔IV型火箭發(fā)射的代號(hào)NROL-15的負(fù)載為第三顆“迷蒙”偵察衛(wèi)星。

根據(jù)部分泄密的資料，“迷蒙”有兩點(diǎn)特別之處。和以往所有的位于近地軌道范圍內(nèi)的光學(xué)偵察衛(wèi)星不同，“迷蒙”的三次發(fā)射均把衛(wèi)星送到了軌道高度是國(guó)際空間站105倍的地球同步軌道上。雖說此軌道高度讓“迷蒙”的拍攝分辨率大幅度下降，但在距離地表35786公里的同步軌道上，“迷蒙”衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)速度和地球自轉(zhuǎn)完全相同，這意味著其可以對(duì)地面上同一區(qū)域進(jìn)行不間斷拍攝，獲取近乎實(shí)時(shí)的情報(bào)。

除了特殊的軌道，“迷蒙”另一大特點(diǎn)在于它是第一顆被美國(guó)國(guó)家偵察局劃歸為“隱身衛(wèi)星”的偵察衛(wèi)星。由于和地球旋轉(zhuǎn)同步，地面上的雷達(dá)和光學(xué)器械也可觀測(cè)到“迷蒙”。部分泄密信息顯示，為了不被發(fā)現(xiàn)，“迷蒙”在朝向地表端安裝有圓錐形罩子用以折射雷達(dá)的電磁波，同時(shí)衛(wèi)星體使用了能吸收高達(dá)99.965%可見光的碳納米管黑體材料，使得除鏡頭和太陽能電池板以外的整個(gè)衛(wèi)星呈絕對(duì)黑色，因此地面上的光學(xué)觀測(cè)裝置幾乎不可能發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的存在。

▲“KH-11”的軌道

▲神秘的NROL-15任務(wù)徽章

和KH-11一脈相承的空間望遠(yuǎn)鏡

作為有著40年歷史的偵察衛(wèi)星，“KH-11”的保密工作自然是美國(guó)國(guó)家偵察局的重中之重。 有意思的是絕大多數(shù)早期關(guān)于“KH-11”的資料，均源自自天文愛好者試圖通過高精度望遠(yuǎn)鏡拍攝哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的身姿，結(jié)果卻不小心拍攝到了位于接近軌道上的KH-11偵察衛(wèi)星。原因自然不必多說，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的科技幾乎全部繼承自“KH-11”，就連第一級(jí)鏡片直徑都是相同的2.4米，外形上的相似自然毫不意外。

▲美國(guó)宇航局計(jì)劃中的點(diǎn)的廣域紅外探測(cè)望遠(yuǎn)鏡

▲“迷蒙”衛(wèi)星可能的構(gòu)造圖，注意前端的圓錐形罩

更為有趣的是現(xiàn)在有關(guān)KH-11及其后續(xù)發(fā)展型偵察衛(wèi)星的信息，除了美國(guó)國(guó)家偵察局公開的資料以外，便是來自美國(guó)宇航局公布的在2011年8月接收的兩枚美國(guó)國(guó)家偵察局捐贈(zèng)的偵察衛(wèi)星資料。由于科技的進(jìn)步，美國(guó)國(guó)家偵察局認(rèn)為原本用作發(fā)射失敗備份的兩枚早批次KH-11衛(wèi)星已經(jīng)過時(shí)，于是將其捐贈(zèng)給正好缺少經(jīng)費(fèi)建造新空間望遠(yuǎn)鏡的美國(guó)宇航局使用。盡管這兩顆待在倉庫里的衛(wèi)星早已拆除了感光耦合組件和電子設(shè)備，但美國(guó)宇航局的工程師在研究完沒有拆除的光學(xué)鏡片組件后，認(rèn)為這些組件依然非常先進(jìn)，并計(jì)劃將其改裝成即將發(fā)射到地日軌道第二拉格朗日點(diǎn)的廣域紅外探測(cè)望遠(yuǎn)鏡（WFIRST），用以觀測(cè)暗物質(zhì)和尋找類地行星。KH-11系列偵察衛(wèi)星的強(qiáng)大性能可見一斑。

▲光學(xué)薄膜材料

光學(xué)薄膜偵察衛(wèi)星向我們走來

龐大的“鎖眼”天網(wǎng)隨著2013年8月28日的“USA-245”發(fā)射而宣告完成，KH-11系列的實(shí)際造價(jià)也終于浮出水面。根據(jù)美國(guó)國(guó)家偵察局在2014年4月發(fā)布的報(bào)告，最后兩枚KH-11偵察衛(wèi)星總共價(jià)值50億美金，這意味著這兩枚衛(wèi)星比一艘尼米茲核動(dòng)力航母還要貴5億美金。這便是為了監(jiān)視全球而造的“鎖眼”天網(wǎng)的價(jià)格，或者說，這便是偵察目標(biāo)，收集情報(bào)，獲取信息的價(jià)格。

隨著“鎖眼”天網(wǎng)的結(jié)束，新的“天網(wǎng)”已提上日程，美國(guó)國(guó)防高等研究計(jì)劃署（DARPA）正在研發(fā)光學(xué)薄膜偵察衛(wèi)星（MOIRE）。鑒于衛(wèi)星拍攝清晰度受到第一級(jí)鏡片大小制約，而難以折疊的第一級(jí)晶體鏡片又受到火箭發(fā)射空間的制約，光學(xué)薄膜偵察衛(wèi)星將采用光學(xué)薄膜為第一級(jí)反射鏡。在發(fā)射時(shí)大幅度折疊的光學(xué)薄膜可在入軌后展開成直徑20米的超大鏡面，屆時(shí)該星會(huì)以接近甚至超過“KH-11”的分辨率，和“KH-12”一同在地球同步軌道進(jìn)行偵察監(jiān)視任務(wù)。