2019年國外偵察監視衛星發展綜述

劉韜 徐冰

（北京空間科技信息研究所）

2019年，偵察監視衛星領域共進行了7次發射，成功將6顆衛星送入預定軌道（1顆阿聯酋衛星發射失敗）。整體來看，2019年國外偵察監視衛星發射活動集中在美國、歐洲和印度。

1 引言

截至2019年底，國外共計有106顆偵察監視衛星在軌運行，其中，美國39顆、歐洲21顆、俄羅斯11顆、日本9顆、印度11顆、以色列6顆、韓國4顆、其他國家和地區5顆。美國仍是擁有偵察監視衛星最多的國家。按類型統計，光學成像偵察衛星42顆，雷達成像偵察衛星28顆，電子偵察衛星（包括海洋監視衛星）36顆，光學成像偵察衛星仍在偵察監視衛星中占比最多。

2019年，國外偵察監視衛星持續穩步發展，體系架構醞釀變革。美國提出發展網絡化、去中心化的7層低軌軍用衛星體系，計劃利用偵察監視衛星對時敏目標進行監視，并把握戰場態勢。美國持續發展高精尖的大型偵察衛星，同時高度重視商業衛星的軍用價值，通過多份論證合同研判商業衛星的服務能力。微衛星高分辨率合成孔徑雷達（SAR）系統、商用射頻信號接收定位系統和技術不斷涌現。歐洲發射新一代雷達成像偵察衛星，極大提升了歐洲天基偵察能力。印度2019年在偵察監視衛星發展上，取得突破性進展，發射本國第一顆電子偵察衛星，發射分辨率高達0.25m的光學成像偵察衛星，并發射2顆分辨率0.3m的雷達成像偵察衛星。印度偵察監視衛星發射數量占國外本年度同類衛星發射數量的57%。除了重視天基系統的發展外，國外越來越重視偵察監視衛星應用技術的發展，人工智能技術得到國外軍方高度關注，在該領域的應用越來越多。

2019年國外偵察監視衛星發射活動概覽

2 美國

整體來看，美國在傳統體系完備、性能先進的基礎上，提出新型偵察監視衛星體系。在新體系發展需求的牽引下，技術發展上，大規模星群的智能規劃、調度、協同等人工智能技術成為構建新體系必不可少的關鍵技術，同時，時敏目標監視技術成為發展重點。美國升級現役光學成像偵察衛星，并持續研發新一代系統。同時新興商業公司的能力迅速發展，得到美國國家偵察局（NRO）的重視，該局高度關注商業衛星能力發展。

2019年，美國成功發射1顆偵察監視衛星，目前共有39顆偵察監視衛星在軌運行，其中，光學成像偵察衛星7顆、雷達成像偵察衛星6顆、電子偵察衛星26顆。

提出“看護層”架構和時敏目標監視技術，旨在實現導彈發射前打擊

4月，美國航天發展局（SDA）在第35屆航天研討會上公布了未來在低軌建設包括看護層、空間傳輸層和跟蹤層等在內的多層次、功能性衛星網絡的設想。美軍試圖以空間信息網絡為基礎構建創新型低軌軍用衛星體系，即在低軌部署一個骨干性的、具備互聯互通的體系架構，以此為基礎，搭載偵察監視、導彈預警、空間態勢感知等載荷。

看護層是其重要組成部分，將由約200顆小衛星構成，手段涵蓋光學、雷達和電子偵察。看護層系統將基于時敏目標監視技術，目的是對導彈發射車等高價值目標進行監視，從而實現導彈發射前打擊。

時敏目標監視技術研發項目由國防部于2月提出，根據招標公告，時敏目標任務有效載荷演示驗證（TSTMPD）項目旨在通過分析、試驗和驗證，推進天基有效載荷和使能技術概念發展，以支持對時敏目標任務的打擊行動。天基有效載荷必須具備情報、監視和偵察（ISR），定位、導航與授時（PNT），以及衛星通信（SATCOM）這些針對時敏目標的關鍵能力，縮短在不利環境下行動的殺傷鏈。

持續推進“黑杰克”項目，為7層體系進行技術鋪墊

“黑杰克”（BlackJack）項目是美國國防高級研究計劃局（DARPA）2018年提出的技術研發項目，旨在探索利用新興商業低軌寬帶星座的發展經驗和成果，在低軌演示驗證一個能提供全球持續覆蓋、低成本的星座，該星座將通過多個通用的衛星平臺搭載軍用通信、導航、偵察、預警等多類任務載荷，同時具備自主智能運行能力。項目包括5個獨立的部分：有效載荷、通用平臺、自主和集成、發射、運控，將分為3個階段執行。2018年4月公布的招標文件主要面向平臺或有效載荷承包商，總金額達1.175億美元，后續還將面向自主控制軟硬件、發射服務、地面系統、星座運行控制等發布額外的招標文件。

為實現星座自主運行能力，同時降低平臺和載荷集成風險，項目將開發一個名為“Pit Boss”的星上控制單元，該單元安裝在每顆衛星上，作為計算節點提供任務級自主運行能力，為每個載荷提供與平臺的電氣接口和網絡接口，提供數據包路由，作為星座組網以及與其他星座連接的信息節點。Pit Boss上安裝的任務自主軟件使衛星與星座中的其他節點協同，保證整個星座不需人員干預可長期自主運行。

Pit Boss應能利用全球低地球軌道（LEO）星座獲取目標定位、特征描述和持續跟蹤信息。該系統是為“黑杰克”項目開發的天基自主網絡任務管理系統，可快速自我布置任務，直接在軌進行數據處理，并將相關信息傳輸給地面用戶。該系統可通過全球LEO衛星星座獲取目標定位、特征描述和持續跟蹤信息，增強了“黑杰克”項目的PNT、空對地通信，以及在全球范圍內快速傳播關鍵數據的能力。“黑杰克”計劃的目標是證明LEO軌道衛星群對于各種軍事用途的使用價值。

發射升級版KH光學成像偵察衛星

1月19日，聯合發射聯盟公司（ULA）用德爾他-4H（Delta-4H）重型運載火箭在范登堡空軍基地發射了NRO的光學成像偵察衛星，任務代號NROL-71。KH系列衛星屬于“黑色航天”，該項目對外嚴格保密。NROL-71是升級版KH衛星，其相機口徑相比KH-12（屬于KH-11 Block 3和Block 4）可能進一步提高，可見光和紅外成像能力可能進一步增強。此次衛星的發射進一步增強了美國成像偵察能力。

NRO向5家公司授予商業圖像論證合同

NRO在2019年地理空間情報研討會（2019 GEOINT Symposium）上宣布，NRO向黑天全球公司（BlackSky Global）、加拿大麥克薩技術公司（Maxar Technologies）和行星公司（Planet）授予了商業圖像論證合同。若論證順利，NRO將在未來6～12個月內授予圖像采購合同。

這些論證合同旨在論證NRO如何利用麥克薩技術公司的某些新能力，并評估行星公司和黑天全球公司當前能力是否能夠滿足NRO需求，以及他們未來的能力能否有助于NRO實現其提供更快重訪率的圖像產品的任務目標（持續監視），并驗證他們在2023年前滿足美國政府要求的能力，該結果將為NRO 2020年制定下一代商業圖像采購計劃提供有效信息。

12月，NRO向美國卡佩拉空間公司（Capella Space）和鷹眼360公司（Hawkeye 360）分別授予圖像論證合同，用于采購商業SAR和射頻遙感數據。這兩份合同將研究如何將商業公司的遙感數據融入政府的地理空間情報體系架構，兩份數據整合論證合同將幫助NRO在多個領域融合使用商業公司的能力。

Capella-1衛星外形圖

發展商業射頻信號接收定位衛星

2月，美國鷹眼360公司對已在軌的首批3顆“鷹”（Hawk）衛星進行射頻信號定位測試，驗證對船載“自主識別系統”（AIS）信號和海事雷達信號的定位能力。鷹眼360公司是射頻定位領域的領頭羊，計劃部署由18顆衛星組成的射頻信號監測與定位系統，開展頻譜測繪以及射頻和雷達信號定位、應急位置指示等業務。整個系統分為6個3星編隊，每個編隊可獨立工作，且編隊中的衛星距離保持在120～250km；部署軌道采用高575km的太陽同步軌道；單顆衛星的發射質量為15kg，尺寸為40cm×27cm×20cm；可監測的信號頻率為144MHz～6GHz，覆蓋甚高頻（VHF）、特高頻（UHF，300MHz～1GHz），以及L、S頻段和部分C頻段，未來可擴展到Ku頻段。

鷹眼360公司4月推出其首款產品RFGeo。RFGeo能夠確定并定位位置廣泛的射頻發射器，如導航雷達、VHF按鍵通話無線電、衛星終端和緊急信標等。該公司開創性的地理空間數據層揭示了活動模式，為海事、國防、情報、電信和危機應對等應用提供支撐。其首款射頻產品RFGeo已實現信號拓展，其業務拓展至UHF和L頻段。

商業微小SAR衛星快速發展，并獲軍方服務采購合同

美國卡佩拉空間公司、約克空間系統公司（York Space System）發射了雷達試驗星，不久將部署大規模雷達成像微納衛星星座。

2018年12月3日，卡佩拉空間公司研制的首顆衛星卡佩拉-1（Capella-1）成功發射，是美國首顆商業雷達成像衛星。Capella-1作為首顆驗證星，將在軌驗證SAR成像技術，為未來的星座部署做準備。該公司計劃建設由36顆小衛星組成的雷達成像星座，分辨率0.5m，可實現對全球任意地點的小時級重訪；計劃2020年初發射首顆業務衛星。

Capella衛星載有X頻段合成孔徑雷達（X-SAR），X-SAR載荷采用單極化，未來星座將進行升級，計劃采用全極化。X-SAR運行在9.4～9.9GHz頻段，帶寬500MHz，用戶可根據其成像需求選擇合適的傳輸帶寬和脈沖重復頻率。X-SAR具有條帶、凝視聚束、滑動聚束、寬幅條帶等多種成像模式，最高分辨率0.3m。Capella衛星的天線采用柔性材料制成，發射時折疊成背包大小，入軌展開后天線面積可達8m2。

在凝視聚束模式下，Capella衛星可凝視地面某一點達數十秒，可提供由數十個視數拼接而成的0.3m分辨率的多視圖像。但限于美國分辨率銷售限制，不可公開銷售優于0.5m分辨率的SAR圖像。

2019年10月，美國初創企業卡佩拉空間公司與美空軍簽訂SAR數據應用合同，包括與軍用虛擬現實軟件結合模擬潛在對手場景、支持導彈防御，以及創建針對外國威脅的預測情報。此外，該公司還將提供數據分析服務，支持變化檢測和目標識別。

5月5日，約克空間系統公司的“先驅”（Harbinger）衛星由“電子”（Electron）火箭成功發射。該衛星總質量150kg，分辨率10m，其衛星平臺質量65kg。

CSG衛星飛行示意圖

3 歐洲

2019年，歐洲成功發射1顆偵察監視衛星，目前共有21顆偵察監視衛星在軌運行，其中，光學成像偵察衛星6顆、雷達成像偵察衛星11顆、電子偵察衛星4顆。

整體來看，2019年歐洲下一代偵察監視衛星穩步部署和開發。一方面，意大利率先發射了第二代雷達成像偵察衛星星座的首發星；另一方面，法國和英國接連向空客防務與航天公司（ADS）授予了光學和雷達成像偵察衛星的研制合同，用于開發性能、技術更優的衛星系統，將大幅提升歐洲現有偵察能力。

意大利發射首顆CSG衛星

12月18日，意大利利用“聯盟-弗雷蓋特”（Soyuz-Fregat）運載火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心發射了其下一代雷達成像偵察衛星星座—CSG的首發星，即CSG-1。

與Cosmo-SkyMed系統的4星星座設計不同，CSG系統由2顆編隊飛行的衛星組成，在衛星技術水平和服務性能方面會有提升。在軌期間，將與法國“昴宿星”（Pleiades）光學成像偵察衛星運行于同一軌道面，協同工作。CSG衛星最高分辨率0.8m。

CSG衛星帶有CSG-SAR，具有不同分辨率、不同幅寬的成像能力，可實現聚束、掃描、條帶三類成像模式，包括專用于情報和國防應用的甚高分辨率、窄幅寬的聚束模式，以及應用于民用領域的高分辨率、窄幅的聚束模式，中分辨率（3m×3m）、寬幅的條帶模式和低分辨率（＞4m）、寬幅的掃描SAR模式等。

4 俄羅斯

2019年，俄羅斯未發射偵察監視衛星，目前共有11顆偵察監視衛星在軌運行，其中，光學成像偵察衛星5顆、雷達成像偵察衛星1顆、電子偵察衛星5顆。

與美歐相比，近年來，俄羅斯的偵察監視衛星發展不太活躍，基本依靠現役已有型號衛星提供相對有限的情報收集能力。目前，俄羅斯處于偵察監視系統升級換代的過渡階段，待新系統陸續部署后，將極大提升俄羅斯的偵察監視能力。

5 日本

2019年，日本未發射偵察監視衛星，目前共有9顆偵察監視衛星在軌運行，其中，光學成像偵察衛星4顆、雷達成像偵察衛星5顆。

整體來看，2019年日本穩步推進天基偵察監視能力建設。一方面，日本繼續推進2015年提出的新型“情報采集衛星”（IGS）星座，保持IGS星座穩定運行，按需部署后續衛星，確保提供可靠、持續的情報獲取能力；另一方面，探索發展地球靜止軌道（GEO）光學成像衛星，具備1幀/s的連續成像能力，將極大增強日本對周邊態勢的偵察監視能力。

6 印度

2019年，印度成功發射了4顆偵察監視衛星，目前共有11顆偵察監視衛星在軌運行，其中，光學成像偵察衛星7顆、雷達成像偵察衛星3顆、電子偵察衛星1顆。

2019年，印度在偵察監視領域多措并舉，全面加速軍事航天體系能力建設步伐。印度本年度發射了首顆電子偵察衛星，以及新一代光學成像偵察衛星和雷達成像偵察衛星，其光學分辨率達到0.25m、雷達分辨率達到0.3m。印度成像衛星光學分辨率已經高于俄羅斯（光學0.3m）和日本（光學0.3m），雷達分辨率也高于俄羅斯（1m）和日本（0.5m）。印度在偵察監視衛星體系完備性上，涵蓋光學成像、雷達成像和電子偵察，與美、歐、俄基本看齊。

4月，印度成立國防航天局（DSA），將統籌管理太空資產，并制定軍事航天發展戰略以保護印度在太空的利益。6月，印度內閣安全委員會批準成立國防航天研究組織（DSRO），旨在發展太空作戰系統及相關技術。上述舉措表明，印度正在通過優化管理和技術創新機構，助推軍事航天能力建設，意圖快速提升軍事航天能力。

目前，印度基本建立了由Cartosat系列光學偵察衛星、RISAT系列雷達成像偵察衛星、EMISAT衛星為主的天基偵察體系。在光學成像方面，第三代Cartosat-3于2019年開始發射，其地面分辨率將由0.6m提升至0.25m；在雷達成像方面，正在進行更新換代，目前在軌衛星3顆，最高分辨率1m。

發射新型光學成像偵察衛星

11月27日，印度空間研究組織（ISRO）成功發射了CartoSat-3衛星。該衛星運行在高509km、傾角97.5°的太陽同步軌道。

CartoSat-3是Cartosat系 列 的 第9顆衛星，將為印度軍方提供偵察軍事活動、偵察邊界沿線敵國軍事裝備的調動情況等。C a r t o S a t- 3是 C a r t o S a t- 2系列的后繼型號，采用印度遙感衛星-2（IRS-2）平臺建造，發射質量1625kg，設計壽命5年。該衛星所載空間相機口徑1.2m，采用自適應光學技術。全色分辨率0.25m，幅寬16km；4譜段多光譜分辨率1.13m，幅寬16km；高光譜分辨率12m，幅寬5km。星上還載有分辨率5.5m的中波紅外相機。星上采用多項新技術、新設備，如高敏捷性平臺、速度更快的數據處理與傳輸系統、先進星上計算機與新型功率電子器件和雙聯萬向天線等。另外，CartoSat-3A和3B擬于2020年陸續發射。

雷達成像偵察衛星補網加強

5月21日，印度利用“極軌衛星運載火箭”（PSLV）從薩提斯達瓦航天中心成功發射了RISAT-2B，載有X-SAR，分辨率0.3m，將對印度邊境和周邊海域進行監控，重點關注區域為本國和巴基斯坦，并不具有全球覆蓋能力。RISAT是ISRO發展的雷達成像衛星系列，能夠全天時、全天候進行高分辨率成像偵察，與光學成像衛星互為補充，主要為印度政府和軍方提供雷達圖像數據，主要用于軍事偵察、農業、林業、海岸監測和災害管理等眾多領域。

12月11日，印度“一箭多星”發射了RISAT-2BR1和9顆商業衛星。RISAT-2BR1衛星質量628kg，設計壽命5年，運行在高度576km、傾角37°的圓軌道。衛星采用比此前同系列衛星更大的平臺，據稱采用新的六棱柱體構型，載有X-SAR和3.6m口徑網狀天線，分辨率0.3m。

此外，印度還在發展分辨率0.25m的RISAT-2A衛星，計劃2020年發射。

首次發射電子偵察衛星

4月1日，印度發射了本國首顆電子偵察衛星—EMISAT衛星。衛星質量436kg，采用印度小型衛星-2（IMS-2）平臺，運行在太陽同步軌道，可提供電磁頻譜測量。

外媒普遍認為這是一顆電子偵察衛星，主要進行雷達信號監測。根據EOPortal的信息，EMISAT全稱為“電磁情報收集衛星”，搭載了在“考底利耶”（Kautilya）計劃下發展的電子偵察載荷，其目的是探測、識別、定位電磁信號，包括軍用雷達等。

根據印度國防部2013-2014年度報告，Kautilya計劃是要發展天基電子偵察系統，用于安裝在印度本土的小衛星上。該系統通過記錄和分析所攔截到的信號，生成雷達的射頻特性信息，從而用于快速定位和識別地面雷達。

EMISAT衛星示意圖

7 發展趨勢

充分融合利用先進商業能力，構建彈性化的偵察監視情報體系

以美國為代表，NRO發射新型KH-12衛星，在發展軍用偵察監視衛星的同時，積極通過“商業圖像采購與融合戰略”，將先進的商業能力融入NRO的地理空間情報體系，構建高精尖的偵察監視衛星與先進商業遙感能力有機融合的地理空間情報體系架構，形成軍商融合、高低軌協同、骨干系統與快響系統結合的彈性化的偵察監視體系。2019年，NRO向多家商業公司授出了多份圖像論證合同和采購合同，研究如何將商業公司的光學、雷達、射頻等遙感數據融入到政府的地理空間情報體系架構。NRO將依靠現有和新興商業地理空間數據供應商，實現集國家和商業能力于一體的過頂監視體系戰略。未來，NRO計劃繼續增加對商業圖像的利用，并期待與新公司和新能力合作。商業能力將在NRO未來的體系結構中扮演重要角色。

積極研發或發射新型系統或新能力，顯著提升偵察監視情報獲取能力

整體來看，美國、歐洲、俄羅斯、日本、印度等國家或地區均處于偵察監視衛星升級換代的轉型過渡期，或是2019年發射了新型換代衛星，或是正在研發新型換代衛星和新能力。與上一代相比，這些換代衛星具備更先進的觀測能力，待達到一定在軌規模后，全球的偵察監視衛星能力都將實現一次重大飛躍。例如，意大利發射的CSG-1衛星，其作為下一代雷達成像衛星星座的首發星，與上一代相比，不僅在載荷設計上有所創新，而且具有10余種成像模式，并增加了多種新的成像模式，具有更高密度、更大幅寬、更高分辨率的圖像采集能力，可全方位滿足用戶的多樣化成像需求。