2021年國外軍用對地觀測衛星發展綜述

劉韜（北京空間科技信息研究所）

軍用對地觀測領域進入更新換代的關鍵期，現役系統規模、能力持續補強，體系級彈性目標和高超武器載具等高價值目標的指示等作戰應用需求驅動下一代系統向多星組網、信息快速融合處理和產品快速交付等方向拓展。具體來看，2021年，國外軍用對地觀測衛星系統持續穩步發展，多國補網加強原有系統，商業對地觀測衛星在重訪、分辨率和觀測途徑上實現了較大突破，逐步成為軍方可用的新質能力，因此軍方愈加重視利用商業能力。同時，美國從信息支援向實戰應用轉變，以對發射前時敏目標進行持續跟蹤、為作戰人員提供火控級目標指示信息為目標，發展“看護層”和其他戰術天基信息支援系統。

1概述

2021年，國外軍用對地觀測衛星領域共進行5次發射，集中在美國、俄羅斯和法國，成功將7顆衛星送入軌道。發射數量與2020年持平（成功發射7顆）。

2021年國外軍用對地觀測衛星發射活動概覽（僅統計業務型衛星）

2 美國

在大國競爭背景下，2021年美國試圖在所有作戰域通過聯合全域指揮和控制近乎實時地發現、跟蹤和打擊目標，在這一需求牽引下，美國充分考慮情報界、國防部和其他政府機構的需求，重新制定了商業光學衛星的服務采購合同。同時，重視新興能力的應用，開始將先進的雷達、射頻定位等商業力量納入國家地理空間情報體系。系統與技術方面，美國一方面補網發射傳統大型光學偵察衛星系統。另一方面，繼續推進“七層體系”中“看護層”的建設，嘗試商業雷達衛星直連“傳輸層”；“看護層”多源數據融合軟硬件進入在軌測試階段。

補網發射1顆KH—12衛星

2021年4月26日，美國發射1顆KH—12衛星，發射代號NROL—82，這是第9顆KH—12衛星。KH—12—9衛星是美國國家偵察局（NRO）運管的光學成像偵察衛星，全色分辨率優于0.1m。目前也有少數外媒將該衛星稱為KH—13—2衛星，并透露1顆KH—13衛星的成本達到40億美元（含發射成本）。

密集出臺多個政策，促進商業航天加強國家偵察監視能力

2021年8月，NRO提出由政府和商業公司構建、不同軌道的衛星組成的“未來架構”，以增強彈性、提高能力；10月，該局發布“戰略商業增強框架廣泛布局公告”，旨在采購商業雷達、高光譜圖像和射頻定位等新興對地觀測領域的數據。11月，該局發布“光學商業層”（EOCL）招標書（RFP），EOCL是繼“增強視景”合同后的商業衛星服務采購合同。EOCL只限于美國擁有和在美國經營的公司。同時，EOCL具有快門控制條款，國家偵察局可在特定時間、特定區域獲得供應商衛星的獨家訪問權，該條款的執行需要國家情報局局長和國防部長批準。此外，美國國家地理空間情報局（NGA）于11月發布《國家地理空間情報系統——商業地理空間情報戰略2021—2025》，倡議航天界共同進行商業地理空間投資，以更多地利用商業能力。

軍方高度重視商業微納雷達成像衛星星座

隨著商業微納雷達成像衛星星座的快速發展，美國多個軍事部門都在積極與美國卡佩拉航天公司（Capella Space）、芬蘭冰眼公司（ICEYE）合作，探索微小合成孔徑雷達（SAR）技術的軍事應用潛力。2021年11月，卡佩拉航天公司宣布將于2022年開始在SAR衛星上安裝激光通信終端，與“傳輸層”相連直接通信，實現向國防部用戶快速提供觀測數據。卡佩拉航天公司正在積極構建初始7星星座，計劃最終建成運行在12個軌道面的36顆衛星星座，具備平均1h全球重訪和4h的InSAR重訪能力。卡佩拉航天公司作為美國首家成功發射商業SAR微衛星的公司，目前已獲得美國空軍、海軍、國家偵察局、國家地理空間情報局、太空發展局（SDA）等授予的合同。“卡佩拉”（Capella）衛星質量小于100kg，每軌成像長達10min，是“冰眼”（ICEYE）衛星的5倍。Capella衛星最高分辨率0.3m，幅寬5km，可與當前傳統大型SAR衛星相媲美。

七層架構的“看護層”多源情報融合軟硬件進入初步在軌測試階段

2021年6月30日，軌道閣樓公司（Loft Orbital）研制的名為又一次任務—3（YAM—3）商業衛星發射入軌，星上搭載了太空發展局的“原型在軌驗證試驗臺”（POET）。目的是初步驗證將安裝在七層體系衛星上“戰場管理指揮控制與通信”（BMC3）模塊上的“看護層”在軌數據融合應用程序，具體包括：①使用YAM—3衛星搭載的光學遙感器演示自動目標識別（ATR）算法；②第三方開發的多源遙感數據融合算法的安裝；③CFC—400型星上計算機的驗證；④看護層應用的早期在軌測試；⑤BMC3系統的早期測試。

重視評估國際商業對地成像衛星能力

國家地理空間情報局對世界各國商業衛星對地觀測能力開展了奧運風格的評估，2021年10月在地理空間情報（GEOINT）研討會上公布了結果。該評估分9大類給表現突出的國家“頒發”金、銀、銅牌，9大類分別是全色分辨率、光學持續監視能力、短波紅外能力、SAR分辨率、SAR持續監視能力、中波紅外能力、視頻成像能力、多光譜成像和高光譜成像能力。結果表明，芬蘭冰眼公司的SAR重訪速度居全球第一，美國卡佩拉航天公司的SAR分辨率是全球最高。阿根廷衛星邏輯公司（Satellogic）斬獲了多光譜圖像類的金牌。從該事件可看出，國家地理空間情報局非常重視對國際商業對地成像衛星能力進行評估，從中優化選擇可利用的商業衛星。其次，國會和相關管理機構將更加關注商業對地成像衛星的發展，有望從頂層規劃方面進行引導，促進國家對商業能力的充分利用。

NRO持續采購多家商業衛星運營商圖像

2021年7月，NRO延長并擴大了與行星聯盟有限公司（Planet Federal）的商業衛星圖像合同。根據這份合同，美國情報和國防部門將繼續獲得每日3～5m分辨率的圖像，同時也將有限地獲得該公司的視頻功能。8月，NRO與黑色天空公司（BlackSky）簽訂了合同，以擴大與該公司的業務。

美國麥克薩技術公司（Maxar）于8月宣布，NRO將繼續從該公司采購衛星圖像，直至2022年8月。早在2018年，NRO與麥克薩技術公司簽署了三份為期1年的“增強視景后續”合同，每份價值約3億美元。目前即將行使的即為第2份合同。

天軍尋求地面動目標指示能力轉移至天基，取代JSTARS飛機

2021年5月12日，美國天軍太空作戰部長約翰·雷蒙德（John Raymond）上將表示，美國空軍希望利用小型雷達衛星來跟蹤地面動目標，而天軍將有助于實現這一目標，通過小型雷達衛星星座，實現地面動目標跟蹤與指示。天軍尋求將地面動目標指示（GMTI）能力從空基轉移到天基上，利用GMTI衛星取代空軍正在使用的E—8C目標攻擊雷達系統（JSTARS）飛機，向聯合部隊提供戰術情報、監視與偵察（ISR）圖像，支持空軍、海軍和陸軍加強目標識別、探測和監視能力。

陸軍發射3顆槍煙—J系列衛星

槍煙—J（Gunsmoke—J）是美國陸軍發展的面向戰術應用的試驗型小衛星，分別于2021年2月20日、3月22日、6月30日發射了Gunsmoke—J—1、2、3衛星。該系列衛星由美國陸軍太空導彈防御司令部（SMDC）發展，用于驗證直接支持陸軍作戰行動的先進信息采集能力。衛星設計壽命3～5年，質量5kg，由太空導彈防御司令部負責運管，由洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）負責研制。衛星由普羅米修斯批次—2（Prometheus Block—2）的1.5U立方體平臺（電源和通信系統）和1.5U的試驗載荷組成。Gunsmoke—J采用新型電子設備，在要求的響應速度內向作戰人員提供戰術可行目標數據，驗證其載荷在多域作戰中提供關鍵數據和信息的能力。

Gunsmoke—J衛星外形圖

NRO罕見公布2顆偵察衛星少量信息

2021年10月，NRO在GEOINT年度會議上罕見公開了2顆2020年發射的偵察衛星的發展和應用情況。這2顆新的偵察衛星在不到3年的時間內完成了從概念到投入使用，該系統捕捉到了阿富汗疏散和海地救災的圖像。

多途徑推動軍用環境監測衛星發展

在軍用環境監測衛星方面，2021年，通用原子電磁系統公司（GA—EMS）和美國雷神情報與空間公司（Raytheon Intelligence＆Space）競標天軍的“光學紅外氣象系統”（EWS）衛星。同時，美國氣候和太空技術研究聯盟（ASTRA）為EWS衛星開發“快速重訪光學云成像儀”（RROCI）。EWS計劃旨在及時滿足軍方對于云表征和戰區圖像產品的需求，以取代現有老化的“國防氣象衛星計劃”（DMSP）。2021年10月1日，美國空軍通過其“空軍資產戰略資金增加”計劃發布了一份價值1.93億美元的合同，由明日io公司（Tomorrow.io）開發一個大約由32顆微波氣象衛星組成的星座。

3 歐洲

2021年，歐洲僅有法國發射了軍用對地觀測衛星。法國成功發射首個業務型電子情報衛星系統——“空間電磁情報能力”（CERES）三星星座，取代已超期服役的“電子情報衛星”（Elisa）星座，標志著法國電子偵察能力從技術驗證走向業務應用階段。CERES項目由法國國防裝備局（DGA）負責統籌管理，由空客防務與航天公司（ADS）和泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）共同研制。CERES星座由3顆衛星低軌編隊飛行，設計壽命8年，衛星質量446kg，采用時差定位方式，探測和定位地面無線電和雷達信號。

4 俄羅斯

2021年，俄羅斯發射新型光學成像偵察衛星和電子偵察衛星，并持續補網加強原有系統。

發射小型軍用光學成像偵察衛星

2021年9月9日， 宇宙—2551（Cosmos—2551）軍用光學成像偵察衛星成功發射，該衛星又名Razbeg—1。俄羅斯官方未透露該衛星的信息。俄羅斯太空網披露Razbeg—1源于實驗型小衛星（EMKA），基于EMKA衛星平臺研制，分辨率0.9m，衛星平臺由俄羅斯機電科學研究所（NPP VNIIEM）研制，載荷由白俄羅斯的方位有限責任公司（OAO Peleng）研制。該衛星質量約150kg（也有報道為250kg），運行在軌道高度319km/347km、傾角96.6°的太陽同步軌道。第一顆EMKA衛星（Cosmos—2525）于2018年3月29日發射，于2021年4月1日再入大氣層。因此，新發射的Razbeg—1用于接替Cosmos—2525。

加快部署新一代電子偵察衛星系統

俄羅斯持續推進新一代電子偵察衛星系統建設。先后于2021年2月和6月發射了蓮花—S電子偵察衛星和首顆Pion—NKS海洋監視衛星。

俄羅斯正在構建由“蓮花”電子偵察衛星和Pion—NKS海洋監視衛星共同組成的新一代“蔓藤”（Liana）系統。Pion—NKS是俄羅斯新一代海洋監視衛星，配備有源雷達和電子偵察載荷，旨在同時取代已退役的“雷達型海洋監視衛星”（RORSAT）和“電子型海洋監視衛星”（EORSAT），為俄羅斯軍方提供電子情報和目標指示信息。Pion—NKS衛星發射質量6500kg，設計壽命超過3年，采用俄羅斯進步火箭航天中心（TsSKB-Progress）研制的Resurs平臺。衛星載有Musson—LS載荷，由矢量科學研究所（NII Vektor）研制的14V228無源載荷和織女星無線電工程股份公司（Vega Radio Engineering Corporation）研制的11V521合成孔徑雷達組成，2個載荷可同時工作，共同探測外軍軍事裝備類型和具體位置信息。

正在開發多個新的電子偵察衛星系統

2021年外媒透露俄羅斯正在開發多個新的電子偵察衛星項目，包括新一代海洋監視衛星Pion—NKS的民用版本—Fikus衛星、Repei高軌電子偵察衛星、“蔓藤”后續系統—Akvarel系統、蓮花—M改進型電子偵察衛星等。

Fikus衛星將運行在軌道高度500km、傾角81.4°的軌道，質量6250kg，設計壽命7年，帶有合成孔徑雷達，工作波長9.5cm、23.5cm和65cm，普查模式下分辨率100m，詳查模式下分辨率5m。

Repei—V和Repei—S高軌電子偵察衛星將分別發射進入大橢圓軌道和地球靜止軌道，用于探測無線電發射源。Repei衛星為信號情報衛星，能夠探測雷達、無線電發射和火箭發射等遙測信號。Repei衛星攜帶了“用于分析干擾的小型星載復合載荷”（MBKAP）以保護衛星免受干擾。2021年，俄羅斯正在對1顆Repei—S和1顆Repei—V衛星進行測試。

“水彩”（Akvarel）新衛星星座能夠近實時地向艦船和空軍基地發送數據。該系統的一部分還包括分布在俄羅斯聯邦全境的至少5個數據接收和傳輸中心。

5 其他國家

日本、印度及其他國家2021年未發射軍用對地觀測衛星。韓國于2021年提出發展微小型軍事偵察衛星星座。2021年9月，韓國國防采辦計劃管理局（DAPA）宣布將從2022年起研發一個基于微小型衛星的偵察系統，以增強其探測安全威脅的能力，如朝鮮的移動導彈發射車。該系統將由多個低軌微小衛星群組成，能夠快速識別指定探測區域內的異常情況。第一組微型衛星計劃在2025年發射。同時，該系統將用于補充韓國國防發展局（ADD）正在開發的較大的軍事偵察衛星，這些偵察衛星將配備高性能成像雷達和光學載荷，于2022年開始部署。

6 發展趨勢

偵察監視體系向彈性化、多軌道、多類型和軍民商盟多屬性方向發展

美國新一代偵察監視體系主要由兩部分組成，一部分是國家偵察局的傳統大型骨干系統，另一部分是商業微小衛星、軍兵種戰術衛星或載荷等組成的“看護層”。大型骨干系統仍聚集戰略偵察；“看護層”系統聚集戰術應用，打通遙感器到射手的鏈路，甚至為部隊提供火控數據。新體系與原來體系的區別在于，一是運管機構實現擴展，以往以國家偵察局為主，未來偵察監視體系中天軍、陸軍等也將擁有偵察衛星；二是新體系增加了“看護層”，帶來了彈性化、多樣化、智能化、分布化、互聯化等新特點。

可軍用的商業對地觀測衛星將持續快速發展

受國家偵察局采購政策和國家地理空間情報局商業地理空間情報戰略等政策帶動，商業對地觀測衛星將持續快速發展，同時星座化發展還將使商業對地觀測衛星數量大幅提升。隨著快門控制政策的實施，未來美國商業對地觀測衛星戰時被軍方征用的可能性大增。商業衛星安裝星間激光鏈路與傳輸層互聯后，將使“民參軍”衛星更為普遍，可見商業對地觀測衛星與軍事偵察衛星的界限更加模糊，美國軍民融合更加深入。總體來看，商業衛星已成為軍事和國防的重要支撐，美國正在逐步形成軍商協同發展的偵察監視體系。

美國國防部將高度重視遙感器直連射手的能力

國防部和各軍種均高度關注天基遙感器直連射手的能力。在國防部太空發展局七層體系的發展思路下，未來越來越多的商業對地觀測衛星將安裝激光通信終端，將數據直連七層體系的傳輸層，從而縮短圖像交付作戰者的時間。太空發展局和國家偵察局正在研究如何更快地將偵察衛星圖像傳輸到實施目標打擊的射手武器平臺。美國陸軍未來司令部提出“戰術空間層”計劃，旨在探索利用低軌衛星賦予士兵監視、導航和成像能力。在美國陸軍的“匯聚”演習中，演示了商業對地觀測衛星支持作戰，縮短殺傷鏈的能力。

新一代信息技術將極大提升軍用對地觀測能力

美國通過“黑杰克”（Blackjack）、“商業增強空間互聯操作”（CASINO）、“七層體系”等計劃，積極發展人工智能、云計算等技術，旨在通過人工智能，實現陸、海、空、天數據的融合和處理，將實現敵方目標的自動識別，大大縮短殺傷鏈的時間。這些新技術在陸軍“匯聚”演習中得到了演示驗證。美國軍方正在Capella和PredaSAR等商業對地觀測衛星上安裝星間激光通信終端，計劃將對地觀測衛星與傳輸層通信衛星或“黑杰克”衛星的激光通信鏈路連接起來，形成一個傳輸偵察數據的天基網絡，解決對地觀測衛星與射手之間的數據傳輸問題。