俄Olymp衛星活動規律及能力分析

王嘯臻，陳治科，盧欣

（中國人民解放軍63768部隊，陜西 西安 710200）

0 引言

地球同步軌道（GEO）作為太空域重要戰略資源，分布著導彈預警、電子偵察、通信中繼、導航定位、氣象觀測等眾多高價值戰略衛星，截止2021年底，GEO軌道在用衛星已達到500余顆。近年來，美先后發展了“地球同步軌道空間態勢感知項目”（GSSAP）、“老鷹”（EAGLE）等多型高軌巡視衛星，頻繁在GEO軌道開展抵近偵察、空間操控行動，體現了美對關鍵軌道帶的高度重視［1］。截止目前，俄共發射部署1顆高軌巡視衛星，即“奧林普”（Olymp）。該衛星在軌運行期間明顯高度活躍，長期處于定點—漂移—定點的運動狀態，與一般GEO軌道衛星存在很大區別，并經常在其它衛星附近做較長時間停留，疑似對GEO軌道帶運行的通信衛星開展信號偵收，呈現出與美高軌巡視衛星完全不同的運行特點［2］。

根據美spacetrack.org的TLE歷史軌道數據，結合相關網絡資訊信息，本文深入分析了Olymp衛星歷史在軌運行情況，歸納總結了其運行區域、偵察對象等典型活動規律。

1 衛星基本情況

Olymp衛星于北京時間2014年9月28日在拜科努爾航天發射場搭載“質子-M/微風-M上面級”運載火箭發射升空（如圖1所示），對外宣稱屬于“射線”（Luch）系列數據中繼衛星（現有衛星3顆，分別是射線-5A、5B和5V，為俄地面飛行控制中心與國際空間站之間提供通信）。衛星由俄衛星研制商列舍特涅夫信息衛星系統公司（ISS-Reshetnev）研制，采用Express-1000A衛星平臺和氙氣電推進，質量約3 000 kg，具體載荷不詳，其主要用途為地球同步帶目標監視跟蹤及信號偵收，同時具備提供安全保密通信的數據中繼功能［3］。

圖1 俄羅斯官方發布的發射圖

該衛星無軍用衛星對應代號（俄通常以“Cosmos+數字”方式命名軍用衛星），發射任務火箭噴涂俄聯邦航天局徽標（軍事任務通常會噴涂俄空天軍徽標）。2014年俄《生意人報》曾報道稱，該衛星是俄聯邦安全局首顆偵察與通信衛星［4］。

該衛星此前曾引起多次輿論熱議。2015年10月，國際通信衛星組織總裁西爾斯表示，Olymp衛星抵近至一對國際通信衛星附近，進行了一系列不規則的變軌行動，雖沒有干擾衛星通信服務，但距離如此接近，衛星的“飛行安全”是存在風險的［5］。此次事件是首例公開報道商業運營商受到國外軍事衛星偵察的行動，美國防部還組織召開了專題會議。2018年9月，法國時任國防部長帕利公開宣稱俄Olymp衛星過于靠近法意共用的“雅典娜-菲德斯”軍用通信衛星，企圖攔截衛星通訊信號，“它過于靠近，我們可能會聯想到它試圖攔截我方通訊，這不僅不友好，而且是一種間諜行為”［6-7］。

2 在軌運行情況分析

2.1 軌道變化情況

自發射以來，Olymp衛星共發生了29次定點位置變化，其半長軸、傾角、定點經度變化分別如圖2-4所示。

圖2 Olymp衛星入軌以來軌道傾角變化

根據軌道變化情況，可分析得到：

1）Olymp衛星任務軌道：同步靜止軌道，任務目標變化時通過調整軌道高度來改變定點位置。

2）Olymp衛星軌控方式：長時連續調軌，而非脈沖軌道機動，完成東漂或西漂并控制漂移速率。

3）Olymp衛星運行期間軌道高度：基本維持在同步帶上下300 km內，運行軌道最高為同步軌道上方212.3 km，運行軌道最低為下方264.0 km。

圖3 Olymp衛星入軌以來半長軸變化

圖4 Olymp衛星入軌以來星下點經度變化

4）Olymp衛星日軌道高度變化量：單日最大變化可 達175 km（2015年02月01日 至2015年02月02日期間軌道高度降低175.9 km），但絕大多數連續軌道調整過程中，2次TLE數據之間的軌道高度變化量小于60 km。

2.2 運行情況分析

根據其在軌運行特征，可將其在軌運行情況大致分為在軌測試及任務應用2個階段：

1）在軌測試

Olymp衛星發射入軌后，9月29日即進入地球同步帶，經過短暫的漂移，于2014年10月開始在軌測試。

①入軌后平臺及載荷測試。Olymp衛星于2014年10月17日至2014年12月27日在東經54°停留了71天。結合衛星的一般運行規律，分析認為其在此期間主要開展入軌后的平臺及載荷測試。

②電子偵察及中繼通信試驗。

2014年12月30日 至2015年1月30日 在 東 經52.9°停留了32天，緊靠俄“快車”AM-22通信衛星，該衛星搭載24個Ku波段轉發器；2015年2月23日至2015年4月2日在東 經96.4°停留了38天，緊靠俄“快車”AM-33通信衛星，該衛星搭載10個C波段、6個Ku波段轉發器，其附近還有俄數據中繼衛星射線-5V，分析認為在此期間Olymp衛星主要針對本國合作目標開展合作式電子偵察試驗兼顧數據中繼試驗。

③大范圍漂星。2015年4月5日至2015年6月25日，Olymp先逐步抬升軌道高度，然后在同步軌道上方約160 km運行，最后逐漸降低軌道高度回到同步軌道。整個過程Olymp實現了從東經96.4°到西經18.14°的大范圍漂移，分析認為其在此期間開展大范圍漂星試驗。

2）應用任務

經過大范圍漂移，Olymp衛星于2015年6月開始正式執行應用任務，迄今為止，先后在26個軌位進行定點，其周圍0.1°范圍內始終存在商業通信衛星，分析其主要是以鄰近衛星為偵察目標實施定點駐守偵收任務，累計對 28顆衛星實施了定點駐守偵收，詳細情況如表1所示。

表1 入軌以來Olymp衛星主要活動情況

由表1可以得出：

①偵察對象均為商業同步靜止通信衛星，包括國際衛星通信組織（12次，占比41.4%）、歐洲衛星通信組織（7次，占比24.1%）的商業衛星；部分衛星還曾定點駐守偵察達到2次，如國際通信衛星-1002、國際通信衛星-33E及荷蘭NSS-12衛星。

②偵察方式為長時定點駐留偵察。由于絕大部分時間由西向東漂移，定點駐守位置大多位于被偵察對象的西側（西側20次，東側7次，西側占比74%），且兩星定點經度差均不大于0.12°。

③單星偵察時間最長達到314天（2016年9月15日至2017年7月26日），偵察目標為定點于東經10.0°的歐洲通信衛星-10A；最短為20天（2018年1月16日至2020年2月5日），偵察目標為共位定點東經42.0°的土耳其通信衛星-3A及4A；單星平均偵察時長約為82天。

④偵察目標運行區域分布在西經24.4°向東至東經70.6°。自發射入軌后共開展了2輪大范圍的巡視，目前已逼近其巡視東邊界，如圖5所示。

圖5 Olymp衛星巡視區域示意圖

⑤偵察載荷工作波段主要為C和Ku波段，但不排除Ka、L及S波段。已偵察的對象中，具備Ku、C、Ka、L波段轉發器的比例分別為100%、83%、20%、0.03%及0.03%。

⑥偵察期間，兩星相對距離最大值小于195 km，最近距離達5 km以內，且絕大部分時間兩星相對距離保持在90 km以內。

⑦定點駐守期間，有其他3顆通信衛星在其附近0.1°范圍內。其中2顆衛星的傾角遠大于0.1°，且均處于壽命末期的備份待退役狀態，應非主要駐守偵察目標；另1顆該星的轉發器波段與Olymp主要偵察波段不符，且采用專用軍用頻率及加密轉發模式。

3 活動規律分析

3.1 Olymp衛星可能主要偵收上行鏈路通信信號

Olymp衛星研制商列舍特涅夫信息衛星系統公司曾公布過兼具通信與電子偵察功能的衛星設計圖，如圖6所示。推測Olymp衛星的結構及載荷應與其類似，用于信號偵收的天線可能為大尺寸圓形天線，且偵收天線的指向與通信載荷天線指向一致。結合衛星定點駐守的行為模式，分析Olymp衛星可能主要偵收上行鏈路通信信號。

圖6 兼具通信/電子偵察功能的衛星設計圖

當前衛星通信多為雙跳通信，偵收上行鏈路信號可完全接收衛星語音通話雙方的通信信號，也可完全接收地面站發送至衛星轉發器用于單向數據傳輸或者數據廣播的通信信號。因此上行鏈路偵收能夠完整獲取通信內容。同時，上行鏈路偵收天線偵收下行數傳信號存在一定難度，因為下行數傳天線波束寬度窄，所以要偵收其主瓣信號，一般需要偵收設備處于被偵收衛星軌道下方且天線指向被偵收衛星，即在其波束寬度內。考慮到Olymp衛星定點偵察時駐留在偵收目標西側或東側，佐證Olymp衛星可能主要偵收上行鏈路通信信號。

3.2 Olymp衛星電子偵察方式是定點駐留偵察

由歷次偵察活動分析結果可知，Olymp衛星執行偵察任務時一般定點駐留于偵察對象西側或東側，且保持經度差小于0.12°；另外，幾乎在整個偵收過程中，Olymp衛星與偵察對象的相對距離保持在195 km以內，且大部分時間相對距離小于90 km。

按照國際組織對通信衛星地球站的相關規定，兼具語音通信和數據通信的衛星地球站的天線尺寸一般在10 m左右。分別計算10 m C波段（4～8 GHz）、Ku波段（12～18 GHz）地球站天線對應的半波束寬度為0.315°～0.63°、0.14°～0.21°，對應同步靜止軌道的距離約為196～393 km、87～131 km。

所以，當與偵察對象軌道傾角差很小時，Olymp為了確保能夠同時偵收C波段和Ku波段范圍內的上行信號，需保持兩星相對距離在約90 km以內，即保持定點經度差在0.122°以內。

在實際偵收過程中，當兩星相對距離超過88 km且小于195 km時，若Olymp偵收天線無法偵收Ku波段旁瓣信號，則只能偵收C波段信號。

3.3 重點關注歐洲、中東及中亞地區

俄國土幅員遼闊，西至東經26°，東達西經170°，依托其地面測控網可覆蓋大西洋至太平洋的廣闊天區，而Olymp衛星偵察巡視區域集中在西經24.4°至東經70.6°之間，跨度僅為95°，偵察區域具有明顯傾向性，特別是其在軌測試期間的東邊界達到了東經96.4°，但后續任務的偵察東邊界基本維持在東經70.6°左右。由此分析，其重點關注歐洲、中東及中亞地區，大西洋西部及東亞地區并非其關注重點。

同時其西邊界不排除與俄同步軌道衛星測控資源有關，以莫斯科地區測控站為例，其對西經24.4°的跟蹤仰角約6.6°，對更西位置的通信衛星實施偵察，其跟蹤仰角更低。

3.4 美軍事通信衛星應不屬于其偵察對象

根據Olymp衛星的在軌活動情況看，其偵察對象主要為商業通信衛星，并無對美典型軍事衛星開展過定點駐留偵察，原因主要包括：

1）Olymp衛星電子偵察工作波段與美軍事通信衛星波段不吻合。

美國主要高軌軍事衛星工作波段情況如表2所示，衛星測控、通信以及數傳等業務的工作波段多采用S、X、Ka等，與Olymp的主要偵察波段C、Ku并不相符。因此Olymp衛星可能在載荷設計層面不具備偵察美軍事衛星通信信號偵察能力。

表2 美軍事衛星無線電工作頻段［10-11］

2）美軍事通信衛星普遍軌道傾角較大，不適于Olymp衛星長期駐留偵察。

根據公布的TLE根數分析，西經30°至東經75°之間分布著大量的美國軍事衛星。除WGS衛星外，其它衛星傾角均大于2°，且最大達11.85°。而Olymp衛星軌道傾角長期保持小于0.08°，其偵察對象的傾角普遍在0.08°以內，若要大幅度改變傾角與美國大傾角衛星共軌、對大傾角衛星進行長期駐留偵察，需要消耗大量推進劑或電離材料，以保持與目標相同軌道面并近距離伴飛。因此美軍事通信衛星不是Olymp衛星電子偵察的有利對象。

3）軍事衛星通信體制使得對其通信信號解調、解碼、解密難度較大。

軍事衛星通信對可靠性和保密性均有較高要求。其測控通信多采用擴跳頻通信，偵收難度較大；語音通信和數據通信中信源編碼、信道編碼常采用專用碼元、碼型設計以及專用差錯控制方法，并對信源數據或信道數據進行加密，信號偵收后解碼和解密難度極大。從整個衛星系統角度考慮，Olymp衛星地面系統可能不具備對美軍事衛星通信信號解碼和解密能力，尤其是解密能力。

4 結束語

作為俄首顆在同步帶開展巡視偵察的高軌軍用衛星，Olymp衛星的任務運用展示出俄方較強的態勢感知、軌道控制、空間操控及任務規劃能力，其在軌運行情況相比一般高軌衛星具備明顯特殊性，與美方高軌巡視衛星的活動規律也存在明顯差異，研究分析其活動規律對于高軌衛星功能設計及在軌安全具有一定的指導意義。■