太空鷹眼-SBIRS與STSS

1、太空鷹眼-SBIRS與STSS 作為偵察和導彈防御體系的一部分，美國的天基紅外預警系統(tǒng)有著悠久的歷史。目前的預警衛(wèi)星系統(tǒng)是第三代國防支援計劃系統(tǒng)。目前的DSP星座由4顆工作性和1顆備用星組成，運行在地球靜止軌道上，具備變軌到大橢圓軌道的能力以實現對高緯度地區(qū)的有效監(jiān)測?，F在使用的天基預警系統(tǒng)衛(wèi)星DSP Phase III由于DSP衛(wèi)星設計之初是為了探測遠程和洲際彈道導彈，對于中短程彈道導彈的探測能力不足，此外DSP衛(wèi)星不能穿透云層，濾波和跟蹤能力不足，整個系統(tǒng)尤其是地面站的信息融合能力遠遠不足以滿足新時期彈道導彈防御預警的要求。為了完善預警探測能力，美國國防部啟動了天基紅外系統(tǒng)(SB

2、IRS)以取代DSP系統(tǒng)提供導彈預警等功能，同時為了實現對彈道中段目標的探測識別，增加了繼承自星球大戰(zhàn)亮眼(Brilliant Eyes)低軌道星座，由此形成了SBIRS-High和SBIRS-Low的高低軌道復合型星座配置。SBIRS的早期規(guī)劃里，計劃高軌道部分配置4顆靜止軌道衛(wèi)星和2顆高橢圓軌道衛(wèi)星，主要用于探測和跟蹤助推段的彈道導彈；低軌道部分配置約24顆衛(wèi)星，軌道高度約1600公里，用于捕獲，跟蹤飛行中段的彈道導彈，分辨誘餌和彈頭，為攔截器提供目標精確定位。SBIRS-High和STSS. STSS可以做到全程跟蹤探測2001年，隨著SBIRS-Low系統(tǒng)由美國空軍移交給彈道

3、導彈防御局，系統(tǒng)改稱太空跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)(STSS)，現在所稱的SBIRS系統(tǒng)一般特指原有的SBIRS-High。紅外傳感器采用雙探測器方案，每顆高軌道衛(wèi)星安裝一臺寬視場的高速掃描探測器和窄視場凝視跟蹤探測器，通過兩者的結合，使SBIRS衛(wèi)星的掃描速度和靈敏度遠遠高于DSP衛(wèi)星，同時覆蓋面積也大得多。高軌道衛(wèi)星之間本身不進行通信，不過可以和低軌道進行相互通信以做到接力跟蹤。STSS衛(wèi)星分布在三個不同平面的太陽同步軌道上，這些低軌道衛(wèi)星裝備了寬視場掃描探測器和窄視場凝視多光譜探測器。寬視場掃描探測器可以捕獲地平線以下彈道導彈的尾焰，以盡快完成高軌道衛(wèi)星轉交的跟蹤工作，窄視場多光譜探測器具有中長波和

4、可見光探測能力，能鎖定目標并對整個彈道中段和再入段進行跟蹤，利用極為靈敏的多光譜探測器，STSS可以實現對助推器燃盡后母艙彈頭等冷目標的探測，在雜波和噪聲中跟蹤彈頭分離并具有分辨彈頭，彈頭母艙，輕重光學雷達誘餌的能力。STSS系統(tǒng)對彈道導彈彈頭的精確定位，是通過4顆STSS衛(wèi)星同時探測到并跟蹤為前提，具有很高的定位精度。對于遠程和洲際導彈，通過SBIRS和STSS的配合探測，可以在助推段，上升段，中段和再入段實現對彈道導彈的全程探測與跟蹤，通過精確定位為攔截導彈提供坐標，在來襲導彈進入陸基?；走_探測范圍前發(fā)射，實現多層攔截提高攔截成功率。測試中的SBIRS HEO衛(wèi)星按現有的合同，SBIRS

5、系統(tǒng)包括4顆高橢圓軌道(HEO)衛(wèi)星和5顆靜止軌道(GEO)衛(wèi)星。SBIRS GEO衛(wèi)星采用洛克希德公司的A2100衛(wèi)星平臺，12年設計壽命，衛(wèi)星平臺使用三軸穩(wěn)定，電源功率約2800瓦，重量約4500千克，作為有效載荷紅外傳感器重量約450千克。自1996年美國國防部批準天基紅外高軌道系統(tǒng)計劃以來，SBIRS進度不斷拖延，原定SBIRS GEO首顆衛(wèi)星于2004年發(fā)射，但2002年調整合同拖延到2006年發(fā)射，2004年部署時間再次延后發(fā)射再次延期，推遲到2007年，最后發(fā)射又推遲到2011年，結果導致經費嚴重超支，所需預算倍增，從1996年合同的21億美元增加到75億美元

6、。熱真空測試中的SBIRS GEO衛(wèi)星因為SBIRS計劃一直存在問題，美國國防部2006年開始實施一套并行計劃，即“替代性紅外衛(wèi)星系統(tǒng)”(AIRSS)。這個計劃旨確保即使SBIRS研制失敗，仍能確保美國擁有可靠的導彈預警與防御能力，也可能作為廉價的SBIRS-高軌衛(wèi)星系統(tǒng)的替代品。相對而言，高橢圓衛(wèi)星的進度要順利得多，SBIRS HEO-1和HEO-2已經于2006年和2008年發(fā)射升空，HEO-3和HEO-4也將在未來陸續(xù)發(fā)射。SBIRS HEO性能令人滿意，這是SBIRS HEO-2于2009年6月11日拍攝的Delta II 7920H軌跡美國空軍和洛克希德馬丁公司宣布HEO-

7、1和HEO-2有效載荷的性能甚至超過了預計指標，這對進度拖延經費超支之下困難重重的SBIRS系統(tǒng)來說是個不錯的好消息。不過SBIRS-GEO軌道的衛(wèi)星繼續(xù)拖延，甚至可能無法在2011年順利發(fā)射交付使用。      STSS系統(tǒng)包括24顆小型衛(wèi)星，重量約1000千克，其數據鏈支持衛(wèi)星間60g通信和衛(wèi)星地面間40/20g通信。STSS的靈敏度遠高于現有系統(tǒng)，這對研制工作提出了很高的挑戰(zhàn)，所以整個計劃一直受到經費超支的困擾不足為奇。1999年美國空軍把低軌道衛(wèi)星部署時間推到到2006年，由于所用技術風險太大，評估試驗進度大大拖延，總投入可能從2000

8、年初估計的106億美元增加到230億美元以致更多。原定計劃的2006年首次發(fā)射，也推遲到2008年，最后2009年9月發(fā)射頭兩顆衛(wèi)星。低軌道的STSS衛(wèi)星，計劃部署24顆，實現24X7時間全球范圍全程彈道跟蹤探測能力盡管SBIRS和STSS存在諸多問題，研制過程也不順利，但是作為新一代天基預警系統(tǒng)卻是彈道導彈防御體系的基石。以防御洲際彈道導彈來說，SBIRS衛(wèi)星比現有的DSP衛(wèi)星敏感得多，可以可以透過云層監(jiān)視，在導彈一點火發(fā)射即可探測到，同時探測范圍也有質的增強。SBIRS采用的掃描探測器采用一維陣列對地球南北半球進行掃描，探測到強紅外輻射后交由24000單元的凝視焦平面陣列進行二維跟蹤。以A

9、PS報告設定的7公里云層高度為例，由于可以穿透云層探測，對于固體洲際彈道，探測時間可以提前30秒，對于液體洲際導彈則提前45秒。STSS衛(wèi)星盡管采用較為廉價的小衛(wèi)星平臺，但是紅外傳感器的性能也十分出色。以作為試驗的中段空間實驗(MSX)搭載的設備為例：寬視場短紅外探測器波段在13微米之間，口徑在50厘米以上；中長波紅外探測器波段在416微米之間，口徑在50厘米以上；可見光探測器波段在0.30.7微米之間，口徑超過20厘米。根據瑞利公式，短紅外探測器對于1500公里外的目標仍然具有3米左右的分辨能力，可以有效識別導彈尾焰。不過同樣根據瑞利公式，中長波紅外探測器在1000公里外對目標分辨能力已經大

10、于10米，無法對2米左右尺寸的彈頭進行成像。不過探測距離要遠得多，對于300K溫度的典型目標，中長波紅外探測器具有高達30000公里的理論探測距離，即使降溫到200K溫度，也有高達7000公里的理論探測距離。諾斯羅普官方介紹:STSS衛(wèi)星分辨母艙，彈頭，誘餌的想象圖STSS對應于傳統(tǒng)天基紅外預警系統(tǒng)的特色在于對飛行彈道中段的跟蹤，并能分辨彈頭與誘餌。由于無論是彈頭，誘餌還是母艙在STSS的探測器上都是點狀目標，因此STSS衛(wèi)星是通過光譜等信息來進行識別的。，其主要特征有以下幾個：由于工藝的不同，誘餌和彈頭的溫度特征會有較大差異，STSS凝視陣探測器通過多個波段檢測溫度差異進行區(qū)分；由于質量的不

11、同，因此彈頭和誘餌熱容量不同，導致其溫度變化率不同，STSS的探測器可以通過多波段探測器連續(xù)觀測目標溫度變化，計算變化率以區(qū)分真?zhèn)文繕?；彈頭和誘餌表面材料的不同，導致發(fā)射率不同，通過分析輻射譜分布特征可以區(qū)分材料不同；此外確定目標溫度后，和目標紅外發(fā)射率后，可以確定目標的表面積，由此間接推算目標大小，區(qū)分彈頭和碎片。通過這些方法，配合靈敏的探測器，STSS不僅可以探測跟蹤彈道中段的冷目標，還可以區(qū)分目標和誘餌，引導攔截器進行攔截。STSS全程跟蹤探測示意圖，DSP將被更強大的SBIRS GEO衛(wèi)星代替當然，天基紅外預警系統(tǒng)不是萬能的，目前還無法取代陸基海基大功率雷達的作用，但是沒有SBIRS和

12、STSS的導彈防御系統(tǒng)，由于地面雷達存在盲區(qū)，探測距離有限，更無法在第一時間探測到彈道導彈的發(fā)射，其作戰(zhàn)效能將急劇下降，說失去中段攔截能力也不為過。可以說，SBIRS和STSS系統(tǒng)是彈道導彈系統(tǒng)中當之無愧的力量倍增器。隨著今后SBIRS和STSS的逐步建成，美國彈道導彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能將提升到一個前所未有的高度。2010年1月11日晚8點58分，根據新華社正式發(fā)布的新聞，中國11日在境內進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗，試驗達到了預期目的。這是中國國家彈道導彈防御系統(tǒng)的第一次反導測試。此前在2007年1月11日我國反衛(wèi)星試驗公開后，根據美國報道，我國在2005年7月7日和2006年2月6日分別進行了兩次攔截測試。根據相關公開信息分析，這四次試驗均屬于國家彈道導彈防御系統(tǒng)的測試，經歷多次測試后，我國的陸基中段反導攔截彈已經追上了美國10年前的水平，但這并不意味著我們能有美國10年的導彈防御水平，其中的關鍵就在于我國缺乏天基預警能力。在發(fā)展陸基中段反導攔截彈的同時，預警系統(tǒng)作為陸基中段反導能力必不可少的部分也進行了大量的開發(fā)工作。目前我國彈道導彈防御系統(tǒng)測試，仍然只能使用大型X波段陸基遠程預警雷達，這對測試的時間和地點都有很多限制。更重要的是，和美國擁有優(yōu)越的地緣政治形勢不同，我國缺少海外基地部署X波段預警雷達；美國擁有北極阿拉斯加這種任何敵方陸基彈道導彈來襲