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    美國天基導彈預警跟蹤系統發展動向

    時間:2017-10-10 來源:《國際太空》 點擊:
    天基預警跟蹤系統具有高視角、探測范圍廣、預警時間長、具備全程跟蹤能力等特點,可為彈道導彈防御和實施反擊提供及時預警信息,是導彈預警體系的重要組成部分。2017年1月,美國“天基紅外系統”(SBIRS)第三顆地球靜止軌道衛星發射入軌。美國總統特朗普在競選期間提出,美國彈道導彈防御系統未來將重點發展天基導彈預警和跟蹤技術。2017年6月,美國國會眾議院武裝力量委員會發布《2018財年國防授權法案》,要求國防部盡快制定天基導彈防御戰略,重點是明確未來天基導彈預警探測器如何發展,并對其研制和部署成本進行評估。上述動向表明,天基系統已成為美國導彈預警跟蹤系統發展的重點之一。

    1. “國防支援計劃”衛星

    ▲ 美國國防支援計劃-23衛星在軌飛行示意圖
     

    “國防支援計劃”(DSP)衛星系統是美國第一種實戰部署的預警衛星系統,該系統已發展三代共23顆衛星,目前僅有4顆衛星在軌服役,運行在地球同步軌道(GSO)上。“國防支援計劃”衛星經過4次改進,衛星性能不斷提高,由最初只能用于探測遠程戰略彈道導彈發射,到1991年海灣戰爭時,已經能夠用于探測伊拉克發射的戰區彈道導彈。隨著導彈技術的發展(如誘餌、中段機動、多目標等技術),加之“國防支援計劃”衛星研制較早,在性能上無法滿足當前和未來彈道導彈防御作戰需要,如無法跟蹤中段飛行導彈、掃描速度慢、虛警率高、預警時間短等。為此,美國正在發展“天基紅外系統”,以逐步取代“國防支援計劃”系統。

     

    美國在“國防支援計劃”預警衛星上的主要載荷有2種:一種是紅外望遠鏡,每隔8~12s就可以對地球表面1/3區域重復掃描1次,能在導彈發射后90s探測到導彈尾焰的紅外輻射信號,并將這一信息傳給地面接收站,地面接收站再將情報傳給指揮中心,全過程僅需3~4min;二是高分辨率可見光電視攝像機,安裝攝像機是防止把高空云層反射的陽光誤認為是導彈尾焰而造成虛警。在星上紅外望遠鏡沒有發現目標時,攝像機每隔30s向地面發送1次電視圖像,一旦紅外望遠鏡發現目標,攝像機就自動或根據地面指令連續向地面站發送目標圖像,以1~2幀/秒的速度在地面電視屏幕上顯示導彈尾焰圖像的運動軌跡。

    2. “天基紅外系統”

    ▲ 部署在GEO軌道的美國“天基紅外系統”衛星
     

    美國1995年提出發展“天基紅外系統”,以取代“國防支援計劃”衛星。最初目標是構建由4顆地球靜止軌道(GEO)衛星、2個大橢圓軌道(HEO)有效載荷和24顆低地球軌道(LEO)衛星組成的新一代預警衛星系統星座。2002年,“天基紅外系統”低軌計劃因耗資過大而被取消,高軌部分仍由美國空軍負責,稱為“天基紅外系統”,由4顆GEO衛星和2個HEO軌道載荷組成。其中,GEO衛星主要用于探測和發現處于助推段的彈道導彈,HEO載荷用于將系統的預警覆蓋范圍擴展到南北兩極。但是,“天基紅外系統”計劃并未因為其低軌計劃的剝離而順利推進,而是遭遇了嚴重的“拖降漲”問題。

     

    “天基紅外系統”GEO衛星主要用于探測和發現處于助推段飛行的彈道導彈,帶有凝視型和掃描型2種紅外探測器。掃描型探測器用于對地球南北半球進行大范圍掃描,通過探測導彈發射時噴出的尾焰對導彈發射情況進行監視;凝視型探測器用于將導彈的發射畫面拉近放大,并緊盯可疑目標,獲取詳細的目標信息。2種探測器獨立接受任務指令,意味著這2種探測器可以同時工作,即在掃描廣大區域的同時,對重點區域進行詳細觀察。掃描型和凝視型探測器相結合,使“天基紅外系統”的掃描速度和靈敏度相比“國防支援計劃”系統提高了10倍以上,能夠穿透大氣層在導彈剛一點火就探測到其發射,可在導彈發射后10~20s內將警報信息傳送給部隊。HEO軌道載荷可將系統的預警能力擴展到南北兩極地區。

    3.“空間跟蹤與監視系統”

    ▲ 美國“空間跟蹤與監視系統”衛星在軌飛行示意圖
     

    “天基紅外系統”低軌部分起初由美國空軍主管,由于存在較大技術風險,2002年更名為“空間跟蹤與監視系統”(STSS),并由美國空軍移交給導彈防御局(MDA)。“空間跟蹤與監視系統”計劃的目標是構建具有對彈道導彈全程跟蹤和探測能力的衛星星座,能夠區分真假彈頭,能夠將跟蹤數據傳輸給指揮控制系統,以引導雷達跟蹤目標,并能提供攔截效果評估。由于技術風險和經費投入過大,美國國會要求調整計劃,最終僅批準先發射2顆衛星進行技術演示驗證試驗。2009年9月,“空間跟蹤與監視系統”的2顆演示驗證衛星發射入軌。2顆演示驗證衛星入軌后,多次參與美國一系列導彈攔截試驗,展示了導彈全程跟蹤、立體式跟蹤、多目標跟蹤、空間目標跟蹤、相機間任務轉交、雙星間通信,以及下行鏈路和導彈防御指揮與控制系統通信能力。在多次導彈防御試驗中生成高質量預警信息,擁有更優的預報精度,縮短了信息傳輸回路,可以提供更多攔截準備時間。

     

    2011年4月,“空間跟蹤與監視系統”的1顆衛星捕獲到發射后處于飛行中段的靶彈,利用星間鏈路提示另一顆衛星進行立體跟蹤并相互傳遞數據,首次演示驗證了對彈道導彈的全程跟蹤能力。2013年2月,美國導彈防御局和海軍進行的標準導彈飛行試驗-20中,“空間跟蹤與監視系統”衛星利用其精確跟蹤能力,首次為“宙斯盾”(Aegis)彈道導彈防御系統提供了目標指示,并為標準-3-1A攔截彈制定火控方案。“空間跟蹤與監視系統”可以為導彈攔截系統提供更準確、及時的預警信息,與攔截彈形成火力控制的閉環回路,將使“宙斯盾”系統有能力在靶彈進入探測范圍前發射攔截彈,支持更早、更準確的攔截,大大擴展了整個導彈防御區域。

    4. “天基殺傷評估”系統

     

    “天基殺傷評估”(SKA)系統是美國導彈防御局正在開展的導彈攔截效果評估實驗系統。該系統通過在商業衛星上搭載托管載荷,用于評估導彈攔截是否成功。“天基殺傷評估”探測器包括3個單像素光敏二極管,質量約10kg,將搭載在商業衛星上。“天基殺傷評估”探測器將主要依靠導彈防御指揮控制系統提供的預計攔截點位置信息,預先定位探測器可觀測攔截碰撞所產生的可見光和紅外光,通過觀測碰撞-殺傷攔截所產生破片云的閃光或熱輻射的可見光或紅外光譜,對攔截彈的毀傷效果及來襲導彈的載荷類型進行評估。

     

     

    美國國防部《2014財年國防授權法案》提出,“導彈防御局應提高地基中段導彈防御系統殺傷評估能力”。2014年4月,導彈防御局啟動“天基殺傷評估”系統項目,前期工作由2013年取消的“精確跟蹤太空系統”項目剩余經費提供部分資金。目前,最有可能搭載“天基殺傷評估”系統載荷的商業衛星是“銥”(Iridium)衛星系統。美國計劃2017年9月發射10顆“銥”衛星,由于“天基殺傷評估”系統載荷只有10kg,因此每顆衛星可容納多個載荷。
     

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