2013年10月4日星期五

開始構建天基太空監視系統



7月20日,以一箭的方式發射了實踐十五號等3顆衛星。

7月監視系統20日7時37分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號丙火箭,以"一箭"的方式成功將實踐十五號、試驗七號和創新三號3顆科學試驗衛星發射升空。據新華社報道,3顆衛星主要用於開展空間碎片觀測、空間機械臂操作等空間科學試驗。

"一箭"對於今天的航天來說已司空見慣,但這次發射的衛星卻有很大的看點,尤其是開展空間碎片觀測的"實踐十五"號衛星,它很可能是與美國天基太空監視系統(SBSS)類似的空間監視衛星。SBSS衛星的操作由美國空軍負責,是美國太空監視網(SSN)中的專項天基傳感器。

SBSS衛星質量1031千克,設計壽命5。5年,運行在軌道高度630千米的太陽同步軌道上,衛星前部一個高敏捷的雙軸萬向節上裝有可見光傳感器用於執行空間監視任務,傳感器主要由30釐米直徑的寬視野望遠鏡和240萬像素的焦平面感光陣列組成。SBSS衛星不受天氣、晝夜和大氣等限制陸基系統的環境因素影響,可以每天24小時、每周7天全天候工作,可以顯著提高太空監視網絡對在軌物體、空間碎片觀測的及時性。

盡管SBSS衛星名義上也是為了觀測空間碎片、以及可能對地球有威脅的小行星,但軍事觀察家相信它更重要的工作是監控其它國家的衛星、特別是軍用衛星,實踐十五號的用途應該也是如此。

2010年9月25日第一顆SBSS Blk 10衛星成功發射,經過5個月的在軌測試後,2011年3月衛星控制權正式移交給美國施裡弗空軍基地的第50作戰大隊第1太空作戰中隊。美國空軍原計劃采購1顆SBSS Blk10和4顆SBSS Blk 20型衛星,但因為經費問題,第二顆SBSS衛星已經取消,2013年初美國空軍航天司令部司令威廉姆-謝爾頓表示將進行了SBSS後續計劃的研究,但目前沒有進一步的消息。

除SBSS外,美國還有多個天基監視項目,包括國防支援衛星(DSP)、天基紅外系統(SBIRS)、太空跟蹤與監視系統(STSS),美國還曾計劃發展先進的精確跟蹤太空系統(PTSS)。

其中DSP、SBIRS的衛星運行在地球同步軌道,主要用於彈道導彈發射預警,DSP的紅外系統過於老舊無法跟蹤冰冷的太空物體,SBIRS靈敏度雖然有所提高,但設計上仍用於跟蹤助推段的導彈,不要求具備對中段彈頭的跟蹤能力。STSS衛星則運行在與SBSS差不多的低軌道,要求跟蹤飛行中段的導彈彈頭。飛行中段的彈頭已經從關機的導彈上分離,自身溫度不高而且混雜在地球復雜的熱背景下,對衛星紅外系統的性能提出了極高挑戰。

需要注意的是,對飛行中段的彈頭進行跟蹤,衛星高度是一個不可忽視的因素。SBIRS與STSS衛星發展時間差不多,紅外探測元件、以及信號處理水平應該相當,但STSS衛星可用於探測飛行中段的冷彈頭。原因是它運行在數百公裡高度的低軌道上,而SBIRS運行在3萬多公裡高的地球同步軌道,SBIRS衛星接收到的紅外信號要比STSS衛星弱得多。但地球同步衛星的優勢是觀測範圍大,3顆衛星基本可以做到全球覆蓋,美國曾計劃的PTSS項目,就是企圖在地球同步軌道上探測飛行中段的冷彈頭,最終還是因為技術難度太大而中止。

SBSS與SBIRS、STSS、PTSS這些衛星的區別則是,SBSS不需要跟蹤彈道導彈,鏡頭可以說是背向地球朝外太空探測。這樣它的紅外系統不需要面對復雜的地球熱背景,難度較SBIRS、STSS要小得多。

STSS、SBIRS和DSP在軌高度與探測目標的不同。

SBIRS衛星拍攝到的運載火箭發射圖像,它用於進行洲際導彈發射預警。

美國因為技術力量強大,所以可以並行發展多個難度不同的項目。但我國現在是首次嘗試太空監視,所以先發展類似SBSS的實踐十五號衛星,可以避開難以處理的地球熱背景。相信待日後技術成熟後,我國遲早會發展SBIRS、STSS之類針對彈道導彈預警和跟蹤的太空監視衛星,畢竟攔截洲際導彈與反衛星一樣,也是一項極重要的戰略能力。

值得一提的是,美國近年盡管並行發展了多個天基太空監視項目,但受削減軍費影響,這些項目都出現了停滯。SBSS只發射了一顆衛星;SBIRS發射了2顆,第3、4顆衛星正在制造中;STSS也僅發射2顆衛星陷入停滯;PTSS則被完全中止了。所以,接下來幾年時間正是我國追趕的大好時間。

天基太空監視系統其實是裡根"星球大戰"計劃迄今唯一能夠得到實現的部分。天基監視系統相比地基系統具有監視範圍大、不受大氣影響等優點,是未來太空戰的關鍵部分,需要迎頭趕上。

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