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美SBIRS系统卫星即将升空 加强导弹防御情报收集

时间:2017年01月17日 信息来源:中国网 点击: 【字体:

资料图:天基红外系统卫星

据“太空战”网站2017年1月10日报道,美国空军已完成“天基红外系统” (SBIRS)同步轨道卫星(GEO)3号星(即GEO-3)的封装工作,为发射做好了准备。“天基红外系统地球同步轨道卫星”将用于监视信息传输、导弹发射探测,并支持弹道导弹防御和情报收集工作。

为监视战略导弹发射而兴起的国防支援计划

预警卫星作为监视、探测、发现和跟踪敌方战略导弹的重要手段,在战略防御系统中起着非常重要的作用。自20世纪60年代起,苏联和美国逐步建立了比较完善的预警卫星系统,并各自制定了针对未来的发展计划,其中以美国的技术最为先进。早在1959年底,美国就将当时的军事卫星计划分为“发现者(Discoverer)”计划、“卫星及导弹观测系统(SAMOS)”计划和“导弹防御警报系统(MIDAS)”计划等3项独立计划。在MIDAS计划中,卫星上装有红外探测器,而不是可见光相机,后来该计划由“国防支援计划(defense support program简写DSP)”所取代。

DSP计划是20世纪70年代初由美国和加拿大双边签署的关于北美空中防御计划(NORAD)之一,其目的是监测前苏联等国的地下核试验、中程导弹发射和航天器发射。DSP计划从实施至今已经历了40多年,发展了3代卫星。目前共有5颗DSP卫星在轨工作,其中3颗为工作星,2颗为备用星。3颗工作星分别位于太平洋 (西经135 )、大西洋(西经70 )、印度洋(东经69 )上空,固定地扫描监视除两极以外的整个地球表面。DSP卫星具有轨道机动能力,不但可主要用于战略导弹的预警,还可根据需要将卫星机动至某一战区上空,监视射程较小的弹道导弹的发射。DSP地面站的设置包括一个位于澳大利亚的海外地面站、一个欧洲地面战、一个美国本土地面站(CGS)和移动地面站(MGT)。

DSP卫星在地球同步轨道运行,可以对高纬度地区做到有效监测。卫星定轨在35800千米高度,单星覆盖近1/3地球表面,自旋稳定,卫星主轴指向地心,探测系统同卫星主轴成7.5夹角,随着卫星自旋形成圆锥状扫描方式,构成一个立体视角场。第一代DSP的红外探测器分辨率低,易误报。到了第二代DSP开始使用双色阵列期间,误报率下降,除了南北两极极端地区外,都可有效探测,探测器扫描周期为10秒,预警周期4.5分钟到8分钟,预警周期包括目标识别、数据回传、数据处理三个部分。

美国在DSP预警卫星上的主要设备有两种:一是卫星向地球的一端装有一个长3.63米、孔径0.91米的红外望远镜,它每隔8-12秒就可对地球表面1/3的区域重复扫描一次,能在导弹发射后约90秒就探测到导弹尾焰的红外辐射信号,并将这一信息传给地面接收站,地面站再将情报传给指挥中心,全部过程仅需3-4分钟;二是高分辨率可见光电视摄像机,安装摄像机是防止把高空云层反射的阳光误认为是导弹喷焰而造成虚警。在星上红外望远镜没有发现目标时,摄像机每隔30 秒向地面发送一次电视图像,一旦红外望远镜发现目标,摄像机就自动或根据地面指令连续向地面站发送目标图像,以1-2帧/秒的速度在地面电视屏幕上显示导弹尾焰图像的运动轨迹。

更强大、更可靠、更灵活的天基红外系统

根据美国物理学会对助推段拦截的评估,国防支援计划卫星只能探测到穿透云层后的弹道导弹,以7000米高度为例探测到弹道导弹时已经是发射后44秒,考虑到约20秒的跟踪延迟,拦截弹最早只能在64秒后发射,很难对固体洲际导弹进行助推段拦截,而对助推段更短的近程弹道导弹,助推段拦截更是成为泡影。并且,在使用DSP卫星的过程中,美军反映该系统预警时间短,误报率和漏报率的问题始终没有解决,对跟踪飞行中段的导弹、监控中近程弹道导弹的探测能力有限,而且信息系统平台也有传输和集成方面的问题。

正鉴于此,美国不断改进DSP系统,增加了地面、海基移动接收站,进一步提出了天基红外系统计划(SBIRS),这是一个旨在满足美国21世纪前30年的综合系统。美国天基红外系统计划从1992年开始一直持续到今天,主要任务是为美军提供全球范围内的战略和战术弹道导弹预警,对弹道导弹从助推段开始进行可靠稳定的跟踪,为反导系统提供关键的目标指示功能。

天基红外系统提供了更为强大、可靠和灵活的弹道导弹预警信息,不仅可以更早地探测到远程和洲际弹道导弹的发射,增加了对飞行中段弹道导弹的探测跟踪能力,还在设计之初就考虑到对中近程战术弹道导弹的探测跟踪能力。最早规划的天基红外系统是一个包括高轨道星座、低轨道星座和地面数据接收处理设施构成的复杂的综合传感器系统。

天基红外系统的高轨道星座包括2颗高椭圆轨道卫星(HEO)和4颗静止轨道卫星(GEO),主要用于接替国防支援计划卫星进行关键的战略和战术弹道导弹发射和助推段飞行探测任务。天基红外系统的低轨道星座包括24颗低轨道卫星,这个项目源自更早的“亮眼”计划,主要用于执行对弹道导弹飞行中段的精确跟踪任务,并提供了将弹头从诱饵和弹体碎片中区分出来的识别能力,并可直接向拦截弹提供目标引导数据。天基红外系统的高轨道和低轨道部分合作提供了覆盖全球的探测跟踪能力。

2001年天基红外系统的低轨道星座部分从美国空军转交给美国导弹防御局,并改名为“空间跟踪与监视”(STSS)卫星系统,2009年STSS的两颗技术演示验证卫星发射上天并验证了其能力。天基红外系统的静止轨道卫星的红外载荷要更为丰富,包括高速扫描型红外探测器和高分辨率凝视型红外探测器,它们均为近红外、中红外和地面可见波段三色红外探测器,使用被动辐射制冷方式,具有很高的敏捷指向控制能力。

天基红外系统是美国弹道导弹预警系统中关键的组成部分,但研制过程中面临诸多问题。根据美国政府问责办公室2009年的评估报告,天基红外系统项目预算从最初的40亿美元快速膨胀到120亿美元以上,还存在技术不成熟、软件复杂性过高以及项目监管不力等诸多问题。天基红外系统的进度更是屡次拖延,原定第一颗高椭圆轨道卫星2001财年交付,第一颗静止轨道卫星2002财年交付。实际进度分别延迟了7年和10年。但天基红外系统在未来很多年内依然都将是美国唯一的天基红外预警监视项目。

已经初具规模的天基红外系统将再获进展

目前,美军有两颗已经部署的天基红外系统静止轨道卫星(GEO)。其中,SBIRS GEO-1卫星于2011年5月发射,SBIRS GEO-2卫星于2013年3月发射。空军发言人蒂娜?格里尔称,GEO-3原计划在2016年夏发射,目前决定在2017年1月19日搭载联合发射联盟公司的 “宇宙神”-5型运载火箭发射。卫星在发射前必须经历的最后一步是将其密封在有效载荷整流罩内。

洛马公司空中持久红外(OPIR)任务领域副总裁大卫?谢里登称,封装完成是该项计划的一个里程碑。他在新闻稿中称,“卫星的成功交付和封装,标志着制造阶段结束。在制造阶段,洛马公司持续精简每个建造环节,既推动了计划进度,也降低了成本。这颗GEO-3卫星发射后将加入星座,可大大提高未来几十年内天基红外监视能力。”下一颗卫星SBIRS GEO-4计划于2017年晚些时候发射。目前另外两颗卫星GEO-5和GEO-6正在生产。

除了星座外,天基红外系统还有一系列地面设施组成,这主要包括:美国本土的任务控制站(MCS)、一个备份的任务控制站、一个抗毁任务控制站;海外中继地面站(RGS)、一个抗毁中继地面站;多任务移动处理系统(M3P)和相关通信链路;培训、发射和支持性基础设施。地面设施通过三个阶段来完成,第一阶段将把DSP和对战区的攻击和发射早期报告(ALERT)地面站联合成一个本土任务控制站,并使用DSP卫星的数据;第二阶段改进第一阶段的软件和硬件,以满足高轨道天基红外系统星座以及保留的DSP卫星所要求的功能。此外,多任务移动处理系统将取代战区内陆军联合战术地面站并满足SBIRS战略处理的要求。第三阶段为SBIRS低轨道卫星提供所需的功能。

近期,美国天基红外系统新一代“Block10 增量2”地面系统研制达到两个关键里程碑节点。首次具备可同时对包括国防支援计划卫星、SBIRS同步轨道卫星、SBIRS大椭圆轨道载荷在内的全部预警卫星星座/载荷进行控制的能力。Block10系统的这一升级将所有的预警卫星运控操作统一地由一个主任务站和一个备份控制站完成。Block10系统同时也在其四个主要任务领域获得了性能提升,这些领域包括导弹预警、导弹防御、战场态势感知以及技术情报。

另外,全星座(FC)控制测试的结束也意味着能力评估(CE)阶段的完成。此次FC测试由SMC指挥,并由美空军第460部队运行小组执行。根据从之前SBIRS地面系统升级获得的经验,此次Block10的升级采用了“爬、走、跑”的递进方法,成功地演示了这一集成所有类型星座操作的新型系统的功能。CE阶段的完成则标志着Block10系统可满足设计需求,并且表明该地面系统已经做好进入业务使用的准备。

美军太空司令部的航天与导弹系统中心远程遥感中心主任表示,FC和EC节点的完成是美空军在迈向2016年实战可用性过程中的主要成就和风险降低措施。航天与导弹系统中心是美国空军采购和发展军事航天系统的中心机构。该机构的投资项目包括“全球定位系统”(GPS)、军事卫星通信系统、国防气象卫星、航天发射和测距系统、卫星控制网络、天基红外系统以及空间态势感知能力。


(作者:佚名)
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