國外空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展

曹 斌

國外空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展

曹 斌

隨著越來越多的國家擁有進入空間和利用空間的能力，空間變得日益擁擠、更加具有競爭性和對抗性，感知空間態(tài)勢進而控制空間成為一些大國追求的目標(biāo)。空間目標(biāo)監(jiān)視是爭奪空間“高邊疆”的前提，只有具備較強的空間態(tài)勢感知能力，才能確保后續(xù)的空間攻防行動的有效展開?？臻g目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)是監(jiān)視他國空間資產(chǎn)、空間活動、空間碎片，進而實現(xiàn)空間態(tài)勢感知的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其能力水平直接制約著空間對抗能力的發(fā)揮。

空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的任務(wù)

空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)主要由地基和天基探測設(shè)備組成，用以對航天器進入空間、在空間運行及離開空間的過程進行探測和跟蹤，對空間碎片和自然天體的運行情況進行觀測，結(jié)合其他相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合處理，獲取目標(biāo)的外形、尺寸、飛行軌跡、功能等信息，并進行編目，以掌握空間態(tài)勢，向民用和軍用航天活動提供空間目標(biāo)信息支援。

空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)具有重要的軍民兩用價值。在民用方面，其主要作用是保障航天器安全和判斷航天器故障。在軍用方面，該系統(tǒng)可以幫助確定潛在敵方的空間能力，為空間對抗等軍事航天活動提供支持?？臻g目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的主要任務(wù)包括：及時發(fā)現(xiàn)新的航天發(fā)射活動；對空間目標(biāo)進行探測、跟蹤和識別，維持空間目標(biāo)編目；對可能發(fā)生的碰撞和對己方空間系統(tǒng)構(gòu)成威脅的空間碎片或主動攻擊進行告警，確定有敵意航天器的任務(wù)載荷、尺寸、形狀和軌道參數(shù)等重要目標(biāo)特征；為航天器碰撞規(guī)避以及主動防御等提供支持；通過確定目標(biāo)軌道信息，為攻擊敵方航天器提供作戰(zhàn)支援。

2013年5月，美參聯(lián)會頒布的新版《空間作戰(zhàn)條令》，首次將空間態(tài)勢感知列為與空間力量增強、空間支持、空間控制和空間力量運用并列的獨立任務(wù)領(lǐng)域，并排名第一，將其視為一切空間作戰(zhàn)活動的基礎(chǔ)和前提。

國外空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

美國擁有天地結(jié)合的空間目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng) 美國已建成遍布全球、天地一體的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，并正在進行更新?lián)Q代，以實現(xiàn)覆蓋全軌道高度的空間目標(biāo)監(jiān)視能力。

在地基方面，美國建立了由30多部地基光學(xué)探測系統(tǒng)、無源射頻信號探測系統(tǒng)、雷達(dá)探測系統(tǒng)、指揮控制中心組成的空間監(jiān)視網(wǎng)。美國空間監(jiān)視網(wǎng)擁有對大部分空間目標(biāo)進行編目管理的能力，但還不具備在任何時候?qū)λ锌臻g目標(biāo)進行持續(xù)監(jiān)視的能力，主要根據(jù)任務(wù)需要在一段時間內(nèi)對特定目標(biāo)進行觀測。目前，美國空間監(jiān)視網(wǎng)可探測的目標(biāo)直徑：低軌為10厘米，地球同步軌道為1米。目標(biāo)定位精度：低軌為1千米，地球同步軌道為10千米。

為加強地基空間監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)，美國主要采取了以下措施。一是汰舊換新。美國關(guān)閉了運行52年的舊“空間籬笆”系統(tǒng)，以節(jié)省開支。2014年6月，美國空軍開始研制新的“空間籬笆”系統(tǒng)。新一代“空間籬笆”系統(tǒng)使用3臺地基S波段雷達(dá)，可探測低/中高度地球軌道上20萬個左右2厘米以上的空間目標(biāo)，計劃2018年建成，投入運行后將大大增強美國空間態(tài)勢感知能力。在沒有預(yù)先提示或指派任務(wù)的情況下，具有發(fā)現(xiàn)、鎖定和測量2/5的低/中軌道空間目標(biāo)能力。二是填補盲區(qū)。目前，美國在南半球部署的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)較少，只在南半球赤道附近有零星部署，存在覆蓋盲區(qū)。因此美國擬在澳大利亞部署空間監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡和C波段雷達(dá)，不但能提高對東半球和南半球覆蓋，改善美軍地基中/高軌探測監(jiān)視能力的不足，而且可提高對地球同步軌道區(qū)域微小目標(biāo)的探測能力，發(fā)展對空間的廣域、快速搜索監(jiān)視能力。三是提升能力。美軍將改造聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心的任務(wù)系統(tǒng)，提升空間指揮、控制和數(shù)據(jù)分析能力。

空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)在未來空間對抗不同階段所承擔(dān)的主要任務(wù)

在天基方面，天基空間監(jiān)視系統(tǒng)具有不受地理位置限制、可全天候工作、可進行廣域空間監(jiān)視、探測跟蹤深空微小目標(biāo)能力強等特點。美國在加強地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的同時，正在加緊建設(shè)天基空間態(tài)勢感知系統(tǒng)。一是發(fā)展大型天基空間監(jiān)視系統(tǒng)。2010年9月，美軍發(fā)射了“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）首顆“探路者”衛(wèi)星，并于2013年4月正式服役。SBSS可全天時、全天候進行空間態(tài)勢感知，每天提供1.2萬次對深空物體的觀測；與地基監(jiān)視系統(tǒng)每次只能觀測一個目標(biāo)不同，SBSS可同時觀測多個深空目標(biāo)，部署后空軍的空間物體觀測能力提高了5倍。其后繼項目可能將使用由在低軌道運行的3顆尺寸更小的衛(wèi)星組成的星座，對地球同步軌道的物體保持監(jiān)視。目前，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作正在進行，并計劃在2021年前發(fā)射。

二是發(fā)展小衛(wèi)星用于空間監(jiān)視。美國已發(fā)射兩顆“凝視”納衛(wèi)星，計劃構(gòu)建由18顆納衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，提高對空間目標(biāo)的定位精度。美空軍計劃2017年在“快速響應(yīng)空間”-5任務(wù)期間發(fā)射小衛(wèi)星，提供地球同步軌道目標(biāo)監(jiān)視能力，補充美軍空間監(jiān)視能力潛在缺口，并驗證相關(guān)技術(shù)。

三是發(fā)展對地球同步軌道目標(biāo)的抵近偵察能力。2014年7月，美軍發(fā)射2顆“地球同步軌道空間態(tài)勢感知計劃”衛(wèi)星，具備較強的機動變軌能力，可按需抵近地球同步軌道目標(biāo)，繞目標(biāo)飛行，對目標(biāo)進行詳細(xì)的光學(xué)和電子偵察。

預(yù)計到2020年前，美國在全球的覆蓋盲區(qū)將顯著縮小，并將在地基系統(tǒng)升級改造和部署新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上大力發(fā)展天基系統(tǒng)，大幅提升對深空微小目標(biāo)的探測、跟蹤與識別能力，并具備廣域與局域威脅告警與評估能力。到2020年，美國空間監(jiān)視網(wǎng)對低軌空間目標(biāo)的探測和定位精度將分別提高到1厘米和10米，對地球同步軌道目標(biāo)的探測和定位精度將分別提高到10厘米和100米；將能實時監(jiān)視感興趣目標(biāo)，空間碰撞預(yù)測的準(zhǔn)確率提高到99%。

俄羅斯繼續(xù)沿用部署在蘇聯(lián)國土內(nèi)的外空監(jiān)視系統(tǒng)俄羅斯空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)是伴隨著其彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)而發(fā)展起來的，主要以地基系統(tǒng)為主，包括地基雷達(dá)，光學(xué)、光電探測器，與空間監(jiān)視中心共同構(gòu)成外空監(jiān)視系統(tǒng)，由俄羅斯航天部隊掌管。俄羅斯空間監(jiān)視網(wǎng)每天能生成5萬條左右觀測數(shù)據(jù)，維持8500個目標(biāo)的編目，其中大部分為低軌目標(biāo)。俄羅斯空間監(jiān)視系統(tǒng)目前主要受制于兩個因素：一是沒有形成覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)視的對象大部分為低軌目標(biāo)，還無法達(dá)到對空域、時域的無縫覆蓋。受地理位置分布局限，無法探測跟蹤低軌道傾角和西半球的空間目標(biāo)。二是蘇聯(lián)解體后，俄羅斯需要租用部署在其周邊鄰國境內(nèi)的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)。據(jù)俄羅斯軍方稱，2001年俄羅斯雷達(dá)網(wǎng)僅能覆蓋1/3領(lǐng)土上的空間。

俄羅斯可用于空間監(jiān)視的雷達(dá)包括：部署在俄羅斯摩爾曼斯克、伊爾庫斯克以及哈薩克斯坦巴爾喀什的“第聶伯河”電掃描米波雷達(dá)；部署在俄羅斯伯朝拉和阿塞拜疆明蓋恰烏爾的“達(dá)利亞爾河”相控陣米波雷達(dá)；部署在白俄羅斯巴拉諾維奇的“伏爾加河”連續(xù)波相控陣分米波雷達(dá)，以及俄羅斯圣彼得堡列赫圖西的“沃羅涅日”-DM米波雷達(dá)與“頓河”-2N相控陣?yán)迕撞ɡ走_(dá)。其中，“伏爾加河”雷達(dá)2002年開始部署，與“達(dá)利亞爾河”雷達(dá)相比，跟蹤精度明顯提高，能夠發(fā)現(xiàn)和跟蹤數(shù)千千米以外飛行中的彈道導(dǎo)彈和空間目標(biāo)，并監(jiān)測其飛行數(shù)據(jù)，具有較強的抗干擾能力?！拔至_涅日”-DM是俄羅斯最新研制的超大型相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，2005年開始部署，可跟蹤、識別4800千米外的空間目標(biāo)，可有效應(yīng)對突然出現(xiàn)的高速目標(biāo)，能在極其惡劣的條件下發(fā)揮作用，是俄羅斯新一代主力預(yù)警裝備。

俄羅斯最先進的光學(xué)空間監(jiān)視系統(tǒng)是位于塔吉克斯坦境內(nèi)的“窗口”-M系統(tǒng)，該系統(tǒng)為有源光電空間監(jiān)視與跟蹤設(shè)施。2015年7月，俄羅斯首套“窗口”-M地基光電空間監(jiān)視系統(tǒng)具備完全運行能力。該系統(tǒng)可識別軌道高度2000～40000千米的航天器，與地基雷達(dá)配合，能使俄軍空間監(jiān)視能力覆蓋目前所有航天器的運行軌道，空間監(jiān)視能力增強4倍。俄羅斯還計劃在未來4年內(nèi)，再建設(shè)超過10套“窗口”-M系統(tǒng)，部署在阿爾泰以及濱海邊疆地區(qū)，將為俄未來遂行空間信息對抗和空間攻防活動提供重要支撐。

歐洲主要國家建有各自分立的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)歐洲主要國家部署了各自分立的地基雷達(dá)、光電空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，如法國的“格拉夫”系統(tǒng)、艦載“蒙日”系統(tǒng)，德國應(yīng)用科學(xué)研究所跟蹤成像雷達(dá)系統(tǒng)，英國被動成像測量望遠(yuǎn)鏡等。另外，歐洲的自動轉(zhuǎn)移飛行器也能配備光學(xué)傳感器執(zhí)行天基空間監(jiān)視任務(wù)。

歐洲空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)一直缺乏整體規(guī)劃，目前由各國的國防部門分別管理，沒有實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行，在布局和協(xié)同工作方面都缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致在空間覆蓋上存在缺口，在能力上存在不足，使得歐洲主要依賴美國空間監(jiān)視網(wǎng)獲取空間監(jiān)視相關(guān)信息。

法國“蒙日”號導(dǎo)彈監(jiān)控雷達(dá)艦

國外空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)重點

著力構(gòu)建面向空間對抗作戰(zhàn)的體系結(jié)構(gòu)美國現(xiàn)有空間監(jiān)視系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是冷戰(zhàn)時期遺留下來的，以空間目標(biāo)監(jiān)視、編目管理為主要任務(wù)，主要用以滿足國家戰(zhàn)略層面的信息需求。隨著美國空間對抗戰(zhàn)略的不斷推進，其空間監(jiān)視系統(tǒng)的任務(wù)由戰(zhàn)略層面向戰(zhàn)術(shù)層面擴展，現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)已不能滿足未來遂行空間攻防對抗的需求，主要表現(xiàn)在：首先，美國空軍主管的空間監(jiān)視網(wǎng)，以及導(dǎo)彈防御局、情報界可用于空間監(jiān)視的多種探測器各自分立，沒有形成整體合力，整體效率不高。2015年6月，美國國防副部長沃克宣布，計劃成立融合情報部門和國防部的新聯(lián)合太空行動中心，新機構(gòu)將更好地整合國防部和情報部門衛(wèi)星資源，實現(xiàn)情報部門和國防部空間態(tài)勢感知能力的共享。其次，及時響應(yīng)能力不能滿足要求，即從任務(wù)分派到形成可用信息的周期過長。為此，美國2001年啟動了空間態(tài)勢感知倡議計劃，2007年啟動了一體化空間態(tài)勢感知計劃，構(gòu)建面向空間對抗作戰(zhàn)的空間態(tài)勢感知體系結(jié)構(gòu)，集成擔(dān)負(fù)火箭發(fā)射探測與跟蹤、航天器監(jiān)視與跟蹤以及空間環(huán)境監(jiān)測等任務(wù)的探測器，形成面向空間對抗作戰(zhàn)、全譜、近實時的情報、監(jiān)視、偵察、環(huán)境空間態(tài)勢感知能力。

重點增強對微小目標(biāo)和深空目標(biāo)探測能力空間碎片的迅猛增長，給在軌航天器帶來極大安全隱患；小衛(wèi)星特別是皮衛(wèi)星、納衛(wèi)星的釋放越來越多，探測和跟蹤這些小衛(wèi)星對現(xiàn)有系統(tǒng)能力構(gòu)成了極大挑戰(zhàn)。另外，高軌空間區(qū)域，聚集著導(dǎo)航、氣象、通信等眾多戰(zhàn)略性空間系統(tǒng)。對其有效監(jiān)測具有重要的潛在戰(zhàn)略價值。目前，美俄都建立了近地軌道10厘米以上空間目標(biāo)編目，未來將重點增強10厘米以下微小目標(biāo)探測能力，并著力發(fā)展高級的空間目標(biāo)特性分析，對空間目標(biāo)識別進行深入研究，以便從復(fù)雜空間背景中判定和識別出衛(wèi)星和導(dǎo)彈目標(biāo)，為空間攻防提供支撐。此外，為應(yīng)對空間環(huán)境日益擁擠的現(xiàn)狀，美國開展的天基空間態(tài)勢感知和地基“深空觀察雷達(dá)”等項目，都是旨在增強對微小空間目標(biāo)和地球同步軌道目標(biāo)的探測能力。

空間威脅探測與告警技術(shù)是發(fā)展的熱點空間態(tài)勢感知就是要掌握空間有什么、是什么、在干什么，預(yù)測一定時間內(nèi)的狀態(tài)，為決策者和指揮員提供戰(zhàn)場信息支援。這就要求在對空間威脅進行及時、有效探測的基礎(chǔ)上，能做出空間威脅預(yù)警和評估，對可能發(fā)生的碰撞和對己方空間系統(tǒng)構(gòu)成威脅的空間碎片或主動攻擊進行告警，因此空間威脅探測與告警技術(shù)成為發(fā)展的熱點。

總體來看，美軍正在發(fā)展的空間威脅探測與告警手段包括：一是利用空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，判斷可能對空間系統(tǒng)構(gòu)成威脅的目標(biāo)，形成威脅預(yù)報。這需要一系列功能強大的地基和天基監(jiān)視設(shè)備，以便對所有空間目標(biāo)（包括碎片）進行全面監(jiān)視。其特點是威脅預(yù)報時間長，保護對象多，缺點是軟殺傷威脅無法感知預(yù)報。二是利用衛(wèi)星本身裝備的探測設(shè)備，實現(xiàn)對敵方射頻、紅外、激光干擾情況的感知，形成威脅預(yù)報并發(fā)出告警信息。這需要衛(wèi)星系統(tǒng)自身具備對空間目標(biāo)進行監(jiān)控的能力，以探測和識別威脅。其特點是可感知軟殺傷威脅，缺點是威脅預(yù)報時間短，保護對象惟一，衛(wèi)星系統(tǒng)復(fù)雜化。美軍計劃利用“快速響應(yīng)空間”-5衛(wèi)星驗證自感知空間態(tài)勢感知系列傳感器，如能驗證成功，美國未來許多衛(wèi)星都可搭載通用星載空間態(tài)勢感知傳感器。三是綜合利用空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)和衛(wèi)星自身裝備的探測設(shè)備，通過對所有空間目標(biāo)的全面監(jiān)視和識別分類，對敵方射頻、紅外、激光干擾情況的感知，分析判斷可能對空間系統(tǒng)構(gòu)成威脅的目標(biāo)，形成完整的威脅預(yù)報并發(fā)出告警信息。其特點是實現(xiàn)多源信息的融合處理，形成完整的威脅預(yù)報。

美軍能對2萬多個空間目標(biāo)進行跟蹤和編目

國外空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展途徑

加強統(tǒng)一管理加強統(tǒng)一管理是國外提升空間監(jiān)視能力的重要途徑。例如，美國空軍、海軍以及其他非軍事機構(gòu)最初分別建有各自獨立的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)。為提高現(xiàn)有系統(tǒng)的使用效率、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和縮短數(shù)據(jù)分發(fā)時間，美國將空軍、海軍的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并從2004年開始交給空軍統(tǒng)一管理。美國2002年3月成立空間態(tài)勢感知綜合辦公室，由該辦公室站在國家層面研究國家空間態(tài)勢感知需求，建設(shè)國家空間態(tài)勢感知體系，評估空間態(tài)勢感知能力，制訂一體化規(guī)劃和投資戰(zhàn)略，并負(fù)責(zé)空間態(tài)勢感知的系統(tǒng)集成工作。2014年，美國空軍推進“聯(lián)合太空運行中心任務(wù)系統(tǒng)”項目，旨在集成各類信息源，快速探測跟蹤目標(biāo)，實現(xiàn)跨太空監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的有效分發(fā)，最終為航天司令部提供現(xiàn)代化的空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)處理能力。歐洲也在研究將各國現(xiàn)役和在研的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用，以減少對美國空間監(jiān)視網(wǎng)的依賴。

注重能力融合發(fā)展美軍十分注重空間態(tài)勢感知能力的融合式發(fā)展。一是多源數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用。美軍除利用空間監(jiān)視系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)外，還注重傳統(tǒng)情報資源手段的建設(shè)，以獲取他國衛(wèi)星特性、能力、意圖等信息，基于專門的多源數(shù)據(jù)融合流程、算法和系統(tǒng)，以實現(xiàn)空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)大融合。二是空間態(tài)勢感知與導(dǎo)彈預(yù)警能力融合應(yīng)用。導(dǎo)彈預(yù)警與空間態(tài)勢感知有許多共通之處，因此美軍積極利用導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)的能力彌補空間態(tài)勢感知能力的不足。美國戰(zhàn)略司令部司令在2009年戰(zhàn)略空間論壇中強調(diào)，未來導(dǎo)彈預(yù)警傳感器設(shè)計應(yīng)融入空間態(tài)勢感知的任務(wù)需求。三是天基與地基系統(tǒng)融合發(fā)展。天基空間監(jiān)視系統(tǒng)具備不受區(qū)域限制、跟蹤機動靈活、觀測距離遠(yuǎn)、成像質(zhì)量高、戰(zhàn)時生存能力強等優(yōu)點，與地基空間監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)合可以發(fā)揮更強大的效能。

注重國際合作空間范圍龐大、目標(biāo)繁多，當(dāng)前空間內(nèi)存在的物體數(shù)量約為50多萬個；相比之下，美軍僅能夠?qū)ζ渲械?萬多個空間目標(biāo)進行跟蹤和編目。在國防經(jīng)費削減的現(xiàn)實背景下，美軍獨立開展空間態(tài)勢感知任務(wù)難度越來越大。美國希望通過合作的策略進一步拉攏盟友和伙伴，構(gòu)建空間利益集團，壓制、制衡力量發(fā)展，謀求對空間更有力的控制。基于以上原因，近年來，美軍在空間態(tài)勢感知領(lǐng)域的國際合作發(fā)展較快，已與加拿大、日本、澳大利亞等盟國，以及44家公司簽署了空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)共享協(xié)議，簡化對方向美軍申請空間態(tài)勢感知數(shù)據(jù)的流程，作為交換，美國也獲得相應(yīng)的信息共享權(quán)利。例如，韓國將向美國戰(zhàn)略司令部提供衛(wèi)星位置和無線電頻率信息。值得注意的是，美國與日本以空間態(tài)勢感知為突破口，將合作上升到太空安全層面，日本現(xiàn)已開始組建專業(yè)部隊執(zhí)行衛(wèi)星監(jiān)視任務(wù)，所獲數(shù)據(jù)將向美軍提供。

主要國家加快發(fā)展空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，將使空間態(tài)勢對其單向透明，為其掌控其他國家空間活動態(tài)勢、實時評估空間安全威脅、遂行空間對抗、謀求控制空間提供關(guān)鍵支撐。

責(zé)任編輯：劉靖鑫