2021年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)展綜述

劉韜（北京空間科技信息研究所）

軍用對地觀測領(lǐng)域進入更新?lián)Q代的關(guān)鍵期，現(xiàn)役系統(tǒng)規(guī)模、能力持續(xù)補強，體系級彈性目標和高超武器載具等高價值目標的指示等作戰(zhàn)應用需求驅(qū)動下一代系統(tǒng)向多星組網(wǎng)、信息快速融合處理和產(chǎn)品快速交付等方向拓展。具體來看，2021年，國外軍用對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，多國補網(wǎng)加強原有系統(tǒng)，商業(yè)對地觀測衛(wèi)星在重訪、分辨率和觀測途徑上實現(xiàn)了較大突破，逐步成為軍方可用的新質(zhì)能力，因此軍方愈加重視利用商業(yè)能力。同時，美國從信息支援向?qū)崙?zhàn)應用轉(zhuǎn)變，以對發(fā)射前時敏目標進行持續(xù)跟蹤、為作戰(zhàn)人員提供火控級目標指示信息為目標，發(fā)展“看護層”和其他戰(zhàn)術(shù)天基信息支援系統(tǒng)。

1概述

2021年，國外軍用對地觀測衛(wèi)星領(lǐng)域共進行5次發(fā)射，集中在美國、俄羅斯和法國，成功將7顆衛(wèi)星送入軌道。發(fā)射數(shù)量與2020年持平（成功發(fā)射7顆）。

2021年國外軍用對地觀測衛(wèi)星發(fā)射活動概覽（僅統(tǒng)計業(yè)務型衛(wèi)星）

2 美國

在大國競爭背景下，2021年美國試圖在所有作戰(zhàn)域通過聯(lián)合全域指揮和控制近乎實時地發(fā)現(xiàn)、跟蹤和打擊目標，在這一需求牽引下，美國充分考慮情報界、國防部和其他政府機構(gòu)的需求，重新制定了商業(yè)光學衛(wèi)星的服務采購合同。同時，重視新興能力的應用，開始將先進的雷達、射頻定位等商業(yè)力量納入國家地理空間情報體系。系統(tǒng)與技術(shù)方面，美國一方面補網(wǎng)發(fā)射傳統(tǒng)大型光學偵察衛(wèi)星系統(tǒng)。另一方面，繼續(xù)推進“七層體系”中“看護層”的建設(shè)，嘗試商業(yè)雷達衛(wèi)星直連“傳輸層”；“看護層”多源數(shù)據(jù)融合軟硬件進入在軌測試階段。

補網(wǎng)發(fā)射1顆KH—12衛(wèi)星

2021年4月26日，美國發(fā)射1顆KH—12衛(wèi)星，發(fā)射代號NROL—82，這是第9顆KH—12衛(wèi)星。KH—12—9衛(wèi)星是美國國家偵察局（NRO）運管的光學成像偵察衛(wèi)星，全色分辨率優(yōu)于0.1m。目前也有少數(shù)外媒將該衛(wèi)星稱為KH—13—2衛(wèi)星，并透露1顆KH—13衛(wèi)星的成本達到40億美元（含發(fā)射成本）。

密集出臺多個政策，促進商業(yè)航天加強國家偵察監(jiān)視能力

2021年8月，NRO提出由政府和商業(yè)公司構(gòu)建、不同軌道的衛(wèi)星組成的“未來架構(gòu)”，以增強彈性、提高能力；10月，該局發(fā)布“戰(zhàn)略商業(yè)增強框架廣泛布局公告”，旨在采購商業(yè)雷達、高光譜圖像和射頻定位等新興對地觀測領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。11月，該局發(fā)布“光學商業(yè)層”（EOCL）招標書（RFP），EOCL是繼“增強視景”合同后的商業(yè)衛(wèi)星服務采購合同。EOCL只限于美國擁有和在美國經(jīng)營的公司。同時，EOCL具有快門控制條款，國家偵察局可在特定時間、特定區(qū)域獲得供應商衛(wèi)星的獨家訪問權(quán)，該條款的執(zhí)行需要國家情報局局長和國防部長批準。此外，美國國家地理空間情報局（NGA）于11月發(fā)布《國家地理空間情報系統(tǒng)——商業(yè)地理空間情報戰(zhàn)略2021—2025》，倡議航天界共同進行商業(yè)地理空間投資，以更多地利用商業(yè)能力。

軍方高度重視商業(yè)微納雷達成像衛(wèi)星星座

隨著商業(yè)微納雷達成像衛(wèi)星星座的快速發(fā)展，美國多個軍事部門都在積極與美國卡佩拉航天公司（Capella Space）、芬蘭冰眼公司（ICEYE）合作，探索微小合成孔徑雷達（SAR）技術(shù)的軍事應用潛力。2021年11月，卡佩拉航天公司宣布將于2022年開始在SAR衛(wèi)星上安裝激光通信終端，與“傳輸層”相連直接通信，實現(xiàn)向國防部用戶快速提供觀測數(shù)據(jù)?？ㄅ謇教旃菊诜e極構(gòu)建初始7星星座，計劃最終建成運行在12個軌道面的36顆衛(wèi)星星座，具備平均1h全球重訪和4h的InSAR重訪能力?？ㄅ謇教旃咀鳛槊绹准页晒Πl(fā)射商業(yè)SAR微衛(wèi)星的公司，目前已獲得美國空軍、海軍、國家偵察局、國家地理空間情報局、太空發(fā)展局（SDA）等授予的合同?！翱ㄅ謇保–apella）衛(wèi)星質(zhì)量小于100kg，每軌成像長達10min，是“冰眼”（ICEYE）衛(wèi)星的5倍。Capella衛(wèi)星最高分辨率0.3m，幅寬5km，可與當前傳統(tǒng)大型SAR衛(wèi)星相媲美。

七層架構(gòu)的“看護層”多源情報融合軟硬件進入初步在軌測試階段

2021年6月30日，軌道閣樓公司（Loft Orbital）研制的名為又一次任務—3（YAM—3）商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射入軌，星上搭載了太空發(fā)展局的“原型在軌驗證試驗臺”（POET）。目的是初步驗證將安裝在七層體系衛(wèi)星上“戰(zhàn)場管理指揮控制與通信”（BMC3）模塊上的“看護層”在軌數(shù)據(jù)融合應用程序，具體包括：①使用YAM—3衛(wèi)星搭載的光學遙感器演示自動目標識別（ATR）算法；②第三方開發(fā)的多源遙感數(shù)據(jù)融合算法的安裝；③CFC—400型星上計算機的驗證；④看護層應用的早期在軌測試；⑤BMC3系統(tǒng)的早期測試。

重視評估國際商業(yè)對地成像衛(wèi)星能力

國家地理空間情報局對世界各國商業(yè)衛(wèi)星對地觀測能力開展了奧運風格的評估，2021年10月在地理空間情報（GEOINT）研討會上公布了結(jié)果。該評估分9大類給表現(xiàn)突出的國家“頒發(fā)”金、銀、銅牌，9大類分別是全色分辨率、光學持續(xù)監(jiān)視能力、短波紅外能力、SAR分辨率、SAR持續(xù)監(jiān)視能力、中波紅外能力、視頻成像能力、多光譜成像和高光譜成像能力。結(jié)果表明，芬蘭冰眼公司的SAR重訪速度居全球第一，美國卡佩拉航天公司的SAR分辨率是全球最高。阿根廷衛(wèi)星邏輯公司（Satellogic）斬獲了多光譜圖像類的金牌。從該事件可看出，國家地理空間情報局非常重視對國際商業(yè)對地成像衛(wèi)星能力進行評估，從中優(yōu)化選擇可利用的商業(yè)衛(wèi)星。其次，國會和相關(guān)管理機構(gòu)將更加關(guān)注商業(yè)對地成像衛(wèi)星的發(fā)展，有望從頂層規(guī)劃方面進行引導，促進國家對商業(yè)能力的充分利用。

NRO持續(xù)采購多家商業(yè)衛(wèi)星運營商圖像

2021年7月，NRO延長并擴大了與行星聯(lián)盟有限公司（Planet Federal）的商業(yè)衛(wèi)星圖像合同。根據(jù)這份合同，美國情報和國防部門將繼續(xù)獲得每日3～5m分辨率的圖像，同時也將有限地獲得該公司的視頻功能。8月，NRO與黑色天空公司（BlackSky）簽訂了合同，以擴大與該公司的業(yè)務。

美國麥克薩技術(shù)公司（Maxar）于8月宣布，NRO將繼續(xù)從該公司采購衛(wèi)星圖像，直至2022年8月。早在2018年，NRO與麥克薩技術(shù)公司簽署了三份為期1年的“增強視景后續(xù)”合同，每份價值約3億美元。目前即將行使的即為第2份合同。

天軍尋求地面動目標指示能力轉(zhuǎn)移至天基，取代JSTARS飛機

2021年5月12日，美國天軍太空作戰(zhàn)部長約翰·雷蒙德（John Raymond）上將表示，美國空軍希望利用小型雷達衛(wèi)星來跟蹤地面動目標，而天軍將有助于實現(xiàn)這一目標，通過小型雷達衛(wèi)星星座，實現(xiàn)地面動目標跟蹤與指示。天軍尋求將地面動目標指示（GMTI）能力從空基轉(zhuǎn)移到天基上，利用GMTI衛(wèi)星取代空軍正在使用的E—8C目標攻擊雷達系統(tǒng)（JSTARS）飛機，向聯(lián)合部隊提供戰(zhàn)術(shù)情報、監(jiān)視與偵察（ISR）圖像，支持空軍、海軍和陸軍加強目標識別、探測和監(jiān)視能力。

陸軍發(fā)射3顆槍煙—J系列衛(wèi)星

槍煙—J（Gunsmoke—J）是美國陸軍發(fā)展的面向戰(zhàn)術(shù)應用的試驗型小衛(wèi)星，分別于2021年2月20日、3月22日、6月30日發(fā)射了Gunsmoke—J—1、2、3衛(wèi)星。該系列衛(wèi)星由美國陸軍太空導彈防御司令部（SMDC）發(fā)展，用于驗證直接支持陸軍作戰(zhàn)行動的先進信息采集能力。衛(wèi)星設(shè)計壽命3～5年，質(zhì)量5kg，由太空導彈防御司令部負責運管，由洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）負責研制。衛(wèi)星由普羅米修斯批次—2（Prometheus Block—2）的1.5U立方體平臺（電源和通信系統(tǒng)）和1.5U的試驗載荷組成。Gunsmoke—J采用新型電子設(shè)備，在要求的響應速度內(nèi)向作戰(zhàn)人員提供戰(zhàn)術(shù)可行目標數(shù)據(jù)，驗證其載荷在多域作戰(zhàn)中提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)和信息的能力。

Gunsmoke—J衛(wèi)星外形圖

NRO罕見公布2顆偵察衛(wèi)星少量信息

2021年10月，NRO在GEOINT年度會議上罕見公開了2顆2020年發(fā)射的偵察衛(wèi)星的發(fā)展和應用情況。這2顆新的偵察衛(wèi)星在不到3年的時間內(nèi)完成了從概念到投入使用，該系統(tǒng)捕捉到了阿富汗疏散和海地救災的圖像。

多途徑推動軍用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星發(fā)展

在軍用環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星方面，2021年，通用原子電磁系統(tǒng)公司（GA—EMS）和美國雷神情報與空間公司（Raytheon Intelligence＆Space）競標天軍的“光學紅外氣象系統(tǒng)”（EWS）衛(wèi)星。同時，美國氣候和太空技術(shù)研究聯(lián)盟（ASTRA）為EWS衛(wèi)星開發(fā)“快速重訪光學云成像儀”（RROCI）。EWS計劃旨在及時滿足軍方對于云表征和戰(zhàn)區(qū)圖像產(chǎn)品的需求，以取代現(xiàn)有老化的“國防氣象衛(wèi)星計劃”（DMSP）。2021年10月1日，美國空軍通過其“空軍資產(chǎn)戰(zhàn)略資金增加”計劃發(fā)布了一份價值1.93億美元的合同，由明日io公司（Tomorrow.io）開發(fā)一個大約由32顆微波氣象衛(wèi)星組成的星座。

3 歐洲

2021年，歐洲僅有法國發(fā)射了軍用對地觀測衛(wèi)星。法國成功發(fā)射首個業(yè)務型電子情報衛(wèi)星系統(tǒng)——“空間電磁情報能力”（CERES）三星星座，取代已超期服役的“電子情報衛(wèi)星”（Elisa）星座，標志著法國電子偵察能力從技術(shù)驗證走向業(yè)務應用階段。CERES項目由法國國防裝備局（DGA）負責統(tǒng)籌管理，由空客防務與航天公司（ADS）和泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）共同研制。CERES星座由3顆衛(wèi)星低軌編隊飛行，設(shè)計壽命8年，衛(wèi)星質(zhì)量446kg，采用時差定位方式，探測和定位地面無線電和雷達信號。

4 俄羅斯

2021年，俄羅斯發(fā)射新型光學成像偵察衛(wèi)星和電子偵察衛(wèi)星，并持續(xù)補網(wǎng)加強原有系統(tǒng)。

發(fā)射小型軍用光學成像偵察衛(wèi)星

2021年9月9日， 宇宙—2551（Cosmos—2551）軍用光學成像偵察衛(wèi)星成功發(fā)射，該衛(wèi)星又名Razbeg—1。俄羅斯官方未透露該衛(wèi)星的信息。俄羅斯太空網(wǎng)披露Razbeg—1源于實驗型小衛(wèi)星（EMKA），基于EMKA衛(wèi)星平臺研制，分辨率0.9m，衛(wèi)星平臺由俄羅斯機電科學研究所（NPP VNIIEM）研制，載荷由白俄羅斯的方位有限責任公司（OAO Peleng）研制。該衛(wèi)星質(zhì)量約150kg（也有報道為250kg），運行在軌道高度319km/347km、傾角96.6°的太陽同步軌道。第一顆EMKA衛(wèi)星（Cosmos—2525）于2018年3月29日發(fā)射，于2021年4月1日再入大氣層。因此，新發(fā)射的Razbeg—1用于接替Cosmos—2525。

加快部署新一代電子偵察衛(wèi)星系統(tǒng)

俄羅斯持續(xù)推進新一代電子偵察衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)。先后于2021年2月和6月發(fā)射了蓮花—S電子偵察衛(wèi)星和首顆Pion—NKS海洋監(jiān)視衛(wèi)星。

俄羅斯正在構(gòu)建由“蓮花”電子偵察衛(wèi)星和Pion—NKS海洋監(jiān)視衛(wèi)星共同組成的新一代“蔓藤”（Liana）系統(tǒng)。Pion—NKS是俄羅斯新一代海洋監(jiān)視衛(wèi)星，配備有源雷達和電子偵察載荷，旨在同時取代已退役的“雷達型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”（RORSAT）和“電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星”（EORSAT），為俄羅斯軍方提供電子情報和目標指示信息。Pion—NKS衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量6500kg，設(shè)計壽命超過3年，采用俄羅斯進步火箭航天中心（TsSKB-Progress）研制的Resurs平臺。衛(wèi)星載有Musson—LS載荷，由矢量科學研究所（NII Vektor）研制的14V228無源載荷和織女星無線電工程股份公司（Vega Radio Engineering Corporation）研制的11V521合成孔徑雷達組成，2個載荷可同時工作，共同探測外軍軍事裝備類型和具體位置信息。

正在開發(fā)多個新的電子偵察衛(wèi)星系統(tǒng)

2021年外媒透露俄羅斯正在開發(fā)多個新的電子偵察衛(wèi)星項目，包括新一代海洋監(jiān)視衛(wèi)星Pion—NKS的民用版本—Fikus衛(wèi)星、Repei高軌電子偵察衛(wèi)星、“蔓藤”后續(xù)系統(tǒng)—Akvarel系統(tǒng)、蓮花—M改進型電子偵察衛(wèi)星等。

Fikus衛(wèi)星將運行在軌道高度500km、傾角81.4°的軌道，質(zhì)量6250kg，設(shè)計壽命7年，帶有合成孔徑雷達，工作波長9.5cm、23.5cm和65cm，普查模式下分辨率100m，詳查模式下分辨率5m。

Repei—V和Repei—S高軌電子偵察衛(wèi)星將分別發(fā)射進入大橢圓軌道和地球靜止軌道，用于探測無線電發(fā)射源。Repei衛(wèi)星為信號情報衛(wèi)星，能夠探測雷達、無線電發(fā)射和火箭發(fā)射等遙測信號。Repei衛(wèi)星攜帶了“用于分析干擾的小型星載復合載荷”（MBKAP）以保護衛(wèi)星免受干擾。2021年，俄羅斯正在對1顆Repei—S和1顆Repei—V衛(wèi)星進行測試。

“水彩”（Akvarel）新衛(wèi)星星座能夠近實時地向艦船和空軍基地發(fā)送數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的一部分還包括分布在俄羅斯聯(lián)邦全境的至少5個數(shù)據(jù)接收和傳輸中心。

5 其他國家

日本、印度及其他國家2021年未發(fā)射軍用對地觀測衛(wèi)星。韓國于2021年提出發(fā)展微小型軍事偵察衛(wèi)星星座。2021年9月，韓國國防采辦計劃管理局（DAPA）宣布將從2022年起研發(fā)一個基于微小型衛(wèi)星的偵察系統(tǒng)，以增強其探測安全威脅的能力，如朝鮮的移動導彈發(fā)射車。該系統(tǒng)將由多個低軌微小衛(wèi)星群組成，能夠快速識別指定探測區(qū)域內(nèi)的異常情況。第一組微型衛(wèi)星計劃在2025年發(fā)射。同時，該系統(tǒng)將用于補充韓國國防發(fā)展局（ADD）正在開發(fā)的較大的軍事偵察衛(wèi)星，這些偵察衛(wèi)星將配備高性能成像雷達和光學載荷，于2022年開始部署。

6 發(fā)展趨勢

偵察監(jiān)視體系向彈性化、多軌道、多類型和軍民商盟多屬性方向發(fā)展

美國新一代偵察監(jiān)視體系主要由兩部分組成，一部分是國家偵察局的傳統(tǒng)大型骨干系統(tǒng)，另一部分是商業(yè)微小衛(wèi)星、軍兵種戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星或載荷等組成的“看護層”。大型骨干系統(tǒng)仍聚集戰(zhàn)略偵察；“看護層”系統(tǒng)聚集戰(zhàn)術(shù)應用，打通遙感器到射手的鏈路，甚至為部隊提供火控數(shù)據(jù)。新體系與原來體系的區(qū)別在于，一是運管機構(gòu)實現(xiàn)擴展，以往以國家偵察局為主，未來偵察監(jiān)視體系中天軍、陸軍等也將擁有偵察衛(wèi)星；二是新體系增加了“看護層”，帶來了彈性化、多樣化、智能化、分布化、互聯(lián)化等新特點。

可軍用的商業(yè)對地觀測衛(wèi)星將持續(xù)快速發(fā)展

受國家偵察局采購政策和國家地理空間情報局商業(yè)地理空間情報戰(zhàn)略等政策帶動，商業(yè)對地觀測衛(wèi)星將持續(xù)快速發(fā)展，同時星座化發(fā)展還將使商業(yè)對地觀測衛(wèi)星數(shù)量大幅提升。隨著快門控制政策的實施，未來美國商業(yè)對地觀測衛(wèi)星戰(zhàn)時被軍方征用的可能性大增。商業(yè)衛(wèi)星安裝星間激光鏈路與傳輸層互聯(lián)后，將使“民參軍”衛(wèi)星更為普遍，可見商業(yè)對地觀測衛(wèi)星與軍事偵察衛(wèi)星的界限更加模糊，美國軍民融合更加深入?？傮w來看，商業(yè)衛(wèi)星已成為軍事和國防的重要支撐，美國正在逐步形成軍商協(xié)同發(fā)展的偵察監(jiān)視體系。

美國國防部將高度重視遙感器直連射手的能力

國防部和各軍種均高度關(guān)注天基遙感器直連射手的能力。在國防部太空發(fā)展局七層體系的發(fā)展思路下，未來越來越多的商業(yè)對地觀測衛(wèi)星將安裝激光通信終端，將數(shù)據(jù)直連七層體系的傳輸層，從而縮短圖像交付作戰(zhàn)者的時間。太空發(fā)展局和國家偵察局正在研究如何更快地將偵察衛(wèi)星圖像傳輸?shù)綄嵤┠繕舜驌舻纳涫治淦髌脚_。美國陸軍未來司令部提出“戰(zhàn)術(shù)空間層”計劃，旨在探索利用低軌衛(wèi)星賦予士兵監(jiān)視、導航和成像能力。在美國陸軍的“匯聚”演習中，演示了商業(yè)對地觀測衛(wèi)星支持作戰(zhàn)，縮短殺傷鏈的能力。

新一代信息技術(shù)將極大提升軍用對地觀測能力

美國通過“黑杰克”（Blackjack）、“商業(yè)增強空間互聯(lián)操作”（CASINO）、“七層體系”等計劃，積極發(fā)展人工智能、云計算等技術(shù)，旨在通過人工智能，實現(xiàn)陸、海、空、天數(shù)據(jù)的融合和處理，將實現(xiàn)敵方目標的自動識別，大大縮短殺傷鏈的時間。這些新技術(shù)在陸軍“匯聚”演習中得到了演示驗證。美國軍方正在Capella和PredaSAR等商業(yè)對地觀測衛(wèi)星上安裝星間激光通信終端，計劃將對地觀測衛(wèi)星與傳輸層通信衛(wèi)星或“黑杰克”衛(wèi)星的激光通信鏈路連接起來，形成一個傳輸偵察數(shù)據(jù)的天基網(wǎng)絡(luò)，解決對地觀測衛(wèi)星與射手之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。