美國天基紅外系統(tǒng)——國家導彈防御系統(tǒng)的核心

□ 喬 風

GEO-1衛(wèi)星發(fā)射升空

天基紅外系統(tǒng)簡介

美國天基紅外系統(tǒng)（space-based infrared system， 簡寫為SBIRS）是一種未來新式導彈預警和跟蹤系統(tǒng)，它將取代已過時的國防支援計劃（DSP）衛(wèi)星，用于探測全世界的導彈發(fā)射，跟蹤飛行中的敵方導彈，并指引反導武器加以摧毀。早在1991年1月，在當時的美國總統(tǒng)老布什重新審定戰(zhàn)略防御啟動（SDI）計劃后，天基全球防御系統(tǒng)便更名為天基紅外系統(tǒng)，其主要功能是導彈預警。在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，美國使用DSP衛(wèi)星系統(tǒng)進行導彈預警。DSP衛(wèi)星系統(tǒng)是以洲際導彈入侵預警為主要對象，而在這次戰(zhàn)爭中，伊拉克使用的飛毛腿導彈是短程戰(zhàn)術導彈，DSP衛(wèi)星系統(tǒng)預警效果不理想。此后，雖然美空軍進行過多項技術改進，但由于DSP衛(wèi)星位于地球靜止軌道，要使其地面分辨率大幅度提高是不現(xiàn)實的。天基紅外系統(tǒng)計劃是新一代導彈預警衛(wèi)星系統(tǒng)，也是國防支援計劃的換代計劃，采用不同軌道高度的多顆衛(wèi)星組成，預警能力大為提高。

天基紅外系統(tǒng)于1992年8月獲得批準，1995年開始列入財政年度開支，預計執(zhí)行到2008年完成，但目前該計劃的實施進度已經(jīng)大大拖延。天基紅外系統(tǒng)由空間衛(wèi)星系統(tǒng)和地面控制站兩部分組成，空間衛(wèi)星系統(tǒng)由3種軌道高度的衛(wèi)星系統(tǒng)組成，即低軌衛(wèi)星系統(tǒng)（SBIRS—LEO）、高軌衛(wèi)星系統(tǒng)（SBIRS—HEO）和靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)（SBIRS—GEO）。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)由“空間和導彈跟蹤系統(tǒng)”計劃支持，高軌衛(wèi)星系統(tǒng)由“戰(zhàn)區(qū)高空區(qū)域防御”計劃支持。天基系統(tǒng)的工作原理是：借助GEO衛(wèi)星對發(fā)射的導彈進行粗查，由HEO衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星作定點詳查，對導彈進行跟蹤，并測出導彈的彈道軌跡參數(shù)，進行威脅評估，最終摧毀之。為了天基紅外系統(tǒng)的建成，美國還制定了ALERT計劃、CB計劃和JTAGS（聯(lián)合戰(zhàn)術級地面站）計劃。ALERT計劃是為提高GEO衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理速度服務的；CB計劃是為研制高水平紅外探測器而設置的；JTAGS計劃則是一項為天基紅外系統(tǒng)的衛(wèi)星建造移動式地面站而制定的計劃。這樣，美國天基紅外系統(tǒng)發(fā)展計劃中至少包括六個計劃：低軌衛(wèi)星計劃（SBIRS—LEO）、高軌衛(wèi)星計劃（SBIRS—HEO）、靜止軌道衛(wèi)星計劃（SBIRS—GEO）、ALERT計劃、CB計劃和JTAGS計劃，從而成為國家導彈防御系統(tǒng)的核心。

組裝中的GEO衛(wèi)星

SBIRS系統(tǒng)結構圖

天基紅外系統(tǒng)的組成和特點

天基紅外系統(tǒng)將是一個包括多個空間衛(wèi)星系統(tǒng)和地面設施的綜合系統(tǒng)，它由高軌道衛(wèi)星、低軌道衛(wèi)星和地面設施組成。

天基紅外系統(tǒng)的高軌道衛(wèi)星：

高軌道衛(wèi)星包括4顆地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）、2顆大橢圓軌道衛(wèi)星（HEO）。地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）主要用于探測、發(fā)現(xiàn)和跟蹤助推上升段的導彈，衛(wèi)星上帶有凝視型和掃描型兩種紅外探測器。掃描型探測器采用一種小型陣列掃描整個地區(qū)以建立整個地區(qū)的完整圖像，它用于提供快速的全球覆蓋。在凝視型探測器中，一個正方形或長方形焦平面陣列連續(xù)地觀測一個特定的區(qū)域以及紅外輻射的變化。它用于精確的戰(zhàn)區(qū)探測和跟蹤。掃描型探測器對導彈在發(fā)射時所噴出的尾焰進行初始探測，然后將探測信息提供給凝視型探測器，后者進行精確跟蹤。它不僅能夠確定彈道的方位角還能提供導彈進入其彈道時的速度和高度。大橢圓軌道衛(wèi)星（HEO）在與赤道平面成大傾角的軌道上運行，它的遠地點處于北半球上空，可長期觀測北半球的情況，能夠探測從北極區(qū)域的潛艇上發(fā)射的彈道導彈。

天基紅外系統(tǒng)的高軌道衛(wèi)星掃描速度和靈敏度比DSP衛(wèi)星高得多，而且，它能夠穿透大氣層和在導彈剛一點火就能探測到其發(fā)射，因此對短程導彈發(fā)射的探測能力和定位精度比DSP衛(wèi)星強得多，它可在導彈發(fā)射后10~20秒內(nèi)將警報信息傳送給地面部隊，定位精度小于1千米，而DSP衛(wèi)星的精度約3千米。

天基紅外系統(tǒng)的低軌道衛(wèi)星：

天基紅外系統(tǒng)的低軌道衛(wèi)星是該系統(tǒng)的核心部分，是美國“亮眼”系統(tǒng)的后續(xù)計劃，1994財年“亮眼”系統(tǒng)由美國彈道導彈防御局移交給空軍。低軌道衛(wèi)星的任務主要是提供已發(fā)射的導彈彈道中段的精確跟蹤和識別，它將在世界范圍內(nèi)跟蹤從發(fā)射到再入的彈道導彈，并能將引導數(shù)據(jù)提供給導彈攔截彈。低軌道衛(wèi)星將與高軌道衛(wèi)星共同提供全球覆蓋能力。

天基紅外系統(tǒng)的低軌道部分將由約24顆小型、低軌道、大傾角衛(wèi)星組成。飛行在多個軌道面上的低軌道衛(wèi)星將對地工作，以提供立體觀測。每對衛(wèi)星通過60GHz的衛(wèi)星間鏈路進行相互通信。每一顆衛(wèi)星將包括兩種探測器，一種是捕獲探測器，它是一種寬視野掃描短波紅外探測器，用來觀測助推階段的導彈尾焰。一旦搜索探測器鎖定了一個目標，信息將傳送給另一種探測器——跟蹤探測器，后者是一種窄視野、高精度凝視型多色（中波、中長波、長波紅外及可見光）探測器，它能鎖定一個目標并對整個彈道中段和再入階段的目標進行跟蹤。這些探測器將按從地平線以下到地平線以上的順序工作，一旦捕獲和跟蹤目標導彈的尾焰、發(fā)熱彈體以及再入大氣層彈頭，衛(wèi)星上的處理系統(tǒng)將預測出最終的導彈彈道以及彈頭的落點，將數(shù)據(jù)傳輸給地面反導系統(tǒng)，用于攔截來襲的導彈或彈頭。

整個低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)將利用衛(wèi)星內(nèi)部的數(shù)據(jù)鏈連接在一起，這樣，每一個衛(wèi)星都能與系統(tǒng)中的其它衛(wèi)星通信。當一個衛(wèi)星所跟蹤的導彈離開它的視線，它可以將目標的位置告知第二個衛(wèi)星，第二顆衛(wèi)星將繼續(xù)跟蹤目標并將有關引導信息提供給地面防御系統(tǒng)，在必要的情況下，這種傳遞可以在整個天基系統(tǒng)的所有衛(wèi)星中接連進行，直到目標被摧毀或無法再探測到目標。

低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的特點是：

（1）由于軌道低，低軌道衛(wèi)星更接近戰(zhàn)場，具有更高的分辨率。

（2）能精確、及時地測定敵方導彈發(fā)射裝置的所在位置，使得地面部隊能夠在更多的導彈發(fā)射前摧毀其發(fā)射裝置。

（3）能夠為反導攔截彈提供超視距制導，使攔截彈能夠攔截射程在雷達作用范圍之外的導彈，并在遠離友軍和人口中心的地方擊落來襲導彈。這樣就能夠?qū)硪u導彈進行多次攔截，提高攔截的成功率。

（4）能夠精確地引導地面雷達捕獲來襲導彈和彈頭，使地面雷達在敵方導彈進入其作用范圍時才開始工作。這就減少了現(xiàn)代戰(zhàn)場常常使用的武器——反輻射導彈的威脅。

（5）在和平時期，低軌道衛(wèi)星通過搜集導彈的研制、部署、特征和彈道數(shù)據(jù)等信息來監(jiān)控全世界的彈道導彈試驗。此外，它還可用于監(jiān)視空間的物體，幫助避免衛(wèi)星、飛船和空間碎片之間發(fā)生碰撞。

低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的部分參數(shù)如下：

該衛(wèi)星系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星重量要求不超過680千克，發(fā)射使用德爾它火箭，每次可發(fā)射4顆低軌道衛(wèi)星。衛(wèi)星上載有寬視野捕獲探測器（SWIR）和窄視野跟蹤探測器（MWIR、MLWIR、LWIR和可見光部分），分別用于彈道導彈的探測和跟蹤，衛(wèi)星之間的通訊頻率為60Ghz，衛(wèi)星與地面之間為44/20Ghz，衛(wèi)星到衛(wèi)星控制網(wǎng)絡為S波段；衛(wèi)星上裝有容量為40安時的鎳氫電池，并使用功率為1.5千瓦的太陽能電池板充電。衛(wèi)星的整體使用壽命大于10年。

GEO衛(wèi)星效果圖

LEO衛(wèi)星效果圖

與火箭頭錐進行組合的GEO-1衛(wèi)星

地面設施：

地面設施包括：美國本土的任務控制站（M C S）、備用地面控制站（BMCS）、防摧毀控制站（SMCS）；海外中繼地面站（RGS）、一個應急RGS；多任務移動處理系統(tǒng)（M3P）和相關的通信網(wǎng)絡；培訓、發(fā)射和支持性基礎設施。地面設施通過三個階段來完成，第一階段將把DSP和對戰(zhàn)區(qū)的攻擊和發(fā)射早期報告地面站聯(lián)合成一個美國本土任務控制站，并使用DSP的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；第二階段改進第一階段的軟件和硬件，以滿足高軌道衛(wèi)星以及保留的DSP衛(wèi)星的所要求的功能。此外，多任務移動處理系統(tǒng)將取代戰(zhàn)區(qū)內(nèi)陸軍聯(lián)合戰(zhàn)術地面站并滿足天基紅外系統(tǒng)戰(zhàn)略處理的要求。第三階段將為天基紅外系統(tǒng)的低軌道衛(wèi)星提供所需的功能。目前已建成DSP統(tǒng)一地面站，在此基礎上將擴建成MCS地面站，具有接收、處理、控制、通信功能。此外還有外國站，目前有意向國家及地區(qū)的有加拿大、日本、韓國、以色列和西歐等。此外，目前已建成DSP聯(lián)合戰(zhàn)術移動地面站，在此基礎上將升級接收天基紅外系統(tǒng)衛(wèi)星，從而成為天基紅外系統(tǒng)移動地面站。

天基紅外系統(tǒng)的作用和意義

據(jù)新聞界報道，美國當?shù)貢r間2011年5月7日下午2點，首枚天基紅外系統(tǒng)靜地軌道衛(wèi)星（SBIRS-GEO-1）成功發(fā)射升空。發(fā)射任務在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地進行，原計劃在前一天升空，由于天氣原因，發(fā)射被推遲。這顆衛(wèi)星是一顆地球同步衛(wèi)星，配備有高精度掃描和定位傳感器，將提供導彈發(fā)射和整個地球的廣域監(jiān)視，由一枚“宇宙神-5”型運載火箭送入太空。這顆衛(wèi)星將增強美國的導彈預警能力，同時大大提高美國的情報收集能力。

在冷戰(zhàn)時期，美國為了對蘇聯(lián)第一次核打擊的進攻提供預警，建立了一個由監(jiān)視站、雷達站和衛(wèi)星系統(tǒng)組成的巨大監(jiān)視網(wǎng)。其中一個計劃便是國防支援計劃（DSP）。這個衛(wèi)星系統(tǒng)是由地球同步軌道上的紅外衛(wèi)星星座組成，主要任務是探測助推階段的火箭，并向國家最高指揮當局報告。但是冷戰(zhàn)結束后，導彈威脅也發(fā)生了很多新的變化。美國認為，雖然來自俄羅斯，或者說來自中國的洲際彈道導彈攻擊的可能性仍然存在，但是這些已不是主要的威脅，取而代之的是來自所謂“無賴國家”或者恐怖組織的帶有核生化彈頭的戰(zhàn)區(qū)彈道導彈的攻擊。因此，需要改進現(xiàn)有的預警系統(tǒng)。美國的“天基紅外系統(tǒng)”就是為這個而研制的。它將取代現(xiàn)有的國防支援計劃，為美國部隊提供更準確、更及時的彈道導彈預警。

“天基紅外系統(tǒng)”有四大功能：一是導彈預警，它可以為指揮人員提供更及時、更準確的導彈預警信息；二是導彈防御，它可以跟蹤從初始助推階段一直到飛行中段的導彈目標，有關數(shù)據(jù)還可以被傳送到攔截帶；三是技術情報偵察，它可以提供描述導彈特征所需的數(shù)據(jù)以及其它目標數(shù)據(jù)；四是作戰(zhàn)空間特征的描述，它可以幫助指揮人員評估戰(zhàn)斗損傷，并跟蹤紅外輻射強烈的射線，從而增強戰(zhàn)場態(tài)勢感知。“天基紅外系統(tǒng)”將是一個包括多個空間星座和地面設施的綜合系統(tǒng)，它是由高軌道衛(wèi)星、低軌道衛(wèi)星、地面設施三大部分組成的。高軌道部分將為美國最高指揮當局和作戰(zhàn)部門提供全球戰(zhàn)區(qū)的有關戰(zhàn)略和戰(zhàn)區(qū)導彈發(fā)射，以及導彈助推飛行階段和落點區(qū)域的紅外數(shù)據(jù)。

與DSP衛(wèi)星系統(tǒng)相比，天基紅外系統(tǒng)的優(yōu)越性是非常明顯的。它能夠精確地引導地面雷達，捕獲來襲導彈和彈頭，使地面雷達在敵方導彈進入其作用范圍時就開始工作。這樣，在相當程度上減少了來自反輻射導彈的威脅。而且這個系統(tǒng)也是美國整個國家導彈防御系統(tǒng)的一個核心部分。美國要在21世紀建立全球主導地位，保證軍事上的絕對優(yōu)勢。這種絕對優(yōu)勢在相當程度上反映了美國在空間系統(tǒng)的完善。這個系統(tǒng)其實是個大系統(tǒng)。前兩年，美國發(fā)射了X—37B空天飛機，今年年初又發(fā)射了X—47B，從航母起飛、無尾翼的噴氣式無人戰(zhàn)斗機，這次衛(wèi)星發(fā)射也是個標志性的成果。美國在發(fā)展進攻的“矛”的同時，也在打造越來越堅固的“盾”。而導彈防御系統(tǒng)，尤其是發(fā)射天基紅外系統(tǒng)衛(wèi)星，就是打造越來越堅固“盾”的一個核心部件。從這個意義上講，“天基紅外系統(tǒng)”為未來21世紀美國在軍事上保持絕對優(yōu)勢地位，提供了技術支撐。

準備發(fā)射的宇宙神-5火箭