盤點美軍太空信息支援系統(tǒng)

李大光

2018年8月9日，美國副總統(tǒng)彭斯在美國五角大樓宣布了一個計劃，爭取到2020年成立美軍第六大軍種“太空軍”。計劃包括建立太空發(fā)展機構(gòu)、發(fā)展太空作戰(zhàn)部隊、立法支持創(chuàng)建計劃、建立太空司令部等。按照彭斯公布的計劃，特朗普將呼吁美國國會在未來五年撥款80億美元支持太空部隊的建立。雖然特朗普經(jīng)常放煙幕彈，也經(jīng)常恣意行事，但是這次組建天軍構(gòu)想是有實質(zhì)內(nèi)容的。

一、天基信息感知系統(tǒng)

近幾場高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的實踐表明，現(xiàn)代作戰(zhàn)離不開天基信息系統(tǒng)的支持。經(jīng)過幾十年不遺余力的發(fā)展，美國目前已經(jīng)建成了包括信息獲取類航天裝備、信息傳輸類航天裝備、時空基準類航天裝備在內(nèi)的種類齊全且體系較為完善的天基信息系統(tǒng)，為戰(zhàn)略決策、武器裝備系統(tǒng)和作戰(zhàn)部隊提供情報信息、通信廣播、偵察監(jiān)視、導航定位等支持，極大地提高了美軍的作戰(zhàn)能力。

美國天基電子偵察力量是美軍事情報力量體系的重要支撐，在大國戰(zhàn)略博弈尤其是近30年美發(fā)動和主導的局部戰(zhàn)爭或海外軍事行動中發(fā)揮了重要作用。美國建有覆蓋全球、分辨率高，可進行全天時、全天候偵察的衛(wèi)星偵察系統(tǒng)。目前美軍太空力量在成像偵察方面主要有5顆“鎖眼”、3顆“長曲棍球”、3顆“未來成像體系”等多個系列軍用衛(wèi)星，電子偵察方面有3顆“水星”、5顆“先進獵戶座”、4顆“軍號”等衛(wèi)星，海洋監(jiān)視方面有12顆海軍海洋監(jiān)視衛(wèi)星。美國天基電子偵察力量是美軍事情報力量體系的重要支撐，接受國家偵察局和美軍戰(zhàn)略司令部的組織管理，同時接受國家安全局、中央情報局等部門的業(yè)務指導。

美國電子偵察衛(wèi)星已發(fā)展至第五代?，F(xiàn)有三代共43顆在軌服役，形成了遍布地球高中低軌的天基電子偵察裝備體系。從軌道分布看，“大酒瓶”“水星”“顧問”3型13顆同步軌道衛(wèi)星全天時監(jiān)視緯度較低地區(qū)，“號角”1型6顆大橢圓軌道衛(wèi)星重點監(jiān)視北半球高緯度地區(qū)，“雪貂”D、“海洋監(jiān)視系統(tǒng)”、“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”3型24顆中低軌道衛(wèi)星，重點監(jiān)視全球范圍內(nèi)的艦船及電子目標。從載荷能力看，主要偵收防空反導雷達、導彈遙測和微波通信信號。從偵察頻段看，覆蓋100MHz至25GHz范圍內(nèi)的電磁信號。

2013年12月美國五角大樓設(shè)計出一顆巨型間諜衛(wèi)星，名為“薄膜型光學即時成像器”（MOIRE）。它可以一次性捕捉地球40%的地表的圖像，并能夠在任何時間傳輸世界上任何地點的實時高分辨率視頻與圖像，堪稱“間諜衛(wèi)星之王”的MOIRE衛(wèi)星由美國國防高級研究計劃局設(shè)計，所采用的技術(shù)能夠讓太空望遠鏡的性能和精確度翻幾倍，同時降低制造成本。MOIRE衛(wèi)星利用巨型膜，發(fā)射時折疊在一起，進入軌道后展開，展開后的直徑達到68英尺（約合20米），而目前體積最大的地面望遠鏡的口徑大約只是這一尺寸的一半。

2015年10月美國家偵察局（NRO）的NROL-55任務將一組兩顆海洋監(jiān)視衛(wèi)星成功發(fā)射升空入軌。這兩顆衛(wèi)星是美軍“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”（SR-WASS）的第七組衛(wèi)星，主要用于對海洋艦船的探測和監(jiān)視。美國計劃將制造12至24顆新型間諜衛(wèi)星，將是美國現(xiàn)有間諜衛(wèi)星數(shù)量的2至4倍。新一代間諜衛(wèi)星體積更小，造價也更低，目前已經(jīng)開始部署。這項研制新型衛(wèi)星的計劃被命名為“未來圖像建筑工程”，目的是通過衛(wèi)星為美國空軍從事間諜活動的國家偵察局和美國國家安全局之間建立起密切的合作關(guān)系。這兩個機構(gòu)一旦聯(lián)手可以使美國當局搜集情報的能力天下無敵。美國科學家聯(lián)合會認為，這是美國“情報史上耗資最大的計劃”。

SBIRS衛(wèi)星是美空軍下一代導彈預警衛(wèi)星，將替代之前的“國防支援計劃”（DSP）系統(tǒng)，計劃由4顆地球同步軌道衛(wèi)星和兩個大橢圓軌道探測載荷組成。目前美國正穩(wěn)步推進高軌天基紅外導彈預警衛(wèi)星系統(tǒng)（SBIRS）和低軌空間跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)（STSS）建設(shè)，替代DSP導彈預警衛(wèi)星系統(tǒng)，以實現(xiàn)對彈道導彈目標在助推段、自由段和再入段的全程跟蹤和識別，將具有“對全球任何時間、任何地點發(fā)射的彈道導彈進行預警和全程偵察、跟蹤、摧毀”的能力。美空軍第三顆“天基紅外系統(tǒng)”（SBIRS GEO-3）導彈預警衛(wèi)星2017年1月20日搭乘“宇宙神”-5401型運載火箭從卡納維拉爾角成功發(fā)射。GEO-3衛(wèi)星也將成為Block 10地面系統(tǒng)控制下開始運行的首顆衛(wèi)星。Block 10系統(tǒng)在2016年12月2日完成接收，已開始采集來自SBIRS衛(wèi)星和DSP衛(wèi)星的導彈預警數(shù)據(jù)以及指揮與控制數(shù)據(jù)。GEO-4衛(wèi)星計劃于2017年11月9日發(fā)射，此外還將在2021年和2022年分別發(fā)射兩顆額外的衛(wèi)星，即GEO-5和GEO-6衛(wèi)星。

從信息獲取類衛(wèi)星發(fā)展趨勢來看，成像偵察衛(wèi)星將向采用超頻譜成像技術(shù)和天基雷達成像技術(shù)的方向發(fā)展，以提高其探測、分辨?zhèn)窝b和模糊目標的能力，其尺寸一方面向更大的方向發(fā)展，如正在研制的“鎖眼-13”成像偵察衛(wèi)星的重量將達20噸，另一方面向小衛(wèi)星方向發(fā)展，建設(shè)小衛(wèi)星探測網(wǎng)，以實現(xiàn)全球覆蓋，如“21世紀技術(shù)衛(wèi)星”星座由8顆衛(wèi)星組成，組網(wǎng)后雷達的等效孔徑可達500平方米。電子偵察衛(wèi)星將向多功能、長壽命、實時性強、適應范圍廣等方向發(fā)展，采用電子偵察與照相偵察相結(jié)合、被動式偵察與主動式偵察相結(jié)合，進一步提高星上電子偵察設(shè)備的信號處理能力與處理速度，增強其抗干擾、變軌機動和抗摧毀等能力。而導彈預警衛(wèi)星則是繼續(xù)發(fā)展“天基紅外系統(tǒng)”?！疤旎t外系統(tǒng)”將在幾年內(nèi)部署完畢，屆時可在導彈發(fā)射后2O秒內(nèi)將警報信息傳送給地面部隊。

二、天基信息傳輸系統(tǒng)

天基信息傳輸系統(tǒng)，主要是指借助通信衛(wèi)星進行遠距離中繼的信息傳輸系統(tǒng)。軍用通信衛(wèi)星的應用，促使軍事通信進入了全球化、實時化的新時代。通信衛(wèi)星在衛(wèi)星大家族中占有重要位置，到2011年12月31日，世界各國發(fā)射6439個航天器，其中衛(wèi)星（包括空間探測器）為5940顆，而（軍用、民用及商業(yè)應用）通信衛(wèi)星就有1882個，占航天器總數(shù)的29.2%以上和衛(wèi)星總數(shù)的31.7%以上。盡管大多數(shù)通信衛(wèi)星主要被用于國際間或地區(qū)（或國家）內(nèi)部的民用通信和衛(wèi)星電視節(jié)目轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域，但同樣可以用于軍事信息傳輸，完成軍事衛(wèi)星通信任務。

在信息傳輸類航天裝備建設(shè)方面，美國已建成覆蓋地球靜止軌道、大橢圓軌道和中低軌道的包括通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星在內(nèi)的天基信息傳輸系統(tǒng)，能夠全面支持戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)通信、數(shù)據(jù)中繼和移動通信。目前美國在軌的信息傳輸類衛(wèi)星30多顆，包括“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”“軍事星”“特高頻后繼星”“全球廣播系統(tǒng)”“過渡型極軌通信衛(wèi)星”“寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)”以及搭載在“特高頻后繼星”上的“全球廣播系統(tǒng)”等，這些衛(wèi)星是美國現(xiàn)代軍事信息傳輸網(wǎng)絡的重要組成部分。其中被稱為第三代“軍事星”的“先進極高頻”通信衛(wèi)星的設(shè)計壽命為15年，采用相控陣天線技術(shù)，在第二代“軍事星”的基礎(chǔ)上，增加了擴展數(shù)據(jù)率載荷。1顆“先進極高頻”的容量高于目前在軌的整個“軍事星”星座的容量，而且具有很強的抗干擾、防偵聽、防截獲、抗毀傷能力，能夠滿足實時圖像、戰(zhàn)場地圖和跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?zhàn)術(shù)通信需求。

作為美軍第三代軍事通訊衛(wèi)星，“先進極高頻通訊衛(wèi)星”采用星間鏈路（不同在軌衛(wèi)星間的互聯(lián)）技術(shù)、星上處理技術(shù)等，能根據(jù)用戶優(yōu)先級別來提供點對點通信以及網(wǎng)絡服務。該系統(tǒng)有非常強的戰(zhàn)場生存能力，即便在地面控制站被破壞后，整個系統(tǒng)仍能自主工作半年以上?！跋冗M極高頻通訊衛(wèi)星”的質(zhì)量為2500—3000kg，可同時提供50多個信道，每個信道數(shù)據(jù)率8Mb/s，總通信能力375Mb/s（約合45兆每秒），設(shè)計壽命為10年。衛(wèi)星覆蓋范圍為南北緯65度間，總通信能力比現(xiàn)有的“軍事星”大10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率高6倍。高速的傳輸率可以做到實時畫面、戰(zhàn)場地圖和目標數(shù)據(jù)的傳輸。“天基太空監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星”，搭載一臺重達227公斤的先進數(shù)字照相機，鏡頭可迅速旋轉(zhuǎn)，能及時定位并拍攝重要太空物體的圖像。主要目的是預警和防范對美國衛(wèi)星的破壞活動，從而增強美軍對其太空資產(chǎn)的保護能力。2015年1月和9月美國相繼發(fā)射“移動用戶目標系統(tǒng)”（MUOS）第3顆和第4顆星并完成MUOS初始星座構(gòu)建，同年7月第7顆“寬帶全球衛(wèi)星通信”衛(wèi)星（WGS-7）順利發(fā)射并傳回首批信號，也是7月已入軌的3顆“先進極高頻”（AEHF）通信衛(wèi)星開始初始運行，至此美國寬帶、窄帶和受保護等新一代軍事通信衛(wèi)星系統(tǒng)全部完成了初始星座構(gòu)建并逐漸取代上一代系統(tǒng)。

2017年3月27日，美國導彈防御局（MDA）發(fā)布“用于跟蹤高超聲速滑翔飛行器的天基微型傳感器實驗”信息征詢。MDA計劃利用兩顆基于模塊化設(shè)計、開放式系統(tǒng)架構(gòu)和通用用戶界面的50千克級低軌衛(wèi)星，驗證傳感器、光學設(shè)計、通信和指向精度等。該衛(wèi)星的主要指標包括：單星總質(zhì)量不超過50千克，設(shè)計壽命目標為5年，至少為兩年，軌道高度不大于1000千米，可接近實時地向地面系統(tǒng)提供跟蹤數(shù)據(jù)，精度能夠滿足彈道導彈防御系統(tǒng)（BMDS）作戰(zhàn)需求，衛(wèi)星能夠安裝于通用多衛(wèi)星適配器上，以分攤發(fā)射成本。

從通信衛(wèi)星未來發(fā)展來看，針對在軌的通信衛(wèi)星存在通信帶寬有限、中繼轉(zhuǎn)發(fā)易受干擾、信號捕獲時間長、信號功率小等問題，將采用射頻和激光通信、極高頻抗干擾技術(shù)、星上基帶處理技術(shù)，逐步實現(xiàn)開放體系、接口標準化、戰(zhàn)術(shù)終端輕小型化，同時發(fā)射新型通信衛(wèi)星。計劃采辦4顆通信容量430比特/秒、最大用戶傳輸數(shù)據(jù)率8.2兆比特/秒的“先進極高頻”通信衛(wèi)星取代“軍事星”系統(tǒng)；計劃采辦6顆通信容量為2.1—3.6吉比特/秒、工作在x波段和Ka波段的“寬帶全球衛(wèi)星通信”系統(tǒng)取代“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”；發(fā)射6顆“移動用戶目標系統(tǒng)”衛(wèi)星系統(tǒng)取代“特高頻后繼星”，為美軍提供強大的全球戰(zhàn)術(shù)窄帶衛(wèi)星通信業(yè)務，為地面人員提供類似移動電話式服務。

三、衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)

在時空基準類航天裝備建設(shè)方面，美國主要發(fā)展全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System.GYS）。該系統(tǒng)可以為全球陸海空天用戶提供全天候、全天時、連續(xù)實時的空間和時間基準，是作戰(zhàn)指揮控制、兵力機動、火力打擊特別是精確打擊的關(guān)鍵支撐，已經(jīng)成為美軍支援和保障軍事行動不可或缺的手段。美國軍方用的GPS精度1米左右，提供給民用和北約的為10米左右。目前在軌服役的是GPSⅡ系列衛(wèi)星，包括GPSⅡA、GPSⅡR、GPSⅡR-M、GPSⅡF等。與此前的GPS衛(wèi)星相比，GPSⅡF衛(wèi)星的硬件更先進，增大了信號功率并實現(xiàn)了導航信號功率可調(diào)的目標，其導航定位精度更高，抗干擾能力更強。GPS目前有包括備份星在內(nèi)的31顆衛(wèi)星在軌運行通信衛(wèi)星系統(tǒng)，是目前在軌數(shù)量最多、使用范圍最廣泛的衛(wèi)星系統(tǒng)。

針對目前存在的易受敵方干擾、易受遮蔽影響、控制中心生存能力有限等問題，將采用抗干擾信號處理技術(shù)、自適應調(diào)零天線技術(shù)、組合導航技術(shù)、衛(wèi)星自主生存技術(shù)等。為了提高導航戰(zhàn)能力，確保先進性，增強國際市場競爭力，美國除了在未來繼續(xù)發(fā)射10顆GPSⅡF衛(wèi)星外，正在研發(fā)能為美軍提供更多信號以提高精度和關(guān)鍵的抗干擾能力的新一代導航衛(wèi)星GPSⅢ。2016年2月美國發(fā)射第12顆GPS-ⅡF衛(wèi)星，實現(xiàn)全部GPS-ⅡF衛(wèi)星部署，GPS現(xiàn)代化改進計劃完成第二階段任務。5月，美空軍分別授予波音、洛馬和諾格公司生產(chǎn)就緒度可行性評估合同，演示驗證建造下一批GPS-Ⅲ衛(wèi)星的能力。美空軍此次提出要采用彈性設(shè)計建造未來GPS-Ⅲ衛(wèi)星，設(shè)計要求包括在軌重編程、在軌升級以及可增加新信號或新任務的能力。

近年來美國積極推動軍用衛(wèi)星系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展，使部署在不同軌道、執(zhí)行不同任務的航天器及其相應的地面系統(tǒng)聯(lián)接起來，并與陸、海、空中的相關(guān)系統(tǒng)，組成一體化的指揮、控制、通信計算機、情報、監(jiān)視與偵察體系，實現(xiàn)信息的快速獲取、融合和分發(fā)。根據(jù)設(shè)想，美空軍2025年將通過星間通信、星上數(shù)據(jù)處理和信息融合，建立功能完善、攻防兼?zhèn)涞摹疤站W(wǎng)”。此外，美空軍還在研發(fā)可快速將衛(wèi)星發(fā)射入軌的小型衛(wèi)星發(fā)射器，在未來空間沖突中可以快速更換受損的關(guān)鍵衛(wèi)星。

四、太空感知和攻防武器裝備軟件系統(tǒng)

據(jù)洛克希德·馬丁公司網(wǎng)站2017年4月4日報道稱越來越多的衛(wèi)星系統(tǒng)所有者和運營商需要新的能力，以保護他們的太空資產(chǎn)和任務。洛克希德·馬丁公司為滿足這一需求，推出了一款為軍、民、商和國際客戶提供傳感器數(shù)據(jù)處理、太空感知、指揮控制以及太空作戰(zhàn)管理能力的系統(tǒng)——iSpace（智能太空）。iSpace系統(tǒng)軟件可分派、處理和關(guān)聯(lián)來自全球政府、商業(yè)界和學界傳感器及指揮中心的數(shù)據(jù)。從光學、雷達，紅外和無線電傳感器獲取信息后，iSpace系統(tǒng)會自動向用戶提供相關(guān)的實時信息，并給出最佳的行動路徑。iSpace系統(tǒng)先進的分析和融合功能使其可以主動管理各類太空事件，如碰撞、機動、解體、發(fā)射和共軌威脅。iSpace系統(tǒng)架構(gòu)以網(wǎng)絡為中心，具有開放性和可擴展性，能為用戶配置可快速集成到各種環(huán)境中的直觀顯示器，進行建模、仿真、實驗或操作使用。在iSpace系統(tǒng)的開發(fā)過程中，洛克希德·馬丁公司充分借鑒了美國政府多個項目（如“太空籬笆”、戰(zhàn)區(qū)管理核心系統(tǒng)、指揮控制戰(zhàn)斗管理和通信等）積累的在太空、空中、海上和導彈防御方面的經(jīng)驗。

2017年4月26日美國空軍物資指揮部已授予了雷聲公司初始價值高達3.75億美元的合同，以在六年內(nèi)維持和實現(xiàn)航空航天作戰(zhàn)中心武器系統(tǒng)（AOC WS）的現(xiàn)代化。根據(jù)合同，雷聲公司將更新現(xiàn)有的AOC WS基準軟件，并開發(fā)和部署新的軟件升級，以改善航空航天的指揮和控制作戰(zhàn)。航空航天作戰(zhàn)中心為美國空軍提供戰(zhàn)略能力，擁有全球22個地區(qū)的操作員，使用AOC WS通過所有空軍指揮和控制飛行器的關(guān)鍵任務。

定期舉行軍事演習是美軍能力建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這在太空防御或作戰(zhàn)能力方面的建設(shè)也不例外。2017年4月17日至21日美國空軍舉行首次“太空旗幟”演習。隨著本系列演習的逐步成熟，軍事行動場景、威脅、環(huán)境以及武器系統(tǒng)的建模仿真將更加真實。美軍方認為美軍需要一種太空測試與訓練環(huán)境，真實的或模擬的，統(tǒng)一指揮太空和網(wǎng)絡系統(tǒng)，提供全球作戰(zhàn)效果。美軍需要在戰(zhàn)役級、戰(zhàn)術(shù)級實施作戰(zhàn)管理和指揮控制的新系統(tǒng)，而“太空旗幟”將為全面描述未來系統(tǒng)必須提供的能力指出方向。

2020年前，美國在天基偵察監(jiān)視能力、通信保障能力、導航定位能力等方面將有較大提升，具備較為完善的太空信息支援能力。在天基偵察監(jiān)視能力方面，將部署精度更高的光學成像和雷達成像衛(wèi)星，探測識別地面小目標、機動目標的能力進一步增強?！疤旎t外系統(tǒng)一高軌道”7顆衛(wèi)星部署完畢，太空跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)部署10余顆衛(wèi)星，“太空籬笆”系統(tǒng)進一步完善并全面形成能力。同時，將部署由20—30顆雷達跟蹤衛(wèi)星組成的衛(wèi)星集群，具備穿透偽裝層、高靈敏度、連續(xù)不間斷實施偵察的能力。在天基通信保障能力方面，將建設(shè)和使用基于激光通信系統(tǒng)的太空信息網(wǎng)絡，“寬帶全球通信衛(wèi)星系統(tǒng)”和“移動用戶目標系統(tǒng)”通信衛(wèi)星升級完善，天基通信保障能力進一步提升。在天基導航定位能力方面，第三代GPS完成16顆衛(wèi)星的在軌部署，系統(tǒng)定位、定時精度分別接近0.3米和1納秒，抗干擾能力較第二代GPS成倍提升。

（作者單位：國防大學聯(lián)合勤務學院）