法國構(gòu)建完善衛(wèi)星偵察體系

文/ 龐之浩

2020 年12 月29 日，法國第二顆新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“光學(xué)空間組件-2”，在法屬圭亞那由俄羅斯聯(lián)盟號ST-A 運載火箭送入480 千米高的太陽同步軌道，開始了為期10 年的全球偵察任務(wù)。

法國很重視光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，目前已經(jīng)發(fā)展了好幾代，對提高歐洲軍事航天實力作出了重要貢獻(xiàn)。

“太陽神”系列

軍事航天系統(tǒng)，無法在地球上跨度較大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行有效的作戰(zhàn)指揮。

在1999 年爆發(fā)的科索沃戰(zhàn)爭中，歐洲部隊主要依靠美國偵察衛(wèi)星提供的情報實施作戰(zhàn)。隨后，為擺脫這一被動局面，歐洲加快了建設(shè)自己的軍事偵察衛(wèi)星系統(tǒng)步伐。

與美蘇通過發(fā)展軍用衛(wèi)星再帶動民用衛(wèi)星的發(fā)展途徑不同，法國的“太陽神”是利用其斯波特-4 民用遙感衛(wèi)星平臺研制而成的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星。法國與西班牙和意大利合作，用了10年時間研制的首顆第1 代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“太陽神-1A”于1995 年7月7 日發(fā)射，衛(wèi)星重2.5 噸，運行在高680 千米、傾角98 度的太陽同步軌道，重訪周期48 小時，分辨率1 米，設(shè)計壽命5 年，星上裝有2 臺磁帶記錄儀。

▲ “太陽神-1B”在軌示意圖

1999 年12 月3 日，“太陽神-1B”順利升空，并在發(fā)射后第2 天就傳回了首批圖像?！疤柹?1B”的結(jié)構(gòu)與“太陽神-1A”基本相同，只是增加了靜態(tài)大容量固態(tài)存儲器，以彌補“太陽神-1A”上2 臺磁帶記錄儀的不足。這種大容量存儲器允許衛(wèi)星在飛經(jīng)地面站時按照地面控制人員所選擇的任意順序下載衛(wèi)星圖像，而磁帶記錄儀只能以衛(wèi)星拍攝順序下載圖像。這兩顆衛(wèi)星在軌道上協(xié)同工作，將重訪周期由48 小時縮短為24 小時。

在科索沃沖突中，第1 代“太陽神”首次作為一種實戰(zhàn)工具，能每天至少送回一次有價值的圖像數(shù)據(jù)，被成功地用于空襲計劃制定和轟炸效果分析等。這在很大程度上應(yīng)歸功于1998 年投入使用的一種既可空運亦可陸運的戰(zhàn)術(shù)性移動式衛(wèi)星圖像接收站，它使得戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的野戰(zhàn)指揮官坐在如同小型公共汽車大小的活動機房內(nèi)就能在“太陽神”過頂時直接接收到衛(wèi)星圖像。此外，一些前方的空軍基地和福煦號航空母艦上也具備獨立的圖像接收能力。

由于僅裝有可見光遙感器，所以第1 代“太陽神”無法穿透黑夜和濃云，為此，歐洲又研制了第2 代“太陽神”。2004 年12 月18 日，首顆第2 代“太陽神”光學(xué)成像偵察衛(wèi)星——“太陽神-2A”由阿里安-5 火箭發(fā)射升空，衛(wèi)星采用更先進(jìn)的斯波特-5 衛(wèi)星平臺，重4.2 噸，功耗3 千瓦，每天繞地球14 圈，可拍攝100 幅圖片，用X 和S 頻段傳輸圖像數(shù)據(jù)，分辨率提高到0.5 米，設(shè)計壽命5 年。

▲ 2020 年12 月29 日，“光學(xué)空間組件-2”發(fā)射升空

“太陽神-2A”攜帶1 臺分辨率達(dá)0.5 米的全色CCD 相機、1 臺高分辨率紅外相機和1 臺中分辨率寬視場全色CCD 相機，還裝有固態(tài)數(shù)據(jù)記錄儀和用以改進(jìn)數(shù)據(jù)處理、提高存取速度及增強與其他成像系統(tǒng)相互工作能力的相關(guān)硬件。由于增加了紅外相機，使衛(wèi)星具備晝夜偵察、偽裝識別、導(dǎo)彈發(fā)射監(jiān)視和核爆炸探測的能力，同時它也支持目標(biāo)定位、制導(dǎo)、任務(wù)計劃和戰(zhàn)斗損傷評估。另外，“太陽神-2A”在姿態(tài)控制系統(tǒng)方面有較大改進(jìn)，姿態(tài)控制精度大幅提高，并具備姿態(tài)機動成像能力。

2009 年12 日18 日，“太陽神-2B”發(fā)射升空，進(jìn)入高681 千米的太陽同步軌道，進(jìn)一步加強了空中監(jiān)測能力，可每日監(jiān)視全球狀況。

▲ 技術(shù)人員對“太陽神-2A”進(jìn)行檢測

▲ “太陽神-2B”在軌示意圖

新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星

2018 年12 月19 日，“光學(xué)空間組件-1”衛(wèi)星升空，標(biāo)志著法國新一代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星開始部署。衛(wèi)星運行在高800 千米的軌道，分辨率達(dá)到0.35 米，旨在提供較寬覆蓋和戰(zhàn)區(qū)快速重訪能力，滿足法國和歐洲的國防情報需求。

此次發(fā)射的“光學(xué)空間組件-2”衛(wèi)星運行在較低的480 千米軌道，分辨率高達(dá)0.2 米，可以多種觀察模式提供可見光和紅外圖像，適于進(jìn)行目標(biāo)識別和輔助分析決策。

計劃于2022 年發(fā)射的“光學(xué)空間組件-3”擬部署在800 千米軌道上，著重提高重訪能力。

“光學(xué)空間組件”由空客防務(wù)、航天公司和泰雷茲·阿萊尼亞空間公司承造，空客防務(wù)是衛(wèi)星總承包商，提供“天體衛(wèi)星-1000”平臺和航電設(shè)備，并負(fù)責(zé)總裝測試和交付，泰雷茲·阿萊尼亞空間公司提供高分辨率光學(xué)儀器。此外，由法國航天局設(shè)計衛(wèi)星系統(tǒng)架構(gòu)，負(fù)責(zé)監(jiān)管衛(wèi)星空間段和地面段，及衛(wèi)星定位、在軌檢查和操作。法國國防采辦局負(fù)責(zé)監(jiān)督用戶地面段的建設(shè)和維護(hù)，提供衛(wèi)星和用戶間的接口。

▲ 整流罩內(nèi)的“光學(xué)空間組件-1”

▲ 組裝完畢的“宇宙-地中?！崩走_(dá)成像衛(wèi)星

3 顆“光學(xué)空間組件”的設(shè)計基本相似，發(fā)射質(zhì)量都是3.5 噸，具備可見光和紅外波段的高清成像能力，設(shè)計壽命10 年。

“光學(xué)空間組件”有較強的自主軌道控制能力，可精確保持軌道位置，同時還具有靈活的指向功能，允許快速轉(zhuǎn)向，可為三維立體監(jiān)視產(chǎn)品提供不同視角的視圖。

▲ 兩顆“光學(xué)空間組件”在軌示意圖

法國國家空間研究中心從法國圖盧茲的一個中心對“光學(xué)空間組件”進(jìn)行控制，法國軍方在法國克里爾的一個空軍基地接收衛(wèi)星圖像。此外，由于對地面站進(jìn)行了優(yōu)化，“光學(xué)空間組件”圖像下傳時間從“太陽神-2”的6 小時提高到90 分鐘。

“光學(xué)空間組件”也是歐洲聯(lián)合發(fā)展的“多國天基成像系統(tǒng)”中的重要組成部分。2006 年12 月，法國、德國、意大利、比利時、西班牙開展了“多國天基成像系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)和可行性研究，并在2009 年歐洲防務(wù)局指導(dǎo)委員會上正式通過了這一項目。該項目旨在推進(jìn)歐洲一體化軍用對地觀測衛(wèi)星體系建設(shè)，滿足各國在安全防務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

“多國天基成像系統(tǒng)”主要由法國、意大利和德國聯(lián)合打造，法國負(fù)責(zé)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星，德國和意大利主要發(fā)展雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，并通過多國間的共享協(xié)議來換取各自不具備的情報數(shù)據(jù)。

逐步完善衛(wèi)星偵察體系

2001 年，法國和意大利決定聯(lián)合研制一個價值10 億美元的軍民兩用成像衛(wèi)星系統(tǒng)——“光學(xué)和雷達(dá)聯(lián)合地球觀測系統(tǒng)”，包括2 顆法國的“昴宿星”高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星和4 顆意大利的“宇宙-地中海”高分辨率雷達(dá)成像衛(wèi)星，衛(wèi)星的圖像產(chǎn)品由兩國共享。

▲ “昴宿星”星座

2011 年12 月17 日、2012 年12月1 日，法國昴宿星-1A、1B 軍民兩用光學(xué)成像衛(wèi)星先后上天，每顆衛(wèi)星重約970 千克，分辨率0.7 米，兩星以180 度相位等間隔運行在高694 千米、傾角98.2 度的太陽同步軌道，軌道重復(fù)周期26 天，設(shè)計壽命5 年。主要為歐洲軍方和國際商用客戶提供服務(wù)，軍事應(yīng)用由法國國防部負(fù)責(zé)，民用和商業(yè)應(yīng)用由斯波特圖像公司負(fù)責(zé)，與“斯波特”系列衛(wèi)星相互補充。

在升級換代低軌光學(xué)衛(wèi)星的同時，法國也在推進(jìn)建設(shè)由低軌、橢圓軌道和地球靜止軌道構(gòu)成的光學(xué)成像偵察衛(wèi)星體系。其中，低軌光學(xué)成像衛(wèi)星主要由“光學(xué)空間組件”星座和新一代“昴宿星”星座組成。后者為四星組網(wǎng)體制，由空客公司研制，每顆衛(wèi)星每天可拍攝50萬平方千米的影像數(shù)據(jù)，分辨率達(dá)0.3米。星座采用先進(jìn)的激光通信技術(shù)，可直接連接“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”。該系統(tǒng)又名“太空數(shù)據(jù)高速公路”，通信帶寬達(dá)每秒1.8 吉比特，可實現(xiàn)每天40太字節(jié)的準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)傳輸，確保該星座具有最快反應(yīng)速率、最低響應(yīng)延遲和高容量數(shù)據(jù)傳輸能力。與現(xiàn)有“昴宿星”星座相比，該星座每天的重訪次數(shù)是其2 倍，重新規(guī)劃任務(wù)的速度是其6 倍。

法國橢圓軌道光學(xué)成像衛(wèi)星項目是HRT 衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星的突出特點是在軌道高度6353 千米的遠(yuǎn)地點實現(xiàn)1米空間分辨率和50 千米幅寬的高分辨率觀測能力，持續(xù)觀測時間達(dá)到45 分鐘。橢圓軌道衛(wèi)星的優(yōu)勢是在遠(yuǎn)地點弧段駐留目標(biāo)上空的時間較長，可在近一半的軌道范圍內(nèi)觀測感興趣的地區(qū)。

法國還將發(fā)展地球靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星，但技術(shù)難度高、體積大、質(zhì)量大，且成本高昂?？湛凸咎岢隽遂o止軌道空間監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星的應(yīng)用前景，并初步具備研制能力。該衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量8.84 噸，分辨率3 米，幅寬100 千米，能夠持續(xù)覆蓋南北緯50°范圍內(nèi)的區(qū)域，具有移動目標(biāo)監(jiān)視能力，設(shè)計壽命達(dá)15 年。

總之，太空力量正在現(xiàn)代軍事中發(fā)揮著越來越重要的作用，逐漸成為維護(hù)國家安全和建立軍事優(yōu)勢的重要領(lǐng)域。由于法國具有較強的航天能力，同時作為一個有長期獨立自主傳統(tǒng)的歐洲大國，十分希望加強自身在太空的戰(zhàn)略地位和軍事能力，而構(gòu)建完善衛(wèi)星偵察體系就是其中的重要一環(huán)?！?/p>