大国太空对抗时代的空间安全管理

地基监视雷达主要包括地基L波段空间目标监视和Ku波段成像雷达。用于对空间目标探测跟踪和精密定轨，对直径大于5公分的空间目标进行监视和编目管理，对航天发射活动及导弹试验进行侦察监视，兼顾弹道导弹预警、空间目标指示和打击效果评估。⑴L波段多功能相控阵雷达天线的波束形状、驻留时间、信号带宽和脉冲宽度可以选择控制，具有独特的波束捷变特性，具备多目标截获跟踪、自适应和多功能等优点，能够完成空间目标探测跟踪、测轨、编目、预报和识别等多种任务。特别是有源相控阵雷达，具有空间合成功率大、收发损耗小、作用距离远、功率控制管理灵活、波形和扫描变化容易控制、可靠性高等特点，可满足空间目标侦察监视的特殊要求。比如，AN/FPS-85相控阵雷达，它是美国空间司令部专门设计用于空间目标监视的大型相控阵雷达，部署于美国南部佛罗里达州埃格林空军基地，可完成空间目标的探测、跟踪、识别和编目，同时兼顾潜射导弹预警任务，在美国空间发展计划中发挥了极其重要作用。⑵Ku波段（12－18GHZ）单脉冲精密跟踪成像雷达，具有作用距离远、测量精度高和成像能力强等优点，主要用于对低轨微小目标和中高轨目标进行探测跟踪和精确测量，并对重要目标进行成像，提高对空间目标的精密定轨和成像识别能力。Ku波段单脉冲精密跟踪成像雷达能够探测发现5厘米以上低轨空间目标，获取重要目标的图像，图像分辨力为10-20厘米，能够识别卫星性质和运行状态。美国是目前该领域技术水平最高的国家，主要有ALCOR、LRIR、MMW及HAX等多部Ku波段雷达用于空间目标成像。其中远程雷达作用距离达36000千米地球同步轨道，分辨力为0.12米。HAW的中心频率为16GHz，带宽2GHz，距离分辨力优于0.12米。目前，空间目标监视雷达正在选用更高的工作频段。采用微波波段高端，如X波段、毫米波段等，可以使雷达获得更高的分辨力和测量精度，增强对小尺寸目标的雷达反射截面积。美国1996年研制的战区高空区域防御系统（THADD）中的地基雷达（GBR）和夸加林岛的Ka和W波段雷达，前者作用距离达到4000千米，主要用于导弹预警拦截作战，后者对典型目标的作用距离可达600千米，主要用于空间目标监视、编目和识别。

光电观测系统主要包括地基大口径光电望远镜、自适应成像光电望远镜和深空光电望远镜，海基60公分光电望远镜，天基5～40公分光电望远镜。用于对中高轨道上的导弹预警、电子侦察、军事通信、数据中继等军用卫星及低轨暗弱目标进行光亮度特征采集，对全球范围的同步卫星进行观测，对卫星周围半径500千米内中轨和低轨目标进行成像观测。⑴大口经光学望远镜主要用于对高轨道空间目标及低轨微小暗弱目标的监测，并具备较强的深空目标甚至是星际轨道目标观测能力，对高轨卫星及空间碎片的监测具有重要意义。1.8米口径的光电望远镜可以观测到亮度强于20星等的空间目标，4米口径的光电望远镜可以观测到亮度强于24星等的空间目标。大口径光电望远镜的测角精度可达1角秒，对同步轨道的定位精度优于200米，对600千米高度低轨目标定位精度为5-10米；⑵自适应成像光电望远镜主要用于对重要空间目标进行光学成像，获取目标高分辨率图像，判明有效载荷，判别目标类型，判定目标属性和工作状态，及时掌握空间目标活动态势。由于受到大气湍流的影响，地基的普通光电望远镜无法对空间目标进行清晰成像。自适应成像光电望远镜能够通过自动校正消除大气扰动的影响，获取空间目标较为清晰的图像。2米口径的自适应成像光电望远镜能对亮于10星等的空间目标进行成像，分辨力为优于0.2角秒（等效为观测距离500千米时，分辨力为0.5米；观测距离1000千米时，分辨力为1米）。可对光学照相侦察卫星、雷达成像侦察卫星、部分遥感卫星、航天飞机、空间站等低轨重要空间目标进行成像。⑶深空光电监视系统用以监测深空目标，弥补空间监视雷达和卫星的不足。美国地基光电深空监视系统于1974年开始研制，1982年完成第一套设备研制，到1997年在全球先后部署5个工作站，分别位于新墨西哥州的白沙导弹靶场，印度洋迪戈加西亚岛、夏威夷的毛西岛、西班牙Moron航空基地和韩国大邱，后因天气条件差而关闭了韩国大邱站。地基光电深空探测系统每个站配置3台大视场望远镜（2台主望远镜、1台辅助望远镜）、高灵敏度微光电视摄像机、电子视频图像放大器、带有信号处理器的辐射计、数字计算机和控制台等。主望远镜口径1.6米、焦距218厘米，视场角2.1度，用于对高轨空间目标的搜索，并具有对夜空进行每小时2400平方千米的监视能力。辅助望远镜口径38厘米，焦距76厘米，视场6度主要用于低高度、大范围地对快速运动目标的搜索，具有每小时搜索15000平方千米的能力，它采用微光摄像技术，对空间物体反射光有良好的响应，白天可以观测8星等的空间目标，晚上可以观测16.5星等的空间目标。每台望远镜还有一台辐射计，用以获取空间目标的光学特征信息。自2002年起，美国国防高级研究计划局启动“空间监视望远镜”（SST）计划，首次采用曲面电耦合器件（CCD）焦平面阵列，主镜孔径达3.5米，部署在新墨西哥州白沙导弹靶场，可为美军提供探测、跟踪、分辨深空、微小、模糊目标的能力。据称，地基光电深空监视系统可监视跟踪深空轨道高度5500-37000千米之间、亮度为16-18星等的空间目标，提供了全球上空几乎全空域的覆盖，并承担了65%以上深空目标跟踪与识别任务。

天基空间目标监视系统主要搭载光学、雷达成像跟踪或电子侦察设备，用以对在空间飞行或通过空间的飞行物包括卫星、洲际导弹、空间站、航天器，以及空间失效载荷和空间碎片等进行侦察监视和跟踪识别。与地基空间目标监视系统相比，天基空间目标监视系统由于距空间目标更近，因而能够更准确、更及时地获取目标信息，弥补地基空间目标监视系统的不足。其中，低轨空间目标侦察监视卫星用于对全球同步卫星的侦察监视和部分低轨重要目标的观测和近距离成像，获取有效载荷和工作状态等情报。通常采用高度为600-1000千米的太阳同步轨道，星上载有可见光探测器、成像相机和无线电侦察设备，能对15-16星等的同步轨道目标进行观测，也能与其运行位置相距500千米内的低轨目标进行观测和近距离交会成像，利用所获图像中目标与恒星的相对位置进行定位，进而计算出轨道参数，并将星上所获图像和无线电信号等数据传到地面进行处理。近年来，美国致力于发展天基空间目标监视系统（SBSS）。该计划分为两个阶段：第一个阶段称为Block10,目标是研制和部署一颗“探路者”卫星，替代“中段空间试验”（MSX）卫星上的“天基可见光”（SBV）遥感器（跟踪导弹和空间目标，该遥感器工作波长为110nm-28µm,覆盖范围从紫外到超长波红外谱段，还装有CCD可见光遥感器，该卫星发射于1996年，2008年失效），提供过渡性的天基空间目标监视手段；第二阶段称为Block20，利用第一阶段经验和技术指导，采用更为先进的技术，部署由4颗卫星组成的卫星星座。2010年9月，美发射天基空间监视系统（SBSS）首颗卫星“探路者”，2011年5月完成在轨测试并交付美军使用。该星运行在630千米高度的太阳同步轨道，有效载荷为大孔径、宽视场可见光遥感器，超低噪声有效载荷电子设备，配有高度灵活的两轴万向节，在轨可编程处理器，负责控制有效载荷的功能、视线指向和数据收集。可见光遥感器由三反消像散的望远镜、对焦装置、7种备选滤光器的滤色轮、焦面装置、星上校准系统和一体化无源有效载荷冷却装置等部分组成。该卫星覆盖范围广、探测精度高，可快速精确定位并跟踪深空微小目标，具备全天候、近实时的空间态势感知能力，且不受地理位置和气象条件限制。2014年天基空间目标监视系统（SBSS）第二阶段目标Block20完成后，美建成由4颗该类卫星组成的卫星星座，实现对地球轨道所有空间目标的实时探测和跟踪。SBSS可全天时、全天候进行空间态势感知，每天提供1.2万次对深空物体的观测；与地基监视系统每次只能观测一个目标不同，SBSS可同时观测多个深空目标，部署后空军的空间物体观测能力提高了5倍。

此外，随着微小卫星技术的日益成熟，利用微小卫星进行空间目标探测和监视也成为当前和今后一个时期研究的重点。美军持续进行空间平台小型化研究，美空军和国防高级研究计划局联合开发新型、低成本军事纳卫星。美国已发射两颗“凝视”纳卫星，计划构建由18颗纳卫星组成的卫星星座，提高对空间目标的定位精度。美空军2017年在“快速响应空间”-5任务期间发射了小卫星，提供地球同步轨道目标监视能力，补充美军空间监视能力潜在缺口，并验证相关技术。此外，美空军还进行了“实验卫星系统”（XSS）系列试验，该卫星能对位于低地轨道上的卫星进行近距拍照，具有半自主运行和近距空间目标监视能力。

空间碎片信息的管理与利用

美国采取“系统分别建设管理，信息共享利用”的组织方式，综合利用遍布全球的由多部雷达、光学和无线电设备等各类观测资源，于上世纪60年代建立“空间探测与跟踪系统”（SPADATS）。该系统包括空军的“空间跟踪系统”（SPACETRACK）、陆军的“多普勒锁相系统”（DOPLOC）和海军的“空间监视系统”（SPASUR），以及弹道导弹预警系统、远程探测系统、靶场测量系统等组成。1982年美国“空间探测与跟踪系统”（SPADATS）改名为“空间监视网”（SSN），隶属于美国航天司令部，主要用于探测外国军用卫星、导弹和空间碎片，可与国家航空与航天局所属的卫星测控网协同工作。美国空间监视网的信息主要由北美防空防天司令部夏延山空军空间控制中心（AFSCC）和位于弗吉尼亚州达格兰的海军空间控制中心（NSCC）搜集、处理、分发。空军控制中心是美国空间控制的主要作战指挥控制中心，海军空间控制中心作为空军空间控制中心的备用手段。空间控制中心的主要任务是：制定空间目标侦察监视任务计划，实施侦察监视资源调度；进行多元信息实时编目、即时信息接入解译、信息融合识别检验，生成空间目标活动态势；进行威胁判断、风险预测、危机应对和效果评估；为空间攻防、航天活动安全以及弹道导弹防御提供空间目标和空间环境信息支援；组织空间目标侦察监视各系统间数据通信保障，对系统运行情况进行实时监控和管理。

美国“空间监视网”（SSN）包括三部分装备：一是美国空间司令部所属的专用空间监视传感器，包括1部大型相控阵雷达（AN/FPS-85）、1部连续波雷达跟踪系统、12部光电望远镜和监视卫星等；二是美国空间司令部所属的兼用空间监视传感器，包括5部改进型弹道导弹预警相控阵雷达和4部跟踪雷达；三是非美国空间司令部所有的空间监视传感器，包括部分远程跟踪和识别雷达。此外，美国空间目标监视系统还利用了弹道导弹预警系统、美国国防部的航天测控系统和国家民用科研机构的无线电技术综合设施等。目前，美国可以监视低地球轨道上10厘米、地球同步轨道上30厘米的目标，具有对绝大多数在轨卫星的编目监视能力。

美国空间目标监视系统分布示意图

空间目标信息处理系统是空间目标监视系统的信息枢纽，包括任务规划、资源调度、信息收发、融合处理、态势生成、情报生产和系统管理等要素。主要具备以下功能：一是能对卫星、航天器、运载火箭和空间碎片等进行探测跟踪、定轨预报、识别编目，并建立目标数据库；二是识别空间目标的国别、尺寸、形状、运动方式和用途，计算空间目标的衰变，观测其落点位置和时间，分析判断其可能造成的破坏；三是为空间防御系统提供目标信息，引导武器拦截，评定作战效果；四是为保障本国航天器安全运行提供所需信息，辅助航天测控和弹道导弹预警。基本工作流程：①明确监视任务。根据需求变化情况，明确日常编目目标、安全预警目标、任务窗口目标和碎片编目任务；②下达工作计划。掌握各类探测设备状态，计算需要跟踪的空间目标预报，进行资源分析配置和任务分配，向系统各单元下达空间目标探测和跟踪计划；③组织跟踪监视。指导系统各单元根据计划安排，解析预置引导数据，搜索捕获目标，进行连续测量，获取目标数据并在本地存储；④汇总目标数据。空间目标信息处理中心定时采集系统各单元发来的目标数据，进行格式检查，及时存入数据库；⑤进行数据处理。利用中心计算机系统通过目标信息预处理、定初轨、编目定轨自动链处理，计算出空间目标轨道链根数，存入编目数据库；⑥建立空间态势。当一批空间目标编目入库后，即可进行空间目标态势预报分析，为空间攻防作战、意外碰撞预警和精密引导跟踪提供保障。预计到2020年，美国空间监视网对低轨空间目标的探测和定位精度将分别提高到1厘米和10米，对地球同步轨道目标的探测和定位精度将分别提高到10厘米和100米；将能实时监视感兴趣目标，空间碰撞预测的准确率提高到99%。

目前，美国最先进的超级计算机均投入到了对太空垃圾的监视当中，超级计算机有超强的信息处理能力，它能用复杂的运算技术对空间目标监视系统提供的目标数据进行快速处理，进行编目和参数计算，辅助判断太空垃圾的类型和危害程度，在互联网上公开发布的空间目标编目信息包括目标编号、国籍、代号、轨道参数等最基本的信息。由于空间目标的状态在不断地变化，要保证目标状态信息的准确性，就需要对空间目标编目数据进行周期更新，美军对空间目标观测数据的更新率约为5－7天。但是，当前空间内存在的物体数量约为50多万个，而美军也仅能对其中的2万多个空间目标进行跟踪和编目。

（平台编辑：黄潇潇）

本文转自：知远战略与防务研究所

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