“作战快速响应太空卫星-1”浅析.doc

浅析“作战快速响应太空卫星-1”1 前吞2011年6月30 0 11时09分，美国从位于弗吉尼亚州 东部的瓦罗普斯岛(Wallops Island )发射场，使用“米诺 陶T”(也称为“人牛怪-1\ Minotaur-1)运载火箭，将“作 战快速响应太空卫星T” (ORS Sat-1)成功发射升空，这是 是美国“作战快速响应太空” (ORS)计划的首颗工作卫星， 主要用于满足美国中央司令部(CC)的情报、侦察与监视 (ISR)任务需求，支援作战司令部的军事行动此次发射 也是“米诺陶-1”运载火箭的第10次发射图1 “作战快速响应太空卫星-1 ”2 背景近年来，由于局部战争的发生，美军对战术情报的需求 越来越大，为满足这一需求并保持太空优势，2002年初，美 空军航天司令部(AFSPC )和航空航天局(NASA)就快速响 应航天系统进行了研究，并制定了相关发展计划2003年3 月1日，美空军航天司令部开始实施“作战响应航天运输” 的“选择分析”计划，其范围涵盖了美空军航天司令部的所 有任务领域，包括太空力量增强、太空力量支援、太空力量 应用和太空对抗随着计划的不断推进，后正式扩展为“作 战快速响应太空”计划，其遵循两项原则：快速响应性和经 济可承受性，涉及领域包括快速响应航天运载器、快速响应 卫星及快速响应发射场等。

2006年12月16日，美空军发射了具有快速响应能力的 “战术卫星-2” (TacSat-2 ),该星由美国空军研究实验室研 制，质量为369千克，主要验证把卫星拍摄到的敌方目标图 像在几分钟内快速传递给己方战场指挥官的能力该星是快 速研制、发射、运行的典范，可与全球任何使用标准数据链 路的地面站直接通信，从而标志着美国“作战快速响应太空” 计划进入了新阶段2007年5月，美国防部正式设立“作战快速响应太空” 办公室(隶属于美战略司令部)，以负责该项计划的具体实 施该办公室最基本的任务，一是对美国的太空能力需求快 速响应；二是对美军联合作战指挥官的战术需求快速响应 最终目标是具备在数天甚至数小时内，以较低廉的成本发射一颗战场指挥官所需的战术卫星图2 “作战快速响应太空卫星-1 ”徽章2009年5月19日，质量为396千克的“战术卫星-3" 成功发射，主要验证向战场指挥官提供实时数据的星上处理 技术，演示战术卫星收集战场空间信息以及近实时向战场作战人员提供数据的能力，验证模块化航天器平台标准、界 和程序在相继发射“战术卫星”系列进行相关能力的演示验证后，2008年10月，美中央司令部要求战略司令部帮助其提 高战场空间态势感知能力。

为满足这一需求，经过充分的讨 论和研究后，“作战快速响应太空”办公室决定研发“作战 快速响应太空卫星T”，为战区指挥官提供关键性的作战支 持，进一步推进“作战快速响应太空”计划图3正在组装中的“作战快速响应太空卫星-1 ”3 卫星简介“作战快速响应太空卫星T”是一颗多光谱成像卫星， 国际编号为2011-029A,由美空军第1太空作战中队（1st SOPS,位于科罗拉多州施里弗空军基地）和第14航空队（14th Air Force,位于加利福尼亚州范登堡空军基地）负责控制 与管理，古德里奇公司（Good Rich）和阿连特技术系统公 司（ATK）联合研制，设计寿命1至2年3. 1空间部分卫星星体为六边形菱柱体，重约450千克，使用3个太 阳能电池翼提供电力卫星基于“战术卫星-3”平台建造， 包括一个集成的推进系统及通信、姿态控制、热控制（满足卫星在低轨条件下运行的热量控制需求）、指挥和数据处理 分系统等星载设备主要包括一台改进型“高级光电侦察系 统-2" （ SYERS-2, Senior Year EO Reconnaissance System）多光谱传感器、固态存储器（容量达64Gbits,可缓存6000 平方千米未压缩的NIIRS-4级别的图像数据）、载荷保护装 置等。

此外，卫星采用标准数据链（C叽）进行指令上传和 数据下载，图像压缩率达16:1图3正在接受测试的“作战快速响应太空卫星-1”3.1.1星载传感器卫星有效载荷由古德里奇公司“高级光电侦察系统-2” 多光谱传感器改进而成，采用了新型“时间延迟积分焦平面” （TDI Focal Plane,电荷耦合器件）,该传感器曾是“U-2” 高空侦察机使用的主要成像传感器改进型“高级光电侦察系统-2”传感器工作在从可见光 到中波红外内的7个谱段，具备全天时成像能力，所获图像可精确识别目标大小和尺寸，主要特征如表一参数/性能备注重量＜150千克功率峰值功率＜ 250瓦；平均功率＜ 200瓦0.42米孔径镜 头玻璃/石墨构造宽视场：＞2轨道高度300千米条件下：成像幅宽＞10.9千米高信噪比＞10倍“伊科诺斯”卫星高分辨率轨道高度300千米条件下：1米分辨率； NIIRS-4级别图像宽区域覆盖NIIRS-4级别：58.2平方千米/秒多光谱成像每3个光谱（共7个光谱）成像后合成一幅图像，用 于支援情报任务电子设备经航天认证的高稳定性电子设备表一 “SYERS-2 ”传感器性能介绍成像合成 模式谱段备注可见光 合成全色（PAN）、红、绿3个光谱（共7个光谱） 成像后合成一幅图像红外合成中波红外（MWIR）、短波红外1 （SWTR1 ）、短波红外 2 （SWTR2）混合（可短波红外（SWIR）、绿、全色见光和红 外）合成表二 “SYERS-2”传感器成像合成模式图5改进型“SYERS-2”传感器成像质量图4 “SYERS-2”传感器3. 1.2卫星f生能卫星最高分辨率优于1米，标准图像幅宽为6至10千 米。

由于卫星具备快捷滚动能力，能对轨道两旁目标实施成也面轶迹飞机可视区00传感器可视区 彳左右翻滚30飞机拍照示例图6 “作战快速响应太空卫星-1 ”工作模式图像，重访周期短，可每天对特定目标实施成像侦察Korean Peninsula示例:ORS I 卫星侧视弋 成像orJapan3. 1.3卫星轨道根据设计，卫星将运行在倾角40度、高约400千米的近 圆轨道上，通过标准数据链进行指令上传和数据下传卫星 进入轨道后将进行1个月的各种测试，如对星载设备进行初 始化校验，对传感器进行校准，以及验证地面站系统如一 切顺利，航天与导弹系统中心下属的太空开发与测试委员会 （SMC/SD,位于新墨西哥州科特兰空军基地）将把卫星的控 制与管理权移交给空军第1太空作战中队和第14航空队，后 两者将代表美国战略司令部，直接为中央司令部提供各种需 求目前，卫星已经运行在倾角40度、近地点396千米、远 地点410千米、周期92. 62分钟的近圆轨道上卫星近地点幅 角297.93度，偏心率0. 0009997,升交点赤经119.463度，轨 道半长轴6781千米，平均近点角62. 074度，每日绕地球飞行 15. 54674837圈。

3. 1.4卫星特点卫星主要特点在于它的快速发射，从授权建造到发射不 超过24个月的时间，而且还可监视伊朗等飞机无法监视的 地方，支援阿富汗、伊拉克和巴基斯坦的军事和反恐行动 卫星可为地面部队指挥员提供其关注地区的彩色图片，并使 用现有的地面系统处理、分发图像和其它战场信息该系统 设计用来支持紧急军事需要，同时为推进未来“作战快速响 应太空”卫星星座所需要的多任务模块化方法奠定基础此前，在轨卫星一般都通过一个中央机构进行控制与管 理，战区指挥官经常抱怨中央系统对他们战术需求的响应不 够及时与以往体制不同，“作战快速响应太空卫星T”直 接由美中央司令部控制，指挥官在几分钟之内就可获得卫星 图像，而不像由情报系统支持的间谍卫星那样，需要等待几 个小时或几天的时间才能做出响应"作战快速响应太空卫星-1"主要服务于战术指挥官，而不是美国情报分析家，这 在美国侦察卫星计划中是一个彻底的转变3. 2地面站部分古德里奇公司负责卫星地面站的建设，以接收和处理来 自卫星的图像数据，并使其与“U-2”高空侦察机的数据处 理和传输模式相互兼容，以便国防部的情报地面站（包括分 布式通用地面站网络，用于处理“捕食者”、“全球鹰”和“U-2” 的数据）可及时处理卫星获取的图像信息。

卫星和地面站之 间通过标准数据链进行指令上传和数据下载，其中指令上传 周期为6. 5分钟，图像数据下载周期为3. 5分钟地面站可 以274M bit/秒的速率在40秒内完成接收1000平方千米（分 辨率1米）面积的图像信息ORS星座亠联合空间作战中心目标Tffj 和Payload and S/V Apportionment ToolRelay 中继卫星遥测.跟踪和控就TT&C任务 AIRS数禹分配和通道 丁反Service SOC TT&C任务载荷 管理工具Spacecraft C2任务计划和S3 晦 T 旦 Tasking, 址灯丄貝 And TrackingToolTT&CCollection ManagementPayload Data (CDLAFSCN空军卫星控制网处理设施Processing FacilityInfo request情报需求COCOM/JFC战斗人员图7卫星系统工作流程图通删统~上图中，任务上传和情报分发分别包含以下部分:任务计划上传•任务控制中心（VMOC ）:使用任务计划工具进行资源 同步管理；•任务控制中心I/F自动处理；•基于用户任务综合使用卫星资源；•根据用户数据需求反馈可进行多任务计划定制。

情报处理和分发• “作战快速响应太空”情报处理和分发要求载荷/传 感器数据下行链路采用标准数据链路，使用现有标准和协议 处理并分发各站情报数据•数据处理站可由国家级站点或联合作战司令部（JFC） 指定；•通过分发通用基地系统提供的标准工具使用情报数 据；•情报产品分发需通过联合作战司令部和全球信息栅 格（GIG）管理3.3卫星研发历程“作战快速响应太空卫星T”作为首颗直接支持指挥官 作战而研制的战术卫星，可有效提高指挥官的战场空间态势 感知能力，满足美中央司令部的任务需求它的研发经历了 以下3个重点阶段：•2010年10月，有效载荷成功集成于卫星平台，为环 境和验收测试铺平道路•2010年12月开始进行严格的环境测试，确保卫星在 极端条件下运转正常，试验包括模拟卫星发射和在太空中遇 到的极热和极冷温度•2011年4月成功完成发射前评估和装运准备4 计划进展及趋势2001年12月，美发布«AFSPC001-01美国空军航天司 令部作战快速响应型太空运输任务需求报告》，提出需要“快 速响应的按需进入太空，利用太空和来自太空的能力”，为 日后发展“作战快速响应太空”计划奠定了基础经过几年 的发展，“作战快速响应太空”计划逐渐成为美军事航天领 域一个非常值得关注的焦点，美军界、政界、高校和工业界 都十分重视“作战快速响应太空”计划的能力建设。

迄今参 与该项目的组织和机构包括：美中央司令部、陆军、海军研 究实验室、空军航天司令部、国防部高级研究计划局 (DARPA)、国家侦察办公室、导弹防御局、国家航空航天局 (NASA ).高校及企业等作战快速响应太空”办公室计划分三个阶段发展“作 战快速响应太空”能力第一阶段目标是通过战术小卫星弥 补目前航天系统的情报、监视、侦察和通信能力的不足；随 着“作战快速响应太空卫星T”。