俄罗斯军事成像侦察卫星的现状与发展_魏雯.pdf

July 2011 Aerospace China 俄罗斯军事成像侦察 魏雯李浩悦 卫星的现状与发展 一 引言 前苏联从上世纪60年代开 始发展成像侦察卫星技术 最早 发展的是 天顶号 系列胶卷返 回式成像侦察卫星 其首颗卫星 1962年4月发射升空 在此后 的几十年中 前苏联又相继发展 了 琥珀 和 蔷薇辉石 系列 成像侦察卫星 并在后两个系列 的基础上进行了改进和发展 推 出了一些新的改型 其中既有胶 卷返回式的 又有光电传输型 的 既有高分辨率详查相机的 又有中分辨率普查光电监视的 这些改型对外统一称为 宇宙 xxxx 数字编号 从20世纪60 年代末至90年代初 前苏联每 年发射的成像侦察卫星都在30 颗左右 一年当中每天总保持 1 2颗成像侦察卫星在轨工作 1991年前苏联解体后 由 于经费困难 成像侦察卫星的研 制发展受到很大阻碍 发射数量 平均每年只能维持在1 2颗的 水平 且基本上仍在沿用前苏联 时期研制的型号 以近10年来 的发射情况为例 2000 2010年 期间 俄罗斯共发射15颗军用 成像侦察卫星 除少数几颗新型 成像侦察卫星的试验星外 绝大 部分为前苏联时期研制的 琥 珀 和 蔷薇辉石 系列 二 军用成像侦察卫星发展现状 目前 俄罗斯现役的军用成 像侦察卫星只剩下 琥珀 钴 M一种型号 另有两种正在研制 的新一代成像侦察卫 星 即光电传输型的 角色 成像侦察卫 星和新 一 代Geo IK 大地测绘军用卫星 目前已开始进行试验 性发射 但是进展不 顺利 此外 还有一 颗 在 轨 运 行 的 资 源 D 军民两用高 分辨率成像卫星 1 琥珀 钴 M 胶卷返回式成像侦察 卫星 琥珀 系列侦 察卫星是俄罗斯萨马 拉进步火箭航天中心 上世纪80年代的产 品 主 要 有3种 型 号 琥 珀 钴 M 胶卷返回 式成像侦 察 卫 星 琥 珀 彗 星 胶卷 返回式军 事地形测 绘卫星和 琥 珀 涅 曼河 光 电传输型 成像侦察卫星 这3种卫星的工 阿尔贡 2三频段合成孔径雷达星 阿尔贡 维多利亚 超 高分辨率对地观测卫星 23 中国航天2011年第7期 作方式和平均寿命有较大差别 但它们是以共同的平台为基础研 制的 重量都在6吨左右 轨道 高度和轨道倾角略有不同 轨道 周期约90分钟 其中 琥珀 彗星 和 琥珀 涅曼河 2005 年以后已经不再发射 仅有 琥 珀 钴 M至今仍保持每年一颗 的发射频率 琥珀 钴 M是胶卷返回式 高分辨率详查型成像侦察卫星 分辨率最高约0 4米 平均寿命 120天左右 卫星通过两个小型 胶卷回收舱和大型主返回舱 连 同相机 送回胶卷 由于一些新 型成像卫星的发展计划目前尚处 在研制和试验阶段 因此 琥 珀 钴 M实际上是过渡时期的 代用品 2 角色 光电传输型成像 侦察卫星 角色 是俄罗斯萨马拉进 步火箭航天中心研制的新一代光 电传输型成像侦察卫星 其用户 是俄武装力量总参情报部 角色 卫星基于 资源 D 1平台研制 卫星重15吨 长7 9米 太阳帆翼 展13 7米 运 行 在 718 730千 米 高 的 太 阳同步轨道上 轨道 倾角98 3度 设计寿 命7年 星上配有直 径1 5米的星载望远 镜 最高分辨率可达 0 3米 2008年7月 26日 俄罗斯发射了 编号为 宇宙 2441 的 角色 卫星的试 验星 但是 由于星 上电子设备故障 该 卫星在2009年2月即 宣告失效 3 Geo IK大地测绘卫星 Geo IK是俄罗斯列舍特涅 夫信息卫星系统公司研制的新一 代大地测绘卫星 该卫星重约 1400千克 采用与GLONASS M 相 同 的 平 台 长 与 宽 均 为1 3 米 工 作 轨 道 为1000千 米 1000千米的太阳同步轨道 轨 道倾角99 4度 星上主要载荷 是SANDKO雷达高度计 用于 定位的激光反射器和GPS接收 机 以及多普勒接收机系统 星 上同步器 振幅器等 两台雷达 高度计的质量各为25千克 测 量高度1347千米 天线直径1 2 米 功耗70瓦 Ku波段的频率 为13 5吉赫 带宽320兆赫 脉冲频率1800 1680赫兹 放大 器增益42分贝 波束角1 3度 峰值功率7瓦 C波段的频率为 5 3吉 赫 带 宽320 420兆 赫 脉冲频率300 420赫兹 放大器 增益33分贝 波束角3 4度 峰值功率16瓦 Geo IK 2于2011年2月1 日发射 但由于运载火箭故障而 没能进入预定轨道 4 资源 DK高分辨率军 民两用成像卫星 资源 DK是俄罗斯萨马 拉进步火箭航天中心新研制的数 字传输型高分辨率 多光谱成像 军民两用对地观测卫星 该卫星 具有改进的几何学和光学测量性 监视器 E卫星 资源 资源 P卫星 24 July 2011 Aerospace China 能以及增强的实时下行链路数据 传输性能 能在可见光和近红外 波段对地球表面进行多谱段成像 资源 DK卫星采用模块 化设计 卫星质量约为6570千 克 高7 4米 运行在360 604 千米高的近圆轨道上 轨道倾角 为70 4度 设计寿命大于3年 卫星安装了新的全色和多通道光 电成像仪 其全色模式的光谱波 段为0 58 0 8微米 空间分辨 率为1米 多通道模式的窄光谱 波段为0 5 0 6微米 0 6 0 7微 米和0 7 0 8微米 空间分辨率 为2 3米 刈 幅 为28 3千 米 资源 DK1有 效载荷数据的射 频通信工作在X 波 段 的8 2 8 4 吉赫 下行链路 数据速率最高可 达300兆 比 特 秒 该卫星可提 供7000万平方 千米的地表拍摄 能力 资 源 DK1于2006年6 月发射入轨 根据俄地球监视运 营业务科学中心2010年11月发 布的信息 资源 DK1虽然早 已超过设计寿命 但星上科学仪 器系统仍然在继续工作 目前 星上科学系统的探测成像总量虽 有所下降 但所获照片的分辨率 仍保持优于1米 工作状态完全 正常 三 具有成像侦察能力的其他卫 星系统研制计划 近年来 虽然俄罗斯成像侦 察卫星的发射数量不多 但其国 内有多家单位都具备较强的研制 能力 除了前面提到的萨马拉进 步火箭航天中心 列舍特涅夫信 息卫星系统公司外 拉沃奇金科 研生产联合体 机械制造科研生 产联合体 赫鲁尼切夫国家航天 科研生产中心 全俄动力机械科 学研究所等最近几年也在发展自 己的对地观测卫星系统 1 阿尔贡 2M雷达成像 小卫星计划 阿尔贡 2M是由拉沃奇金 科研生产联合体研制的雷达成像 卫星 该卫星重量不到1吨 工 作轨道高度为550 600千米 拍 摄高分辨率照片的范围为10千 米 10千米 普查和沿航迹探 测的范围宽度和长度为450千 米 4000千米 卫星有效载荷为X P L 三波段合成孔径雷达和两坐标电 子扫描波束方式的主动相控阵天 线 天线的256个收 发转换模 块工作于L波段 84个收 发转 换模块工作于P波段 L波段 波长23厘米 可以穿透树叶进 行观测 地面分辨率3 30 米 P 波段 波长70厘米 能够探测 土壤层下面 地面分辨率大于 30 米 X波段的地面分辨率为1 米 质量接近光学影像 电子 L卫星 兀鹰 E卫星 阿拉克斯 光电传输成像侦察卫星 25 中国航天2011年第7期 按 照 俄 罗 斯 航 天 局 的 计 划 阿尔贡 2M将于2013年发射 升空 2 兀鹰 小卫星系统 兀鹰 小卫星系统由俄 罗斯机械制造科研生产联合体 研制 系统轨道段由多颗安装 S波段合成孔径雷达的小卫星 和 安 装 光 电 仪 器 的 小 卫 星 组 成 小卫星质量约1000千克 工作轨道高度约500千米 该 系 统 能 够 全 天 时 全 天 候 工 作 且对地面的凸凹 湿度和 电 解 质 特 性 具 有 很 高 的 敏 感 度 安装S波段合成孔径雷达 的小卫星有两种工作模式 分 辨率为1 2米的详查模式 截 获带宽为10 20千米 和分辨 率为5 20米的普通探测模式 截获带宽为20 160千米 雷 达天线可在观测角 20 55度 内重新定向 沿飞行航迹左右 两边的探测视场带宽各500千 米 在雷达探测视场范围内连 续两圈地环绕飞行后可提供立 体和干涉图像 用以制作数字 地形模式的三维图像 并能将 获得的对地遥感信息实时加工 处理 安装光电仪器的小卫星能 够以1米的分辨率在视场带宽 1200千米范围内 沿飞行航迹 左右各600千米 进 行 探 测 通过一次探测目标就能提供立 体影像 以及提供高度详细探 测图像 画幅 12千米 12千 米 小卫星的光学模块可以安 装各种类型的传感器 工作于 全色的 多光谱的 近和中红 外的频段 试验性的 兀鹰 E小卫星 已于2003年首次发射 轨道高 度 为458千 米 轨 道 倾 角67 度 3 监视器 系统 赫 鲁 尼 切 夫 国 家 航 天 科 研 生 产 中 心 正 在 进 行 监 视 器 对 地 监 测 小 卫 星 系 统 的 研 制 工 作 该 系 统 轨 道 段 由 安 装 各 种 光 电 仪 器 的 监 视 器 I C O 型 卫 星 和 安 装 雷 达 探 测 器 的 监 视 器 P 型卫星组成 作为试验性的卫星 监 视器 E已于2003年6月30日 和2005年8月26日两次发射 进行了在轨测试 2005年11月 获 得 首 批 照 片 2006年2月 监视器 E成功从飞行试验转 入试运行阶段 监视器 E卫星工作在高 度为540千米的太阳同步轨道 上 倾角为97 5度 有效工作 寿命为5年 该卫星质量为720 千克 尺寸为1200毫米 1200 毫米 1200毫米 采用非密封结 构的 快艇 卫星平台 卫星 上安装了两个分辨率分别为8 米的全色照相机和20米的分配 通道的照相机 截获带宽相应 为96千米和160千米 数据采 集 存储和发送系统将收集的 信 息 数 据 沿 两 个 载 频 分 别 为 8192兆赫和8338兆赫的无线通 道进行传输 用以直接发送 或将信息存储在容量为400吉 比特的记录装置中 4 资源 P系统 资源 P系统是 资源 DK的后续计划 资源 P系 统将包括两颗卫星 工作在高 度475千米 倾角97 3度的太 阳同步轨道 具有宽截获多光 谱和超光谱测量能力 天底点 地面分辨率为0 9米 全色波 段 和3米 窄频谱段 高度 为475千米时天底点截获带宽 38千米 探测视场带宽95千 米 全色光谱段为0 58微米 0 8微米 窄光谱段 蓝0 45 0 52微 米 绿0 52 0 6微 米 红0 61 0 68 0 72 0 8微米 红 近红外0 8 0 9微米 监测 周期3昼夜 测量时段的最大 持续时间300秒 信息传输到 接收站的能力从 实 时 到12小 时 有 效 寿 命5 7年 比 起 资源 DK 其星上探测器将具 有更好的性能和更高的观测周 期 按照俄罗斯航天局的计划 资源 P系统将于2013年完成 两颗卫星的部署 四 小结 俄罗斯现役和正在研制的 成像侦察卫星几乎囊括了此体 系的全部类型 传感器类型中 有光学的 光电的 雷达的 探测波段从红外 可见光到微 波 传 输 方 式 有 胶 片 回 收 型 的 光电传输型的 中继转发 型的 卫星有重达十几吨的大 卫星 也有不超过1吨的小卫 星 在成像能力上 可见光分 辨率最高已达到0 3米 多光 谱空间分辨率2 3米 雷达型 的分辨率达1 2米 有些具备 一定的星上数据处理能力和较 高的数据传输能力 与欧美等 国家研制的同类卫星相比 它 们在寿命和可靠性方面还有一 定差距 设计寿命最长达到7 年 26 。