评析美国太空监视卫星.doc

天基监视系统首颗卫星在多次推迟发射后终于在 2010 年 9 月 26 日成功发射尽管美国已经拥有独步全球的太空监视能力，但此举将让美国自此能够及时跟踪探测任何可能的太空威胁，让美国率先在外层空间中建立起非对称太空优势美国太空电磁篱笆地面天线太空篱笆可以探测到小至 10 厘米大小的中低轨道目标，是美国对太空监视的主要手段之一备受瞩目的天基监视系统(SBSS)首颗卫星在多次推迟发射后终于在 2010 年 9 月 26 日UTC 时间 4 时 41 分(北京时间 12 时 41 分)成功发射，这是轨道科学公司米诺陶 4 型火箭的首次轨道发射，火箭自位于范登堡空军基地的 SLC-8 工位发射，14 分 50 秒后天基监视系统卫星与火箭成功分离，卫星进入 541X538 千米高度的太阳同步轨道，再过 8 分钟后太阳能电池板成功展开，按照预定程序，这颗卫星最后将定点于 630 千米高度的太阳同步圆轨道美国是世界上导弹预警和太空监视能力最强的国家，即使巅峰时期的苏联，太空监视能力也无法与其相比美国经济军事的优势和正常运转极为依赖其众多的太空资产，美国认为自己需要强大的空间控制能力，利用并保护自己的太空资产，阻止敌方使用太空。

空间监视能力或者说空间态势感知能力，是空间控制必备的能力北美太空篱笆北美太空篱笆 美国太空监视网络(SSN)由众多的地面雷达与光学系统构成，其中北美的太空篱笆(Space Fence)久负盛名太空篱笆开始由美国海军建设维护，称之为海军空间监视系统，2004 年 10 月 1 日后移交给美国空军第 20 太空控制中队整个系统沿北纬 33°线部署，包括 3 个 VHF 雷达发射站和 6 个接收站，形成了东西向数千千米的波束篱笆，可保证对轨道倾角约 30~150°范围的卫星进行搜索，当然对于倾角太低或太高的目标就鞭长莫及了它可以探测到小至 10 厘米大小的中低轨道目标，是美国对太空监视的主要手段之一美国空军(GEODSS)系统的巨大光学望远镜，该系统具有较远距离的深空目标探测能力它与太空篱笆在太空监视上形成了互为补充的关系陆基光电深空探测系统陆基光电深空探测系统(GEODSS) 空军此前也有自己的监视网络，包括陆基光电深空探测系统(GEODSS)和兼职做太空监视的导弹预警雷达网组成GEODSS 目前包括三个地面跟踪站，此外西班牙 Moron 空军基地有一部望远镜也用于为 GEODSS 提供数据。

三个地面站分别配备了 3 台光学望远镜，其中 2 台主望远镜 40 英寸直径视场 2°，1 台附属望远镜 15 英寸直径视场 6°，不过 2002 年完成的升级中原有的附属望远镜替换为主望远镜GEODSS 用于探测距离地面高度 3000英里(5500 公里)到同步轨道的深空目标，它对暗目标的探测能力比人眼高 10000 倍，不过GEODSS 只能在夜间使用而且对于天气和光学污染极为敏感，1993 年韩国的地面站就因为附近城镇的烟雾污染被迫关闭空军用于太空监视的地面雷达包括福罗里达州埃格林空军基地部署的 UHF 波段 AN/FPS-85 大型相控阵雷达和挪威部署的 X 波段 AN/FPS-129 Globus II 大型单脉冲雷达前者探测距离小于 7000 公里可同时跟踪月 200 个近地目标，基本没有深空探测能力，后者可跟踪到同步轨道的目标除此之外，就是众多兼职雷达了，包括科里尔(Clear),比尔(Beale),鳕鱼角(Cape Cod),图勒(Thule),菲林戴尔斯(Fylingdales)的远程预警雷达雷达和卡凡利(Cavalier)等地 AN/FPQ-16雷达，他们在用于导弹预警的同时也兼职做太空跟踪任务，当然也只具备有限的低轨道探测跟踪能力。

地面监视系统受到多种局限存在许多空白，对于极度依赖卫星的美国来说这是一个很大的安全空档图为 GEODSS 系统的迪戈加西亚观测站，小图为中段空间试验卫星(MSX)不过这些传统观测手段都部署在地面，具有很多局限性且不说光学望远镜受云雨雪和大气环境质量影响极大而且局限于夜间使用，即使是雷达也经常受到雷暴和太阳风暴的影响，而且地面监视系统监视能力存在大量空白，如太空篱笆需要卫星穿过它的波束，其他时间内航天器变轨它就无能为力了此外对一般空间目标重复监视的时间间隔高达 5 天，这个能力虽然远强于其他国家，但还不足与满足美军太空监视的要求更糟糕的，GEODSS 无法在白天工作，深空探测雷达数量不足质量也不高，现有监视网络对于深空目标的探测能力在存在很大缺陷面对这些缺陷，美国早在 20 世纪 80 年代就提出发展天基卫星监视系统当时美国空军计划投资 22 亿美元在 90 年代初研制完成标准模型星、样星和 4 颗实用卫星以及一个地面站，使用长波红外遥感器探测和跟踪卫星，对近地 60 海里到同步轨道高度范围内的空间进行扫描，这个系统的主要任务是探测监视苏联的反卫星武器这个的计划虽然最后取消了， 但相关的研究并未放弃。

1996 年美国弹道导弹防御组织(BMDO)发射了中段空间试验卫星(MSX)，它在地球同步轨道用于跟踪洲际导弹等目标，2000 年转交空军后用于空军态势感知的相关试验2001年拉姆斯菲尔德空间委员会对美国太空设施的脆弱深表忧虑，美国经济与军事力量严重依赖于太空卫星，美国对太空态势感知的重视也在意料之中美媒发布的 2007 年中国反卫星试验图，中国这一试验的成功反而加速了美国对太空监视系统发展中国反卫星试验成为中国反卫星试验成为 SBSS 系统发展助力系统发展助力 面对地面系统的不足，在已有 MSX 的基础上，2002 年财年美国迅速开始天基监视系统 (SBSS)的研制工作美国计划发射多颗天基监视系卫星组成星座，提供及时的太空态势感知能力，满足未来争夺制天权行动的需要2002 年美军提出转型路线图，同年 9 月《美国国家安全战略》指出保护卫星及其空间能力是确保美国向全球快速部署军事力量的关键所在，提出美国必须拥有空间态势感知能力，同时强调空间态势感知是最优先发展的能力2007 年中国的反卫星试验和 2009 年美俄卫星碰撞事件，都为美军加强空间态势感知能力提供了依据，成为推进 SBSS 系统的助力。

SBSS 在太空监视系统中具有无可替代的作用，美国人的评价来说是太空态势感知的革命 (Revolutionizing Space Awareness)SBSS 系统将革命性的提高美国空军对空间目标的探测和跟踪能力，通过对从近地轨道和同步轨道的各种人造太空目标进行及时的探测、搜集、识别和跟踪，大幅度提高了美国对太空目标尤其是同步轨道等深空轨道目标的探测能力，与现有的太空监视网络(SSN)配合缩短了美国空间目标编目的更新周期，从原来的 5 天缩短到 1 天SBSS 系统将为美国空军及时探测新发射的卫星，在近地轨道到同步轨道的广阔空间搜索失效和未知的卫星，利用更高效的太空光学传感器探测跟踪更小的轨道碎片，维护空间目标的编目，它可以提供全时段和接近实时的太空态势感知数据SBSS 系统的投入使用，将极大的提升美国空军的太空态势感知能力，强化美国的太空优势SBSS 系统承包商的强强组合系统承包商的强强组合 SBSS 的发展将分为两个阶段进行，第一个阶段 Block10 的目标是发射一颗卫星用于替代 2008 年就彻底失效的 MSX 卫星，这也就是本次发射的 SBSS 卫星，它是完整星座全功能卫星的先导星称之为探路者(Pathfinder)。

随后 Block20 阶段将发射 4 颗卫星，形成全功能的完整星座，具备全天候的完善天空监视能力2004 年诺斯罗普格鲁门公司作为主承包商得到了开发第一颗 SBSS 卫星的合同，子承包商为波音公司和 Ball 宇航公司，合同规定 2007 年 6 月完成 SBSS 探路者卫星的开发并随后进行发射Ball 宇航公司是太空光学领域的老牌选手，承接了天文学的哈勃、韦伯和开普勒望远镜光学系统的开发，商业遥感领域也制造了 QuickBird 和 WorldView-1/2 等诸多卫星SBSS 系统首颗卫星 26 日深夜从位于加利福尼亚州的范登堡基地成功发射升空最初计划于 2007 年进行发射的首星多次推迟发射时间后直至近日才最终发射发射时间遭遇多次推迟发射时间遭遇多次推迟 2005 年 4 月波音公司和诺斯鲁普格鲁曼公司合作完成了天基监视系统的初步设计评审(PDR)，美国空军对评审结果十分满意，但随后不久一个独立的评审小组发现 SBSS 项目基线不具可行性，组装、集成和测试计划都存在风险，同时太空战对 SBSS 的需求被夸大了2006 年初由于费用超支和进度延后，SBSS 项目进行了重组，重组增加了预算和进度余量，精简了组装、集成和测试计划，放宽了需求，这次重组导致首颗卫星的发射时间延迟到 2009 年 4 月，并比原计划增加了 1.3 亿美元的研制成本。

2006 年 9 月 SBSS 系统确定了最关键的光学载荷 CCD 的供应商为半导体技术联合(STA)公司，并在 2006 年完成了CCD 环境与寿命试验STA 公司曾为开普勒和费米天文望远镜分别提供了 2200X1024 像素与 2048X4064 像素的 CCD，它为 SBSS 项目提供的 CCD 为 240 万像素2007 年 1 月 8日，SBSS 的探路者卫星成功通过了关键设计评审(PDR)，从此 SBSS 从研发阶段转入工程制造阶段2008 年 4 月 21 日，波音和 Ball 宇航公司组成的 SBSS Block 10 团队宣布他们实现了SBSS 项目新的里程碑：完成了载荷电子设备，高速万向常平架 (gimbal)的研制，对太空可见光传感器进行了测试，并开始载荷的整合测试工作2009 年 2 月 5 日，波音公司宣布成功完成了卫星的初步测试，验证了 SBSS 地面与空间系统之间端到端任务功能SBSS 的卫星系统历经挫折，导致 SBSS 首颗卫星发射不断推迟2009 年后 SBSS 的卫星完成了测试，但是发射用的轨道科学公司运载火箭又频频出现问题，导致发射时间从 2009 年 4 月推迟到 10 月，又推迟到 2010 年 7 月，最后确定为 2010 年 9 月 26 日。

尽管屡经拖延，而且卫星项目预算从最初的 1.89 亿美元暴增到 4.25 亿美元，项目总成本更是增长到 8.25 亿美元，但它的地位仍然是无可替代的SBSS 卫星艺术想象图，双轴万向常平架上就是高灵敏度光学探测器SBSS 卫星成像能力显著提高卫星成像能力显著提高 SBSS 系统盛名在外，但是其具体性能数据公开并不多SBSS 系统卫星由 Ball 宇航技术公司负责开发，卫星使用 Ball 宇航技术公司的 BCP2000 卫星平台，采用三轴稳定设计，卫星设计寿命 7 年，平均任务持续时间 5.5 年卫星发射质量 1031 千克，轨道为 630千米太阳同步轨道太阳能电池板可提供约 1100 瓦电力，在寿命末期仍可提供 840 瓦电力卫星的传感器为高灵敏度可见光传感器，质量约 227 千克，安装在可高速转动的双轴万向常平架上高速常平架可在不改变卫星姿态的条件下快速转移传感器的视野，灵活探测跟踪太空目标SBSS 卫星的太空可见光传感器(SBV)口径为 30 厘米，比前辈 MSX 卫星的 SBV 传感器 15 厘米的口径大一倍，具有更宽广的视野，STA 公司提供的 CCD 具有更高的灵敏度和更好的成像能力，240 万像素比 MSX 卫星上 420X420 总计不到 20 万像素高得多，星上载荷的电子器件噪声也非常低，降低了对探测能力的干扰。

SBSS 具备监视近地轨道到静止轨道广阔空间内航天器和轨道碎片的能力SBSS 系统可提供更高的定轨精度系统可提供更高的定轨精度 波音提供的的处理器用于提取运动目标和参考星像素，从而减小下行数据量，它还具备可再编程能力，可以通过软件升级提升卫星性能SBSS 系统还提供了更高的定轨精度，目前陆基雷达。