1、国外天基空间目标监视研究现状与特点分析2006 正第 17 卷8 月第 4 期装备指挥技术学院JournaloftheAcademyofEquipmentCommandTechnologyAugust2006Vo1.17NO.4国外天基空间目标监视研究现状与特点分析王杰娟,(1.装备指挥技术学院研究生管理大队,北京 101416于小红2.装备指挥技术学院试验指挥系,北京 101416)摘要:增强空间监视能力是空间控制以及利用空间实施军事行动的关键,各航天大国非常重视空间目标监视的研究,尤其重视天基空间目标监视的研究.分析了国外天基空间目标监视的研究现状与特点,提出了发展天基空间目标监视系统的几
2、点启示.关键词:天基;空间目标监视;研究中图分类号:P171.3文献标识码:A 文章编号:16730127(2006)04 003305TheCurrentDevelopmentandCharacteristicsAnalysisofForeignSpace-basedSpaceSurveillanceWANGJiejuan.YUXiaohong.(1.CompanyofPostgraduateManagement,theAcademyofEquipmentCommand8LTechnology,Beijing101416,China;2.DepartmentofTestCommanding,
3、theAcademyofEquipmentCommand8LTechnology,Beijing101416,China)Abstract:Inordertoimplementeffectivespacecontrolandspacemilitaryoperations,itiscrucialtostrengthenspacesurveillance.Manycountries,whichareadvancedinspaceresearch,attachgreatimportancetospacesurveillance,especiallythespacebasedspacesurveill
4、ance.Thepaperdrawsseveralimportantinspirationsfromanalyzingcurrentdevelopmentandcharacteristicsofforeignspacebasedspacesurveillance.Keywords:spacebased;spacesurveillance;study随着人类进入空间,利用空间能力的不断增强,空间对国家战略利益的影响日益突出.人类已经历了进入空间一利用空间一监视空间的阶段,正步入控制空间的时代,即在确保己方及盟国对空间的进入与利用的同时,阻止敌方对空间的进入与利用.空间监视系统是进行空间控制不可或
5、缺的一种重要手段,空间监视系统包括地基空间目标监视系统与天基空间目标监视系统.地基空间目标监视系统是构建天地一体化的空间目标监视网络体系的重要基础.美国的地基空间探测与跟踪系统主要由相控阵雷达和光电探测器 2 大类探测器组成,空间目标监视网(spacesurveillancenetwork,SSN)能监视 8000 多个空间目标,地面光电深空监视系统在全球 5 个地球纬度相近的地区建立了观测站;俄罗斯的空间目标监视系统(spacesurveillancesystem,SSS)由用于监视低空目标的地基雷达和探测中低轨目标的光电望远镜组成,“天窗“系统是有源地基光电空间监视跟踪系统,由在晚上工作的
6、 10 台光学望远镜组成,可跟踪 2001000km 高度的目标.天基空间目标监视系统是空间监视系统的重要发展方向.地基光学探测器易受光照,气象条收稿日期:20060330基金项目:部委级资助项目作者简介:王杰娟(1982 一),女(汉族), 陕西大荔人,硕士研究生;于小红(1965 一),女,教授,博士生导师34 装备指挥技术学院 2006 年件的限制,光学,雷达探测器都难以实现对高轨目标的监视.在地基空间目标监视的基础上,各航天大国(美国,加拿大等) 竞相展了天基空间目标监视系统的研究.1 国外研究现状美国,加拿大等国在地基空间目标监视系统的基础上,为了进一步提高对空间目标的监视能力,都开
7、展了建立天基空间目标监视系统的计划.1.1 美国的研究现状 E1-73美国在2020 航天远景规划中提出,监视空间是 2020 年控制空间要达到的 5 个目标之一.监视空间的主要任务是:对重要空间目标进行精确的探测和跟踪;实时探测可能对美国航天系统构成威胁的航天器的任务,尺寸,形状,轨道参数等重要目标特性;对目标特性参数进行归类和分发.为了能够实时,准确地跟踪空间更小,更远的物体,美军战略司令部和空军航天司令部加强了对天基空间目标监视系统的研制,其中包括部署在低地球轨道上的天基空间监视系统(spacebasedspacesurveillance,SBSS)和部署在地球同步轨道上的轨道深空成像系
8、统(orbitdeepspaceimager,ODSI),并利用现有的中段空间实验(midcoursespaceexperiment,MSX)卫星来确定SBSS 系统的设计方案.此外,天基红外预警系统(spacebasedinfraredsystem,SBIRS) 也是美国正在研制的探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视网.表 1 分别列出了美国 SBSS,MSX,ODsI 和SBIRS 的负责单位 ,运行轨道及轨道高度 ,星座及卫星数量,监视载荷,监视视场,载荷工作波段,监视跟踪的实时性,卫星重量,功耗,设计寿命,运载火箭,发射时间,目前发展程度,投资经费,系统目标等几方面的内容.表 1 美国
9、SBSS,MSX,ODSI 和 SBIRS 基本信息表第 4 期王杰娟,等:国外天基空间目标监视研究现状与特点分析 35目的发现,确定以及跟踪空间目标;提高对空间目标监视,跟踪和识别能力,增强对空间战场态势的实时感知能力.监测途中飞行过程导弹;空间目标监测;天空背景光和陆地背景光探测;太空粒子和气体污染测量.提高国防部空间监视能力;跟踪和监测高轨道上的物体,提供空间目标的详细特征信息;进行空间目标识别.侦察弹道导弹的发射,收集有关数据;不间断监测,预报并及时记录太空中,电离层以及大气层的物理状况,太阳黑子活动情况,磁场改变情况等.收集,处理和发送所有级别的弹道导弹发射的情报;对导弹袭击进行早期
10、预警,跟踪和实时传送弹道导弹在弹道全程上的飞行数据;提供弹道中段的精确跟踪和识别.SBSS 将成为美国太空侦察网的基石,使美国对地球静止轨道卫星的跟踪能力提高 5O.中段空间实验卫星能够探测低空和深空 715 星等亮度的卫星和碎片,可同时探测地球低轨道和地球静止轨道卫星.SBIRS 是由高轨道系统和低轨道系统构成的混合卫星网.图 1,图 2 分别为 SBSS 与 SBIRS 星座结构示意图.图 1SBSS 星座示意图图 2SBIRS 的结构示意图1.2 加拿大天基空间目标监视研究现状加拿大是北美防空联合司令部的成员,北美防空联合司令部一直使用卫星跟踪服务来辨别目标.卫星的跟踪功能离不开由空间目
11、标监视网的雷达和光学传感器提供的数据,这些数据包括距离和方位角的连续测量值.1)MOST 空间探测小卫星加拿大军方积极开展空间目标探测技术研究,2003 年 5 月 30 日发射了 MOST 空间探测小卫星,主要参数如表 2 所示.表 2MOST 空间探测小卫星主要参数2)近地目标探测卫星计划和空间目标监视计划在 MOST 基础上,加拿大宇航局(Canadianspaceagency,CSA)和 Dynacon 公司等正在开展近地目标探测卫星(nearearthspacesurveillance,NESS)研制计划.加拿大国防部也启动了空间目标监视(surveillanceofspace,SO
12、S)计划,主要用于跟踪地球同步轨道上通信卫星和其他高轨卫星.近地空间监视系统卫星能够对近地球小行星的搜索和跟踪,以及对地球轨道卫星的跟踪.NESS 在小卫星平台上装载小型成像望远镜,此成像望远镜是基于为 MOST 恒星光测任务而设36 装备指挥技术学院 2006 年计的,能够获得的目标亮度为 1114 星等,它获得的目标精确度能够与北美防空联合司令部规定的相适应,对于距离 40000km 的目标精度为 1km.空间目标监视计划将 1 颗或多颗卫星送入轨道,且它在一个小卫星平台上可以装载多种小型天基可见光试验望远镜,口径约为 15cm.1.3 其他国家的研究现状除美国,加拿大外,英国,日本,德国
13、等国家也开展了相关研究.英国 SURRY 大学于 2000 年发射了实验小卫星,获得了目标在空间光学图像.日本于 2003 年曾发射了空间垃圾回收卫星,具备天基空间目标监视能力,日本东京大学开展了空间光谱特性研究与有效载荷技术研究.德国波恩大学开展的天基空间目标监视有效载荷技术研究,已取得了丰富成果.2 国外的研究特点与趋势分析2.1 国外的研究特点由于国情,航天装备基础,研究目的等因素的差异,使得各航天大国的天基空间目标监视研究有着各自不同的特点.2.1.1 美国的研究特点美国天基空间目标监视系统的研究有以下特点:1)在监视手段的选择上,美国天基空间目标监视手段主要包括可见光,红外.但没有深
14、入探讨利用雷达对空间目标进行监视的有关问题.2)在监视星座及卫星数量的选择上,SBSS,ODSI 和 SBIRS 都是由多颗监视星组成的星座,每个系统能够最大范围内的监视到目标卫星,并且一颗监视卫星上装载多种传感器,能够覆盖多个频谱段,能够实现多种监视功能.但对于具有机动能力,多种监视手段的单颗监视卫星没有进行深入地研究.3)在监视系统的性能要求上,着重突出了实时跟踪的要求,突出了广空域,宽时域,阔频谱的要求.4)在系统的建设上,有着比较明确的阶段性目标.但系统的战术技术指标没有明确规定,对于系统建设阶段和作战使用阶段的技术以及其他方面的存在风险评估不足,且从一开始,资金方面就存在不足和不稳定
15、的问题.尽管美国的天基空间目标监视系统的研究还存在着种种不足,但仍然走在其他国家之前.2.1.2 加拿大的研究特点加拿大天基空间目标监视系统的研究有以下特点:1)监视手段的选择上,主要为可见光.2)监视卫星大小及数量的选择上,没有像美国那样采用大的星座监视系统,而是采用小卫星,利用了小卫星体积小,造价低,机动灵活等优势,并在一个小卫星平台上装载多种小型天基可见光监视仪器.卫星数量不多,但充分考虑了近地轨道上的目标卫星,地球同步轨道上的通信卫星和其他高轨目标卫星.加拿大天基空间目标监视系统的研究存在监视手段单一,监视功能不全,实时性不高的问题.2.2 国外研究的趋势分析在对美国,加拿大天基空间目
16、标监视特点分析的基础上,可以看出国外天基空间目标监视研究的 6 点趋势:1)国家的重视程度加大.2)监视手段仍主要为可见光,红外.但重视监视载荷的小型化,功能的互补性,全面性.3)监视功能更为全面.被监视的目标包括所有级别的导弹,低,中,高轨的卫星,空间碎片,太空粒子,气体污染,太空中,电离层以及大气层的物理状况,太阳黑子活动情况,磁场改变情况等.监测到的目标特征信息更加全面详细,空间目标识别能力将进一步增强.4)监视性能的要求进一步提高,以满足实时性,广空域,宽时域,阔频谱的要求.5)资金投入将进一步加大,系统规模进一步合理化.6)军事意义增强,重视对空间战场态势的实时感知能力.3 对发展天
17、基空间目标监视的启示各航天大国为了更有效地利用空间,更深入地探索空间,实时掌握航天器运行状况,都在积极拓展对空间物体的监视范围和提高观测精度,为未来空间作战提供及时,准确的空间目标信息,发展天基空间目标监视系统势在必行.通过分析国外天基空间目标监视系统的研究现状与特点,可得到以下 4 点启示:1)在监视手段的选择上,着重考虑可见光,红外监视设备,如宽视场可见光相机,窄视场可见光相机,“扫描型 “红外传感器 ,“凝视型“红外传感器等.对雷达设备用于天基空间目标监视也要做第 4 期王杰娟,等:国外天基空间目标监视研究现状与特点分析 37必要的分析,如激光雷达,合成孔径雷达等,尤其是合成孔径雷达.2
18、)在卫星数量的选择上,若采用单颗监视卫星,吸取加拿大的经验,最好在卫星平台上装载多种天基空间目标监视载荷,并充分利用其机动灵活性进行监视.对于可配合的监视手段,按照功能互补,扬长避短的原则进行组合,如宽视场与窄视场的配合,扫描型与凝视型的配合,监视距离远精度低与监视距离近精度高的配合,主动监视手段与被动监视手段的配合.若采用星座进行监视,吸取美国的经验,须根据监视目标,设计合理的星座及卫星数量,以满足大范围,高精度,实时监视的要求.3)在轨道的设计上,可用低轨监视卫星监视低轨和中轨目标卫星,用中轨监视卫星监视中高轨目标卫星,在发展初期,可先不考虑发展高轨监视卫星星座.若仅需要对中高轨目标捕获,跟踪和定位,可仅发展低轨监视网.低轨监视网不仅可以实现对低轨目标进行识别,也可以实现对中高轨目标进行跟踪和定位.4)在系统的建设上,须作必要的风险评估,
