文武双全的“天基红外系统”

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  据美国全球安全网2010年12月13日报道,美国已成功完成首颗“天基红外系统”地球静止轨道卫星的最终集成系统测试,该卫星将于2011年春天用宇宙神一5火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射,它将显著提升美国的导弹预警能力和对其他重要国家安全任务的同步支持能力,包括导弹防御、技术情报和战场太空感知。
  “天基红外系统”是美国新一代导弹预警卫星,它将替换导弹预警能力较弱的“国防支持计划”卫星,具备空前的、稳固的全球红外监视能力。
  
  新科状元有高招
  
  导弹预警卫星是美军反导体系的重要组成部分,其预警能力的高与低,提供预警时间的多与少,是导弹拦截成功与否的关键。由于美国现役的第三代“国防支援计划”导弹预警卫星只能用于战略导弹的预警,对战术导弹的预警力不从心,所以美国目前正在积极研制可同时预警战略导弹和战术导弹的“天基红外系统”
  新一代导弹预警卫星,后者可监视和预警全球导弹发射,包括发射时间、地点、弹头轨迹以及着落地点估计等;为“战区导弹防御系统”和“国家导弹防御系统”指引目标,提供技术情报;侦察世界上导弹发射试验,收集有关对方导弹技术情报;侦察战场情况,为美军及同盟军提供情报支持;侦察全球核爆炸。
  “天基红外系统”能大大提高美军的导弹预警能力和反导作战能力。它由高轨道卫星、低轨道卫星和地面站组成。
  其高轨道部分由5颗地球静止轨道卫星(其中1颗为备份)、2颗大椭圆轨道卫星组成,主要侦察、跟踪来袭导弹的主动段,为美国最高指挥当局和作战部门,提供全球范围内与战区有关的战略、战区导弹或其他在发射、助推飞行和下落阶段的红外数据,其中的大椭圆轨道卫星专门用来探测俄罗斯和周边地区的洲际导弹发射及北方水域的潜射导弹发射。
  其低轨道部分由20多颗左右的小卫星组成,它们能跟踪、鉴别全球范围内来袭导弹发射后的全过程(中阶段和着落前阶段),同时也提供导弹发射场和其他技术情报,而不只在导弹发射的“热推进阶段”进行跟踪,以有效地为导弹防御系统提供精确的瞄准数据,包括提供弹道中段的精确跟踪与识别,并将引导数据提供给导弹拦截弹。通过这种不同轨道的多星组网方式,能具有全球覆盖的预警能力,提高星上探测器的时间分辨率,从而有助于探测那些采用机动发射架进行的导弹发射。
  与“国防支援计划”相比,“天基红外系统-高轨道”卫星最大的改进是采用双探测器体制,每颗卫星都装有1台高速扫描型探测器和1台凝视型探测器,前者用于扫描南北半球,探测导弹发射时喷出的尾烟,如果发现目标则将信息提供给凝视型探测器;后者将导弹的发射画面拉近放大,紧盯可疑目标,获取详细的目标信息。这就如同看书时,总是先快速翻阅,只有发现感兴趣内容时,再进行仔细品味。
  这种双探测器体制工作方式,可使卫星的扫描速度和灵敏度比“国防支援计划”高10倍,有效地增强探测战术导弹的能力。它能够在导弹刚一点火时就探测到其发射,在导弹发射后10~20秒内将警报信息传送给地面部队。
  
  低轨卫星神通广大
  
  “天基红外系统-低轨道”星座计划部署在1600千米高的3~4个大倾角低地球轨道面上。它们除具备“天基红外系统一高轨道”特点外,还能跟踪发热的弹体、助推级之后的尾焰及最后的再入弹头,实现对导弹发射的全过程跟踪。所以可以用于收集、处理和发送所有级别(从机动导弹到洲际弹道导弹和潜射弹道导弹)的弹道导弹发射的情报,对导弹袭击进行早期预警、跟踪和实时向国家导弹防御系统中指挥拦截弹道导弹的指挥系统传送弹道导弹在弹道全程上的飞行数据。
  每颗“天基红外系统-低轨道”卫星也装有2台红外探测器:宽视场扫描型短波红外捕获探测器(在发射阶段观测明亮的导弹羽烟)和窄视场凝视型多色(中波、中长波和长波红外及可见光)跟踪探测器(在中段和再入段跟踪导弹)。前者利用扫描折射望远镜和短波红外焦面阵列提供高分辨率地平线到地平线覆盖,以探测和跟踪沿主动段飞行的导弹,然后将捕获到的导弹信号移交给跟踪探测器;后者利用动作“敏捷”的望远镜提供地平线以内和地平线以上的覆盖,以跟踪沿弹道中段飞行的目标弹体和沿末段飞行的再入弹头,为国家导弹防御系统和战区导弹防御系统提供高精度的目标瞄准数据,从而实现对导弹发射的全过程跟踪。同时,卫星上的处理系统将预测出导弹弹道以及弹头的落点。
  整个“天基红外系统-低轨道”系统能获得弹头的精确位置、速度和加速度数据,大大降低反导系统的部署数量;还可用于监测空间物体,避免航天器发生碰撞。该系统总共可实时跟踪100多个目标。
  “天基红外系统-低轨道”有不同轨道配置:用于完成美国“国家导弹防御系统”任务时,它可优化为3条轨道21颗星,为“国家导弹防御系统”提供全球范围内的全天侯监测,它被要求在2011年“国家导弹防御”计划的第2阶段开始服役;用于完成导弹预警、导弹防御、技术情报、战场描述这4项任务时,它可优化为4条轨道至少28颗卫星。
  这些低轨道卫星将成对工作,以提供立体观测。整个低轨道卫星星座是利用卫星内部的交叉链路连接在一起的,每对卫星通过60兆赫的卫星间链路进行相互通信。当第1颗卫星所跟踪的导弹离开它的视线后,它可以将目标的位置告知第2颗卫星,第2颗卫星将继续跟踪目标并将有关引导信息提供给反导部队。必要时,这种传递可以在整个星座中继续下去,直到目标被摧毁或无法再探测到为止。
  为了避免高轨道和低轨道星座相互混淆,2002年11月五角大楼将“天基红外系统-低轨道”改称为“空间跟踪与监视系统”。
  
  试验卫星亮相太空
  
  2009年5月5日,1枚德尔它-2火箭成功发射了1颗美国导弹防御局“空间跟踪与监视系统”试验演示卫星。它耗资4亿美元,使用了美国导弹防御局的原型遥感器技术,是一颗用于研究与开发的卫星,用于测试新型遥感器及其跟踪弹道导弹的能力,所演示验证的技术将用于“空间跟踪与监视系统”。
  2009年9月25日,1枚德尔它-2火箭成功发射了2颗“空间跟踪与监视系统”试验演示卫星,以验证天基探测器的主要功能,同时协助弹道导弹防御系统使火控系统回路闭合。它们是“空间跟踪与监视系统”计划的重要组成部分,能向地面拦截弹传递符合精度和时间要求的导弹跟踪数据,使拦截弹成功地对目标进行拦截。这2颗卫星由诺格公司建造,质量约2267千克,装有1台用于跟踪导弹的多频段红外搜索探测器和1台类似于美国空军其他防御卫星的凝视型跟踪探测器,具有在可见光和红外光谱范围内探测目标的能力。它们用于演示对各个飞行阶段的弹道导弹的跟踪能力,证明 “空间跟踪与监视系统”星座具有每天24小时覆盖全球、每周7天监视弹道导弹事态变化,以及全程跟踪弹道导弹及其再入弹头的能力。星上的红外敏感器件可使探测器不像雷达一样受某些因素的限制,并且可提高拦截弹的目标截获能力。
  “空间跟踪与监视系统”试验演示卫星将对所装载的Block2006探测器进行在轨测试,探测目标包括地面、空中目标和近、远程导弹。Block2006有效载荷由一套红外探测跟踪遥感器组成,它能被集成到“空间跟踪与监视系统”卫星上。这种导弹预警探测技术可在地平线上方和下方进行探测和跟踪,还能够对导弹从发射到飞行中段进行实时的探测和跟踪。这些遥感器可与其他导弹防御系统进行无缝的数据协同,还支持超远程的处于飞行中段的导弹威胁探测。它们灵活性更高、能力更强、更可靠,能够更快速地向战区指挥官传送情报。
  2010年6月,这2颗“空间跟踪与监视系统”试验演示卫星在太空通过了一系列重要的试验,测定了3枚导弹发射,并成功向地面观测者传回了追踪的弹道数据:在6月6日的试验中,卫星探测并追踪了由美国导弹防御局发射的两级陆基拦截器的飞行过程,并向地面中继站传回了数据;在6月16日的试验中,卫星监视了由美国空军发射的“民兵”洲际弹道导弹,完美地探测并追踪了洲际弹道导弹撞击目标前大约30分钟的时间内7700千米的飞行;第三次试验是在6月28日进行的,在一次拦截试验中观测了“末段高空区域防御”导弹的发射,为未来导弹防御星座铺平了道路。每颗卫星都装有发射遥感器,可以收集导弹点火第一个助推器的信号;还装有跟踪传感器,追踪导弹飞行过程中的红外信号。这2颗卫星以不同角度观测导弹,一颗卫星以地球为背景观测了导弹,另一颗以太空为背景进行观测。结合两颗卫星的视角提高了“空间跟踪与监视系统”试验演示卫星的精确性。
  2010年7月19日,美国“空间跟踪与监视系统”试验演示卫星中的1颗探测并跟踪了一个常驻太空目标——另一颗卫星。此外它还首次使用多个遥感器波段,跟踪了1颗美国气象卫星,跟踪持续了几分钟。该卫星上遥感器向下查看地平线时,以地球为背景跟踪目标;向上越过地平线时,以太空为背景追踪目标,从而实现了全程精度跟踪弹道导弹。探测并跟踪一个常驻太空目标是此类天基遥感器的另一项指标,跟踪气象卫星是其一项重大成就。“空间跟踪与监视系统”对中程弹道导弹目标的替代品(气象卫星)实施了精确追踪。导弹防御局进行的这一验证项目是弹道导弹防御系统的天基遥感组成部分,用于降低“空间跟踪与监视系统”方案的风险,支持未来导弹防御运行卫星星座方案的研发和部署。
  目前,美国还在研制被称为“备用红外卫星系统”的第3代红外监视系统,被当作是“天基红外系统”的备选系统。它主要包括两个基础部分:一个是由SAIC公司建造的试验遥感器,另一个是雷神公司建造的试验遥感器。
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