照相偵查衛星

照相偵察衛星是利用所攜帶的光學遙感器和微波遙感器拍攝地面一定範圍內的物體產生高解析度圖像的衛星。主要用於戰略情報收集、戰術偵察、軍備控制核查和打擊效果評估等目的。這類衛星的高度一般為幾百公里。它把目標的圖像信息記錄在膠片或磁記錄器上，然後通過返回式衛星送回地面，或用無線電傳輸方式實時或延時傳回地面。這些信息經過加工處理後，就能判讀和識別目標的內容細節並確定其地理位置。與一般的民用對地觀測衛星相比，照相偵察衛星的最主要特點是地面解析度較高，至少優於5m。為了提高解析度，照相偵察衛星不僅需要先進的遙感器，而且衛星本身要運行在近地軌道，並進行高精度軌道及姿態控制，以保持所拍攝圖像的清晰。照相偵察衛星種類繁多，性能各異。

基本介紹

• 中文名：照相偵查衛星
• 對象：光學遙感器
• 對應：微波遙感器
• 屬性：提高解析度

工作原理分類

按星載遙感器的不同，可分為光學照相偵察衛星和雷達照相偵察衛星兩類。光學照相偵察衛星作為一種重要的空間偵察手段，被喻於太空中的“眼睛”，它是利用光學成像設備進行偵察，獲取軍事情報的衛星。目前最好的光學照相偵察衛星所拍攝的圖像可以分辨出汽車尾部的牌照。雷達成像偵察衛星則可以彌補光學成像偵察衛星的不足，其獨特的穿透偵察能力，對於夜間和全天候監視非常有用。比較典型的是美國的“長曲棍球”系列。

按偵察信息送回地面方式的不同，可分為返回型和傳輸型。返回型是將拍好的膠捲存入回收艙中返回地面，其優點是圖像解析度高、直觀，易於識別分析，缺點是回收不及時，容易貽誤戰機。傳輸型是先把圖像信息記錄在磁帶上，當衛星飛到地面接收站的控制區時，將圖像信息傳送到地面，由地面進行處理、識別。它的優點是地面收到信息快，但圖像解析度不高。

按偵察能力可分為普查型和詳查型兩種。前者解析度為3～5m，一幅圖片的面積達幾千到一兩萬平方千米，主要用於大面積監視目標地區的軍事活動、戰略目標和設施的特徵以及對危機地區和局部地區的戰略偵察；後者的解析度優於2m，一幅圖片可覆蓋幾十到幾百平方千米，主要用於獲取局部地區重要目標詳細信息的戰略和戰術偵察。

發展現狀

美國從1959年開始研製照相偵察衛星。“發現者”號是第一代回收型照相偵察衛星。該衛星採用可見光照相和膠片艙返回的方式，從1962年美國開始KH(即keyhole“鎖眼”)系列衛星研製計畫。

其中“科羅納”計畫的衛星KH-1、2、3、4為第1代，“氬”計畫的衛星KH-5，“火繩”(又叫牽索)計畫KH-6為第2代，“後發制人”(又叫策略)計畫的衛星KH-7、8為第3代，“六角”計畫的衛星KH-9(俗稱“大鳥”)為第4代，“凱南/晶體”計畫的衛星KH-11為第5代，“偶像”計畫的衛星KH-12為第6代。

KH-1到KH-4均使用差別不大的全景式相機或畫幅式相機，而KH-7以後的衛星所攜帶的遙感器則有了質的飛躍，對軍事目標判別有重要意義。KH-7是第一批真正的詳查型衛星，每顆衛星用兩個回收膠捲艙將膠捲送回地面，其解析度為0.5m，工作壽命一般為5天；KH-8是KH-7的改進型，該衛星除了有紅外相機和多光譜掃瞄器外，還裝備了高解析度測繪全景相機，解析度達0.15m，而且衛星具有機動變軌能力，工作壽命達30天；KH-9代表了美國光學照相偵察衛星向綜合型偵察衛星發展的趨勢，既能普查，又能詳查。這種衛星兼有回收型和傳輸型兩種工作方式，每顆衛星重13.1～13.4噸，裝有多種遙感器，其中4個獨立的膠捲回收艙用於傳送解析度達0.3m的詳查信息，星上直徑6.1m的展開式天線過頂傳輸普查信息，衛星工作壽命達71～275天；1976年12月19日發射的第1顆KH-11衛星使美國獲得了衛星實時偵察能力，KH-11既能詳查也能普查，普查時的解析度為1～3m，詳查時的解析度可達0.15m。目前在軌運行的KH-12是1990年2月28日開始發射的，對地解析度達0.1m。

繼美國之後，前蘇聯也於1962年4月26日成功發射了首顆照相偵察衛星“宇宙-4”號。迄今為止，前蘇聯光學偵察衛星共歷經了6代。第1～4代為膠片回收型光學成像衛星，其中第1～3代的解析度為1～4m，第4代採用兩台相機，分辨力達到0.3m。第5代屬可機動高解析度傳輸型衛星，帶有光電遙感儀(CCD相機)，使衛星具有實時偵察能力，重約6700kg，其地面解析度大於3m，是類似於KH一11的普查衛星。第6代照相偵察衛星裝有高性能的光學系統及供實時數字圖像傳輸的現代電子設備，可提供實時數字圖像，具有多次變軌能力，可降到150km高度清晰拍照，它也可以拋下回收型膠捲艙，具有雙重功能。

目前，法國，德國，義大利、西班牙和英國等歐洲國家正在合作研究多種偵察衛星系統，建立自己的偵察衛星體系，旨在21世紀成為世界上第三軍事空間集團。另外，日本、以色列、印度等國也在建立本國的偵察衛星體系。

典型系統

KH-12是美國現役的光學成像偵察衛星，從1990年2月28日開始發射的，至今已經發射了5顆，是美國目前空間照相偵察的主力。星上載有一個反射望遠鏡系統，一台紅外掃瞄器，一個獨立的遙感器包(包括光電增強管、專題測繪儀、多譜段掃瞄器等)和高解析度CCD可見光相機等設備。星體全長13.1m，直徑4m。直徑4m的星體本身就是一個大的反射望遠鏡的鏡體，可以在800km的空中分辨0.1～0.15m的物體。還裝有被稱為“星光視野”的暗視裝置，可以進行夜間偵察。

據新的報導，KH-12/5和KH-12/6已分別於2001年10月5日和2005年10月19日由大力神4發射升空，用於替代即將退休的KH-12/3和KH-12/4。

運作機理

KH-12主要通過星上的CCD可見光相機獲取地面可見光譜段圖像型偵察信息。望遠鏡系統將地物的輻射能量引入視場，然後進行光譜分離，形成的圖像經放大數位化後，傳送到中繼衛星或其它衛星，再轉發至地面處理中心。地面處理中心首先進行原始觀測圖像的光學和幾何學校正預處理，然後進行衛星圖像的套用處理，提供標準規格圖像產品，編製圖像型或數據型情報信息，進行戰略或戰術的判讀作業。星上的紅外和多譜段掃瞄器則可不分晝夜地確定飛彈、車隊和發射架的位置，並能把偽裝的人工植被同真實的樹木區分開來。

技術特點

KH-12能以與“哈勃”空間望遠鏡一樣的方式進行成像，衛星上的紅外相機可發現地面偽裝物、飛機發動機和大煙囪等有熱源的目標。衛星上的高級“水晶”測量系統(ICMS)可使數據以格線標記進行傳輸。另外星上還裝有雷達高度計和其它用於測量地形高度的感測器。除第1顆KH-12運行在800km以外，其它5顆都運行在270～1000km的軌道上。KH-12的燃料用完之後可由太空梭進行在軌加注，因而該星的機動變軌能力很強，其設計壽命達8年。不僅有可見光/近紅外成像儀，還增裝了熱像儀，可用於監測地下核爆炸或其它地下設施。總結起來，KH-12有以下幾個特點。

(1)採用大型CCD多光譜線陣器件和凝視成像技術，使衛星在取得高几何解析度能力的同時還具備多光譜成像能力；

(2)星載光學感測器結合圖像增強管技術大大提高了低光度條件下的成像質量；

(3)載有大量燃料，使衛星變軌能力很強，能滿足現代戰爭的需要；

(4)通過跟蹤與數據中繼衛星實現大量高速率的圖像數據實時傳送，因此能在全球進行實時偵察；

(5)星上裝有GPS接收機、雷達高度計和水平感測器等，對目標定位十分準確。

發展趨勢

衛星的尺寸將向兩極發展

衛星的尺寸將向兩極發展

一是發展更大的照相像偵察衛星，如新的照相偵察衛星KH-13，其重量將達20噸；二是向小衛星方向發展，美國將小衛星劃分為微衛星(10～100kg)、納米衛星(1～10kg)、微微衛星(小於1kg)等。現在已經出現了一些性能保持不變，但成本和重量比傳統衛星降低一個數量級的微衛星、納米衛星，甚至更小的微微、毫微微衛星。微衛星和納米衛星由於批量生產降低製造費，重量和體積小，發射費用低，所以全壽命費用也較低。

建立星座系統

建立星座系統

像解決KH-11、12存在的地面覆蓋範圍太窄、駐留時間太短等問題，有兩種方法，一是發射小衛星群代替目前的KH-12；二是衛星運行在高軌道，幾顆衛星組網建立星座系統。在提高單星偵察能力的基礎上，發展信息獲取網路並把時間、空間、光譜3種解析度進行有機結合。美國國家偵察局設計出的下一代成像偵察衛星星座——“未來成像體系結構(FIA)”，以取代現有的成像偵察衛星群。法國也發射了一顆性能與“太陽神1A”基本相同的“太陽神1B”衛星，二星配對使用；同時正在研製中的解析度更高的“太陽神2”衛星也準備配對使用。日本也將發射由4顆衛星組成的日本偵察衛星星座。以色列也表示要建立本國的偵察衛星星座。

採用超多譜段成像技術和雷達成像技術

採用超多譜段成像技術和雷達成像技術

超多譜段成像技術利用幾百個窄的頻譜通道獲得高解析度，以提高探測偽裝和模糊目標的能力。超多譜段遙感器具有精細的光譜分辨能力，能從獲取的遙感數據中直接分析目標的物質成分，從而有效地分辨目標。1997年8月，美國空軍與軌道科學公司簽訂了契約。軌道科學公司使其將於1999年發射的“軌道觀察-3”(OrbView-3)高解析度商業遙感衛星增加超多譜段成像能力，以向空軍提供超多譜段圖像。該衛星的超多譜段遙感器將以數百個譜段和5～8m的解析度對地面成像，能給出被成像表面常規光學儀器所探測不到的細節。美國軍事官員認為，這種遙感器將能探測到諸如坦克之類的戰術目標，即使這類目標隱蔽在樹冠或偽裝網下面也逃不過它的眼睛。超多譜段遙感器的套用將大大提高對目標的識別能力。另外軌道科學公司與空軍合作的“作者戰1”(WF-1)、航宇局的“地球軌道者1”、海軍的“海軍地球測繪觀察者”都屬於這類探索性衛星。超多譜段探測成像只是為探測目標提供一些數據，如果同全色和雷達探測裝置的立體信號相結合，探測目標能力將有大幅度提高。“軌道觀察-4”(OrbView-4)的成像裝置將提供幅寬為8km的1m解析度的全色圖像和4m解析度的多頻譜圖像；以及幅寬為5km的200個通道的超頻譜圖像。這些圖像可以實時傳輸給世界各地的地面站，也可以存儲在星上，回傳給位於美國的主站。

另外，天基雷達探測技術發展也很快。其主要優點是可以晝夜、全天候偵察和監視。美國於1988年發射了第一顆雷達偵察衛星，目前美國雷達衛星領先於其他國家。美國防高級研究計畫局1997年初提出"發現者-2"倡議，它由軌道高度為700km的24顆衛星組成，15min可以重訪任何地點，若增加另外13顆衛星，則每8min就可以重訪一次，解析度達1m。如果詳查，可達0.3m。天基雷達監視的支撐技術包括時空自適應處理、薄ESA天線、低功耗處理器、地理資料庫等。