飛彈預警衛

飛彈預警衛星是一種監視、發現和跟蹤敵方彈道飛彈，進行早期報警的遙感類偵察衛星，美、俄均有。同時又是一種較特殊的成像衛星，它利用天基探測器，通過對飛彈發射主動段羽焰的紅外輻射(一切物體，只要其溫度高於絕對零度。

基本介紹

• 中文名：飛彈預警衛星
• 類型：遙感類偵察衛星
• 功能：監視、發現和跟蹤敵方彈道飛彈
• 擁有國家：美、俄

簡介

就會有紅外輻射)等探測成像，將紅外輻射圖像信號變換為數位化電信號傳輸，經處理識別後提供敵方飛彈襲擊的預警信號。在作戰中，對來襲彈道飛彈的整個彈道進行跟蹤，並將彈道估算數據提供給攔截飛彈，以便使其在中段實施攔截。

預警衛星作為反彈道飛彈武器的預警系統的重要組成部分是用於早期發現彈道飛彈及其發射陣地、測定彈道參數、判定飛彈將要攻擊的目標，為國家戰略防禦決策提供預先警報住處的系統。位於太空的預警衛星不受地球曲率的限制，居高臨下，覆蓋範圍廣，能及早發現在空間運動的彈道飛彈或其它飛行器。在洲際彈道飛彈發射起飛後5min即可報警，並預測其彈道參數，預警時間可達25min(射程8000～13000km的彈道飛彈飛行時間約30min)。

發展

1.1美國飛彈預警衛星

飛彈預警衛星是由美國於50年代末期率先研製的。1960~1966年，美國先後發射了12顆米達斯號試驗型預警衛星。1966年底至1970年9月，美國又發射41顆新型預警衛星，作為部署工作型衛星之前的過渡性措施。從1970年11月開始，美國實施綜合飛彈預警系統計畫即647計畫，在地球靜止軌道部署工作型衛星。該系統1972年投入使用時只有2顆衛星，後來又發射多顆衛星進行完善和衛星的更替。一般情況下，該系統由5顆647衛星、兩個大型地面站和簡化處理站組成，其中3顆衛星工作，兩個備用。工作衛星能在飛彈發射後90s內向地面接收站傳送警報信息。分別定位於赤道上空3.6萬公里、依次為東經60度、西經0度和西經134度的3顆工作衛星組成的預警網，已觀測到美、法等國數以千計的從地面和潛艇上進行的飛彈發射。在1991年的海灣戰爭中，美國愛國者飛彈以較高的命中率攔截了

伊拉克的飛毛腿飛彈，這種預警衛星起了很大作用。

美國於70年代初將“國防支援計畫”(DSP)飛彈預警衛星送上太空，至今DSP衛星已發展到第三代。第一代共發射了7顆，第二代共發射了8顆，從1970年11月開始陸續發射第三代DSP衛星，迄今共發射了18顆。第三代DSP衛星系統採用地球同步軌道，DSP-Ⅲ衛星重2360kg，設計壽命9年，外形為長10m，直6.74m的圓柱體，首顆衛星於1989年6月14日發射。

與“國防支援計畫”衛星相比，“天基紅外系統”衛星將能完成更多的任務，包括飛彈預警，為防禦飛彈指引目標，提供技術情報和戰場態勢信息等。

“天基紅外系統”是由美國空軍研製的下一代天基紅外監視系統，也是美國國家飛彈防禦系統的一個組成部分。天基紅外系統的任務是戰略和戰區飛彈預警；跟蹤從初始助推階段到飛行中段的飛彈目標，為飛彈防禦指示目標；提供技術情報；增進戰場態勢感知。它由高軌道和低軌道兩大部分組成：高軌道部分由5顆靜止軌道衛星(其中 1顆為備份)、2顆大橢圓軌道衛星組成，主要跟蹤飛彈主動段，也就是飛彈點火階段的偵察和跟蹤。定向和控制設施(PCA)是“天基紅外系統”高軌道部分地球同步軌道衛星的一個重要的、高度綜合的設備，它可以確保衛星的兩個光學系統對指定的區域進行掃描和凝視，使操作人員能夠根據國家優先權修改需要監視的區域。它的主承包商洛克希德·馬丁公司，和有效載荷提供商諾斯羅普·格魯曼公司已經完成了高橢圓軌道衛星有效載荷的研製，首顆地球同步軌道衛星將在2008年發射。

1.2俄羅斯的飛彈預警衛星

與美國相比，俄羅斯的飛彈預警衛星計畫起步稍晚，於1967年開始發射預警衛星，大部分採用大橢圓軌道，遠地點在北半球，軌道高度約4萬千米，近地點在南半球，軌道高度約600km，衛星運行周期約12h，其中8h位於北半球上空，如要提供24h監視，需在這樣的軌道上等距離部署3～4顆衛星。俄羅斯目前已有9顆大橢圓軌道預警衛星在軌工作，已形成對美國全境洲際飛彈發射場的全天時覆蓋，其預警能力與美國相當。1975年以後俄羅斯也開始發射同步軌道預警衛星，目前也有9顆衛星在軌，工作壽命4年以上。

俄羅斯的飛彈預衛星主要由兩個系列組成，分別是“眼睛”和“預報”系列，其中“眼睛”系列計畫採用9顆衛星組網工作，軌道面間隔40度，下發頻率在2274~2304MHz之間。20世紀90年代以來，由於俄新衛星的發射未能及時彌補舊衛星的退役，致使“眼睛”系列在軌工作的衛星數量大為減少，目前僅有3顆“眼睛”系列衛星在軌工作，前2顆於2002年發射，第3顆於2006年發射。但目前已無法對北半球大部分國家和地區實施24h不間斷的覆蓋，但仍然有一定的預警能力。而俄“預報”地球同步軌道飛彈預警衛星採用4星組網工作模式，主要監視來自美國東部和歐洲大陸的陸基飛彈以及來自大西洋的潛射飛彈對莫斯科構成的威脅。這種組網模式可以形成橫貫美國東海岸至中國東部的飛彈發射監測帶，與設計中的9星大橢圓衛星組網模式相互補充，進一步提高飛彈預警能力。

關鍵技術

2.1 紅外掃描望遠鏡

它基於內光電效應進行光電探測。它需要由專門的製冷器對其進行低溫製冷來保證其具有足夠的探測靈敏度以收集飛彈噴焰的紅外輻射。

2.2 可見光電視攝像機

高解析度可見光電視攝像機，可防止把高空雲層反射的太陽光、地球上的火災等誤認為是飛彈噴焰而造成虛警，沒有發現目標時，攝像機每30s向地面傳送一次電視圖像。一旦紅外望遠鏡發現目標，攝像機就會對準目標，並向地面發回圖像，粗略顯示飛彈的主動段運行軌道。

2.3 中子計數器和X射線儀

它們都是核爆炸輻射探測器，用於監視核試驗情況，並可精確測定核爆炸位置。

2.4 凝視感測器

天基紅外系統的凝視感測器採用精確的兩維陣列跟蹤飛彈，可將飛彈運動的畫面拉近放大，並能在10～20s內將預警信息傳給地面防禦系統，其掃描速度和靈敏度比DSP(只裝備紅外掃描感測器)高20倍以上。

2.5 紅外望遠鏡

由紅外探測器陣列和施密特望遠鏡組成。施密特望遠鏡由球面主反射鏡和消球差校正透鏡組成，結構簡單，容易校正和安裝，成像質量好。消球差校正透鏡裝在望遠鏡的底部，紅外輻射能量就是通過它來收集的。目前，DSP衛星上配有由6000個硫化鉛探測元組成的焦面陣列，能探測到波長為27μm左右的紅外輻射；焦面陣列的末端還固定著一組碲鎘汞探測元，能探測到43μm波段的輻射。這樣，探測器不僅對飛彈助推段而且對飛彈飛行中段都具有很強的探測能力。

未來發展動向

根據美國航天司令部2020年長期規劃中關於預警部分的說明，美國的空間預警能力在未來20年內會有突破性的發展。

3.1 DSP衛星的後續計畫

為了解決DSP系統在海灣戰爭中所暴露出的致命缺點，美國國防部和空軍在海灣戰爭後又制訂了多項後續計畫。

3.1.1 “(ALERT)”計畫

為了提高DSP衛星數據的處理速度，ALERT計畫在飛彈發射後幾分鐘內預警並攔截來襲目標，以適應高技術戰爭的要求。為此，ALERT系統採用多CPU的計算機對DSP衛星數據進行快速處理，計算速度為15億次/秒。

3.1.2 “眼鏡蛇響聲(CB)”計畫

為了提高DSP衛星探測能力，CB計畫要求研製一種新型的紅外遙感器，以代替DSP衛星上使用的雙波段設備。主要改進之處有以下4個方面。

(1)採用3個焦平面，通過濾光片旋轉實現波段快速切換；

(2)快速掃描成幀技術；

(3)提高儀器的靈敏度；

(4)高速星上存貯器，可存貯 100s(速率為192Mbit/s)的 DSP衛星數據。

該計畫於1995年與SBIRS計畫結合，CB紅外感測器將套用到SBIRS的高軌衛星上。

3.1.3其它研製計畫

除上所述，美國在星載飛彈預警領域還制訂了多項試驗性計畫，如下。

(1)“綠色森林(Forest Green)”計畫。它是一項探測飛彈技術性能和核能試驗的計畫，採用的是電子光學探測器，而不是通常的紅外探測器；

(2)“紅鼻鳧(Teal Ruby)”計畫。這是一項試驗計畫，於1985年立項，進行了 1次發射，壽命為1年。星上遙感器是 1台有13個窄波段(2.5～15.5μm)的紅外裝置，每個紅外焦平面陣列上有1024個像元。

3.2研製"天基紅外系統"(SBIRS)計畫

3.2.1縮短數據後期處理時間，延長現有預警系統的預警時間

1995年，美國空軍研製了“戰區空襲和發射預報”(ALERT)系統。它是一套由位於科羅拉多州的空軍第21航天聯隊第11航天預警中隊負責操縱的地面接收處理站。系統接收“國防支援計畫”衛星的數據，結合其它輔助信息來探測、識別和跟蹤飛彈發射，通信高速通信網，為戰區提供飛彈發射和射向的精確預警。“戰區空襲和發射預報”系統的核心是每秒運行15億次的中央戰術處理單元(CTPE)。利用“戰區空襲和發射預報”系統，同樣探測“海珊”飛彈發射，海灣戰爭時最少需要2min才能發出警報，而現在只需30s左右即可向戰區發出警報。

1997年，陸軍和海軍共同研製了“聯合戰術地面站”(JTAGS)系統。它是可機動部署在戰區的“國防支援計畫”處理系統，能同時接收2顆以上的“國防支援計畫”衛星的數據，進行綜合處理，直接為戰區提供導預警服務，大大縮短探測飛彈發射並提供警報的時間。“聯合戰術地面站”系統裝在軍用標準櫃內，可由機動牽引進行轉移或部署，還可由C-141運輸機或其它大型飛機等進行遠程運輸。目前，美國已經在海外(德國和韓國)部署了2套“聯合戰術地面站”，在國內部署了3套“聯合戰術地面站”。通過這些新型的“國防支援計畫”支持系統，能夠挖掘出“國防支援計畫”預警系統的潛力，提高預警戰術飛彈發射的能力。

3.2.2建設新系統，從根本上提高預警能力

“天基紅外系統”由高軌和低軌兩大部分組成：高軌部分是由4顆同步軌道衛星和兩顆高橢圓衛星和1顆同步備份星組成的7星分系統，主要跟蹤飛彈主動段。該系統將代替現在的“國防支援計畫”衛星。2004年發射第一顆衛星，2008年發射完畢。低軌部分衛星原來構想的

星座系統包含20顆星，2006年首次發射，2011年發射完畢。後來改變為24顆衛星，現在計畫變更為30顆衛星，2006年首次發射，2011年發射完30顆。它將提供遠距離戰術和彈道飛彈攻擊警報，並可以跟蹤飛彈發射後的全過程。天基紅外系統低和天基紅外系統高可以相互補充。天基紅外系統高分辨彈頭和誘餌的能力不強，而這恰恰是天基紅外系統低的主要任務之一。使用光學、中和長波紅外探測裝置，該系統可以區分空間中哪個物體威脅最大。通過這種不同軌道的多星組網方式，有效擴展了預警覆蓋範圍，提高了探測器的時間解析度，有助於探測用機動發射架進行的飛彈發射。

表1 美國2020年預警能力和目標

時間類型	1998	2005	2012	2020
探測/覆蓋範圍（彈道飛彈）	利益區			全球
跟蹤/覆蓋範圍（巡航飛彈/其他）	<10%		50%	全球
識別地球坐標精度	10km	米級		分米級
目標類型	有限目標群			所有重要目標
生存能力	有限			各級衝突
實時探測和識別	幾分鐘			近實時
生成預警信息	人工話音/有限自動/幾分鐘			近實時、全自動

結束語

冷戰結束後，美俄兩國飛彈預警衛星發展逐步走向合作，共享雙方預警衛星所得的數據，為衛星技術改進創造了良好的條件。由於預警衛星投資相當巨大，法、日、英、德等國難以單獨發展衛星預警系統，因此，今後衛星預警發展將趨向國際化合作的道路。