美國研制靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星可偵察地球40%面積

近日，有媒體報(bào)道稱，美國國防部正在研究地球靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星，該衛(wèi)星運(yùn)行在3.6萬公里高的地球同步軌道，可對地球40%的面積進(jìn)行持續(xù)偵察。隨著武器裝備技術(shù)和戰(zhàn)場環(huán)境的演變，各航天大國對戰(zhàn)場持續(xù)偵察和監(jiān)視的需求延伸到天基偵察平臺，開始尋求具備持續(xù)偵察和監(jiān)視能力的光學(xué)偵察衛(wèi)星。

日前，有媒體報(bào)道稱，美國國防部正在研究地球靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星，該衛(wèi)星運(yùn)行在3.6萬公里高的地球同步軌道，可對地球40%的面積進(jìn)行持續(xù)偵察。由于地球靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星擁有超強(qiáng)的持續(xù)偵察能力，因此有“間諜衛(wèi)星之王”的稱號。目前，光學(xué)成像偵察衛(wèi)星作為許多國家重要的天基信息獲取系統(tǒng)，一直是各主要航天大國重點(diǎn)發(fā)展的裝備。

現(xiàn)役光學(xué)偵察衛(wèi)星為了保證分辨率，大多都運(yùn)行在地球低軌道或是太陽同步軌道上。而“間諜衛(wèi)星之王”的面世將顛覆現(xiàn)有光學(xué)成像偵查衛(wèi)星的態(tài)勢，理論上三顆地球靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星即可完成對全球的實(shí)時(shí)覆蓋。

站得高看得廣

靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星優(yōu)勢大

目前，世界各國現(xiàn)役的光學(xué)偵查衛(wèi)星的運(yùn)行軌道高度一般集中在幾百公里至一千公里左右。有些光學(xué)偵察衛(wèi)星為了獲得更大的偵察視場，覆蓋更廣的范圍，運(yùn)行軌道會高于1000公里。例如，美國的“8X”混合成像偵察衛(wèi)星，其運(yùn)行軌道高度為2000公里。還有聲名遠(yuǎn)揚(yáng)的美國KH-12“鎖眼”偵察衛(wèi)星，該衛(wèi)星全色分辨率可達(dá)0.1～0.15米，運(yùn)行在近地點(diǎn)398 公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)869公里的太陽同步軌道上。

光學(xué)成像偵察衛(wèi)星因在低軌道運(yùn)行，從而獲得了較高的分辨率，但從另一方面來講，低軌道的特性也使得常規(guī)光學(xué)成像偵察衛(wèi)星具有周期長、覆蓋范圍小等缺點(diǎn)。以KH-12為例，其繞地球軌道運(yùn)行一圈的時(shí)間為90.56分鐘，加上地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的因素，KH-12每天飛行至某一特定地區(qū)上空只有1～2次機(jī)會。因此，只要根據(jù)衛(wèi)星的運(yùn)行周期計(jì)算出過頂時(shí)間，采取相應(yīng)的措施就可以逃避KH-12衛(wèi)星的偵察。

隨著武器裝備技術(shù)和戰(zhàn)場環(huán)境的演變，各航天大國對戰(zhàn)場持續(xù)偵察和監(jiān)視的需求延伸到天基偵察平臺，開始尋求具備持續(xù)偵察和監(jiān)視能力的光學(xué)偵察衛(wèi)星。雖然通過光學(xué)偵察衛(wèi)星組網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)持續(xù)偵察能力的一個(gè)途徑，但這種方法存在耗資大等缺陷。

俗話說，站得高，看得遠(yuǎn)，現(xiàn)在站得高不僅要看得遠(yuǎn)，還要看得廣。由于提高衛(wèi)星軌道可使衛(wèi)星在偵察目標(biāo)上空駐留更長的時(shí)間，因此如果將衛(wèi)星軌道提升至地球靜止軌道，偵察衛(wèi)星就可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的長時(shí)間監(jiān)視和偵察。且人造地球衛(wèi)星靜止軌道只有一條，軌道傾角為零，只要在軌道上均勻分布3顆衛(wèi)星，理論上就可以基本覆蓋全球。

重量大口徑寬

靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星研制難點(diǎn)多

地球靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星的高時(shí)效性和持續(xù)監(jiān)視偵察能力，已成為當(dāng)前光學(xué)偵察衛(wèi)星的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，部署靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星的難點(diǎn)主要集中在光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)資料，如果將全色分辨率為0.1米的低軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星調(diào)到靜止軌道，其理論分辨率將會降到18米左右。但即便是這種分辨率，衛(wèi)星仍可以發(fā)現(xiàn)橋梁、公路等大型地面目標(biāo)。

擴(kuò)大光學(xué)系統(tǒng)口徑是提高分辨率的重要途徑，相對于低軌道光學(xué)偵查衛(wèi)星，要得到同等分辨率，如果采用增大光學(xué)系統(tǒng)口徑的方法，靜止地球軌道光學(xué)偵查衛(wèi)星的口徑需要比低軌道光學(xué)偵查衛(wèi)星的口徑大將近100倍。這不僅在物鏡光學(xué)加工制造上有極大的難度，而且衛(wèi)星龐大的體積和重量也會使目前的火箭讓其無法發(fā)射到太空。

因此，為了適應(yīng)未來靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星高分辨率偵察的需求，就需要在光學(xué)技術(shù)上有所創(chuàng)新突破，在目前火箭最大靜止軌道運(yùn)載能力的前提下，研制出符合戰(zhàn)術(shù)需求的光學(xué)偵察衛(wèi)星系統(tǒng)。

現(xiàn)在靜止軌道光學(xué)偵察技術(shù)主要有可展開光學(xué)技術(shù)、稀疏孔徑成像技術(shù)等。目前，美國研制的衍射光學(xué)薄膜技術(shù)就是一種可展開光學(xué)技術(shù)。衛(wèi)星入軌后展開直徑為20米的衍射光學(xué)薄膜，衛(wèi)星的凝視視場超過一千萬平方公里，分辨率可達(dá)2.5米。根據(jù)美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局的計(jì)劃，美國將分階段預(yù)研衍射光學(xué)薄膜技術(shù)，到2015年左右發(fā)射口徑為20米的原型驗(yàn)證系統(tǒng)，力爭在2020年前后發(fā)射首顆衛(wèi)星。

實(shí)時(shí)監(jiān)控全球覆蓋

航天偵察技術(shù)的一次革命

一旦高分辨率靜止軌道光學(xué)成像技術(shù)達(dá)到實(shí)用化，人類將實(shí)現(xiàn)對地全時(shí)段持續(xù)監(jiān)視目標(biāo)的能力，這絕對是航天偵察領(lǐng)域的一次革命。因?yàn)殪o止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星的成像幅寬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星，加上其通常采用的“凝視”技術(shù)，因此可同時(shí)觀測全視場內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象，這意味著其具備對運(yùn)動目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)視能力，極大提高了衛(wèi)星使用方的戰(zhàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)視和偵察能力。

此外，天基戰(zhàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)視和偵察能力的提升，也有助于強(qiáng)化使用方對時(shí)間敏感目標(biāo)的打擊能力�，F(xiàn)代戰(zhàn)爭對打擊時(shí)間敏感目標(biāo)的要求越來越迫切，對時(shí)間敏感目標(biāo)的打擊已經(jīng)成為奪取戰(zhàn)爭勝利的一個(gè)有效手段。以打擊航母為例，靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星利用其獨(dú)特的戰(zhàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)視和偵察能力，可實(shí)時(shí)監(jiān)視移動中的航母，再結(jié)合海洋監(jiān)視衛(wèi)星和超視距雷達(dá)，就可以及時(shí)可靠地對航母編隊(duì)進(jìn)行監(jiān)視，為反航母作戰(zhàn)提供精確的實(shí)時(shí)信息。

雖然靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星技術(shù)還處于發(fā)展之中，但其廣闊的運(yùn)用前景已經(jīng)引起了各航天大國的高度重視。目前，美國、法國、俄羅斯等航天大國都正在積極發(fā)展靜止軌道光學(xué)偵察衛(wèi)星技術(shù)。