国外军事侦察卫星的发展状况_闻新

2001年8月第29卷　第4期

现代防御技术

MODERNDEFENCETECHNOLOGY

Aug.2001Vol.29　No.4

国外军事侦察卫星的发展状况

闻　新,陈勃红

1

2

(1.中国航天机电集团公司研发中心,北京　100830;2.沈阳大学,辽宁沈阳　110044)

摘　要:介绍了国外侦察卫星的分类和发展,分析了目前世界最先进的侦察卫星的性能和特点,指出了其未来的发展趋势。

关键词:卫星侦察;技术现状;系统

　　中图分类号:V474.2+7　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-086X(2001)04-0005-04

+

AReviewofTechnicalDevelopmentofMilitaryReconnaissanceSatelliteAbroad

12

WENXin,CHENBo-hong

(1.ChinaAerospaceMachineryandElectronicsCorporationR&DCenter,Beijing100830,China;

2.ShenyangUniversity,Shenyang110044,China)

Abstract:Theclassificationanddevelopmentofreconnaissancesatelliteareintroduced,andtheper-formanceandcharacteristicofthemostadvancedreconnaissancesatelliteisanalyzed.Finally,itsdevel-opmenttrendispointed.

Keywords:Reconnaissancesatellite;Technicalstatus;Systems

+

1　引　言

自从1960-08-18美国发射成功世界第一颗照相侦察卫星以来,至今已有40年。当今,美国和俄罗斯十分重视侦察卫星的发展,并发射了大量照相侦察卫星为其全球战略服务,两国的军事情报70%源

于侦察卫星[1]。继美国、前苏联、以色列和法国之后,日本和印度也开始染指这一领域,以便在政治、军事等方面争取主动

[2,3]

目标区的图像信息记录在胶片或磁记录器上,然后通过返回式卫星送回地面,或用无线电传输方式实时或延时传回地面。信息经过加工处理后,就能判读和识别出目标的内容细节并确定其地理位置。

在各类应用卫星中,侦察卫星是发射最早、数量最多的卫星。通常可以将侦察卫星划分为照相侦察和电子侦察2种:

(1)照相侦察是用光学设备对地进行拍照,达到侦察目的;(2)电子侦察是用星载电子设备截获空间传播的电磁波并转发到地面,经分析破译,获取对方情报,达到侦察目的。

照相侦察卫星又可进一步划分为光学照相侦察卫星和雷达照相侦察卫星2类。

光学照相侦察卫星和雷达照相侦察卫星各有千秋,用途不一。而且,与一般的民用对地观测卫星相比,照相侦察卫星最主要的特点是地面分辨率高,至

。

2　国外军事侦察卫星的分类

　　一般侦察卫星是利用所携带的光学遥感器和微波遥感器拍摄地面一定范围内的物体来产生高分辨率图像的卫星。它主要用于战略情报收集、战术侦察、军备控制核查和打击效果评估等目的,例如,获取机场、港口、导弹基地以及交通枢纽、工业布局等信息。这类卫星的轨道高度一般为几百km。它把

收稿日期:2000-12-30

作者简介:闻　新(1961-),男,辽宁沈阳人,高工,博士后,主要从事空间飞行器设计,智能控制和故障诊断等技术研究。北京信箱电话(O)

　　　　·6·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　现代防御技术　　　　　　　　　　　　　　2001年第29卷第4期

少优于5m,目前最高分辨率可达0.1m。

至今,全世界有4个国家发射了照相侦察卫星,其中以美国的照相侦察卫星品种最为齐全,技术最为先进,它包括:

(1)返回型和传输型;(2)普查型和详查型;(3)光学型和雷达型。

这些不同功能的照相侦察卫星视角覆盖全球,可对各种战略和战术目标实施全天候、全天时、高分辨率的实时侦察,是收集重要情报的主要来源。

美国光学照相侦察卫星有回收型和传输型2种,而雷达照相侦察卫星只有传输型。从技术水平来分析,可以把美国光学照相侦察卫星分为6代:

(1)第1代为KH-1～KH-4;(2)第2代为KH-5,KH-6;(3)第3代为KH-7,KH-8;(4)第4代为KH-9;(5)第5代为KH-11;(6)第6代为KH-12。

回收型照相侦察卫星,美国用它们迅速而又经济地对地球进行了测绘,并首次获得了光学三维影像。此前,用气球和高空侦察机测图只能获得地球的1/4图像。这些卫星为美国政府对热点地区决策提供了背景资料,掌握了前苏联导弹基地的情报,从而减少了美国导弹基地的布设。它还证实了照相侦察卫星的有效性。KH-9装有高分辨率详查相机,在160km的高空可拍到地面0.3～0.5m的目标,可清楚地辨别地面上的各种车辆和行人,该星寿命达220天;

(4)KH-11(也称“锁眼”11号)于1976-12-19发射升空,从而拉开了美国应用图像传输型照相侦察卫星的序幕,星上使用高分辨率电视摄像机,并通过同步轨道上的数据中继卫星传播图像,能在瞬间提供高清晰度照片,分辨率精确达0.1m,卫星寿命可达25年。它使美国获得了卫星实时侦察能力。KH-11卫星的先进之处是采用了光电数字成像和实

时图像传输技术。其主要遥感器是高分辨率CCD可见光相机、红外扫描仪、多谱段扫描仪和功能强大的反射望远镜系统。望远镜系统以巨大的放大率将地物的辐射能量引入视场,然后再送至每个遥感器进行光谱分离,形成的图像经放大、数字化后,传送到中继卫星或其他卫星,再转发至贝尔沃堡地面站。其上的高分辨率CCD相机能拍摄地面分辨率达0.15m的详查图像,能区分地面上的军人和平民,看清大型武器的装备细节。而星上的红外和多谱段扫描仪则可不分昼夜地确定导弹、车队和发射架的位置,并能把伪装和人工植被同真实植物和树木区分开来。该星的侧视能力允许其拍摄地面轨道两侧面一定范围内的目标,使它每天有效飞过目标的次数由2次增加到4次。其轨道机动能力不仅能改变卫星轨道高度,还可以改变轨道平面,从而能飞临重要目标附近进行拍照。它每3个月升轨1次,设计寿命3年,运行在300～1000km的轨道上。1980年,一颗KH-11发现了前苏联正在制造一艘比美国的“三叉戟”导弹核潜艇还要大的潜艇;同年,KH-11还观察到前苏联在某地将SS-16和SS-20两种导弹并排摆放在一起,由此得出结论,前苏联想利用其侦察卫星送回的照片来增加这2种导弹的外观相似性,以使美国无法核查前苏联对第2阶段限制战略武器洽谈中关于限制弹道导弹协议的遵守情况。在,113　国外军事侦察卫星的技术特征分

析

[4]

3.1　美国光学照相侦察卫星的技术特征分析

(1)KH-1～KH-4卫星为美国第1代照相侦察卫星,因为他们都使用差别不大的全景式相机或画幅式相机;

(2)KH-7以后的卫星所携带的遥感器有了质的飞跃,对军事目标判别有重要意义。1963～1967年间发射成功的36颗KH-7是第1批真正的详查型卫星,每颗星用2个回收胶卷舱分别将胶卷送回地面,分辨率0.5m。但其工作寿命一般为5天,主要用于侦察前苏联当时新式的SS-7,SS-8洲际弹道导弹。1966～1984年发射成功的57颗KH-8是KH-7的改进型。该星上除有红外相机和多光谱扫描仪外,还装备了高分辨率主题测绘全景相机,分辨率达0.15m。它有机动变轨能力,工作寿命达30天。

(3)KH-9(俗称“大鸟”)代表了美国光学照相侦察卫星向综合型侦察卫星发展的趋势,既能普查,又能详查。这种卫星在1971～1986年发射了20颗,每颗卫星重13.1～13.4t,装有多种遥感器,兼有回收型和-

闻　新等:国外军事侦察卫星的发展状况

·7·

(5)KH-12是1990-02-28开始发射的,至今已经发射了4颗。它能以与“哈勃”空间望远镜一样的方式成像,即其光学系统的相机采用了当今最尖端的自适应光学原成像技术制成,可在计算机控制下随视场环境灵活地改变主透镜表面曲率,从而有效地补偿因大气造成的畸变影响,使分辨率达到0.1m,这是目前顶级水平。星上的红外相机也有较大改进,它不仅是“夜猫子”,而且可发现地面伪装物、飞机发动机和大烟囱等有热源的目标。星上的高级“水晶”测量系统(ICMS)可使数据以网格标记传输。它还装有雷达高度计和其他用于测量地形高度的传感器。除第1颗KH-12运行在1000km外的轨道上,其他3颗都运行在270～1000km的轨道上。KH-12比KH-11重得多,加满燃料时可达14～18t,燃料用完后可由航天飞机进行在轨加注,因而该星的机动变轨能力极强,具有无燃料限制的轨道机动

能力。其设计寿命长达8年。其光学系统与KH-11的光学系统稍有不同,即KH-12增加了热红外谱段,故能探测伪装和埋置结构目标,对地下核爆炸或其他地下设施监测,探知导弹和航天器的发射,分辨出目标区内哪些工厂开工,哪些工厂关闭等;由于使用了更先进的技术,所以KH-12的分辨率比KH-11要高,达0.1m;星上装有一台潜望镜式的旋转透镜,它能把图像反射到主镜上,因而卫星在大倾角的条件下也能成像;它采取了防核效应加固手段和防激光武器攻击的保护措施,并增装了防碰撞探测器。总之,KH-12有4个特点:

(1)采用大型CCD多光谱线阵器件和“凝视”成像技术,使卫星在取得高几何分辨率能力的同时还有多光谱成像能力,其先进的红外相机可提供更优秀的夜间侦察能力。

(2)采用镜面曲率可应用计算机控制技术,因而当卫星在高轨道普查或在低轨道详查时,能快速改变镜头焦距,这样就能在低轨道具有优越的分辨率,在高轨道可获得大的幅宽。

(3)机动能力强,能满足现代战争的需要。(4)它还可进行电子侦察。在1999年北约空袭南联盟的行动中,美国动用了3颗KH-12,其中2颗分别运行在昼夜轨道平面和晨昏轨道平面,轨道倾角97°,另1颗KH-12运行在这两者之间,它能克服区域上方2次,并能对飞行轨迹东西两侧区域进行斜视成像,使7～10km的观测幅度有较大扩展。

另外,KH-11,KH-12是当今世界上技术最先进的光学照相侦察卫星,其原因如下:

(1)采用了大口径光学镜头的CCD相机,因而灵敏度和精度都很高,可清晰地对小目标成橡;

(2)星上装有GPS接收机、雷达高度计和水平传感器等,故对目标定位十分精确;

(3)星上的太阳和月亮敏感器能实现CCD相机的在轨星上辐射定标,确保了地面目标辐射特性的可比性;

(4)其太阳电池板可提供3kW功率,为卫星提供充足的能源。

(5)卫星采用太阳同步椭圆轨道,地面重复周期为4天,但由于卫星是成对运行,所以实际重复周期为2天。

(6)采用“跟踪与数据中继卫星”实现大容量、高速

率的图像数据实时传送,因此能在全球实时侦察。

(7)载有大量燃料,使卫星变轨能力很强。(8)CCD相机具有微光探测能力,可在傍晚微光下工作。

3.2　美国雷达照相侦察卫星的技术特征分析

世界第1颗雷达照相侦察卫星是美国1988-12-02发射的,名叫“长曲棍球”。现已发射了3颗这种卫星,其中2颗在轨服役。目前只有美国拥有雷达照相侦察卫星。“长曲棍球”卫星是美国在冷战时期针对华约制造的。其主体呈八棱体,长8m,直径约4m,一对太阳能电池帆板在轨道上展开后跨度为45.1m,可提供10kW以上的电力,这在当今卫星中是最大的,因为这种卫星要向地面发射微波,所以需要大量的能量。卫星重15t,设计寿命8年,运行在倾角57°～68°、高670～703km的轨道上。

该星的合成孔径雷达天线呈矩形,长14.4m,宽3.6m,由3个平面天线阵组成,每个天线阵含4个长度相等的子阵。雷达的几何分辨率为0.3～3m,所获图像数据通过大型抛物面可跟踪天线经“跟踪与数据中继卫星”传至白沙地面站,再经过国内通信卫星传到贝尔沃堡。它不仅适于跟踪舰船和装甲车辆的活动,监视机动或弹道导弹的动向,还能发现伪装的武器和识别假目标,甚至能穿透干燥的地表,发现藏在地下数米深处的设施。据推测,“长曲棍球”,-11,

　　　　·8·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　现代防御技术　　　　　　　　　　　　　　2001年第29卷第4期

KH-12详细成像之用和核查机动式洲际弹道导弹条约的遵守情况。其实,1997-10-23升空的第3颗雷达成像卫星是改进型“长曲棍球”。它带有相控阵馈电系统,采用抛物面雷达天线,成像质量有所改善。该星与另一颗星配对工作,因而可以反复侦察地面目标。在1991年的海湾战争和波黑战争中,“长曲棍球”卫星用于跟踪伊拉克装甲部队行踪和监视塞族坦克。它还多次用来评估美国巡航导弹对伊拉克和南联盟的攻击效果。另据报道,现在美国正在研制一种新型高分辨率雷达照相侦察卫星,它可能采用平板相控阵雷达天线,可获得更高的分辨率。方兴未艾的美国照相侦察卫星是当代最先进的太空侦察兵。它们阵容整齐,品种齐全,性能先进,直观侦察面积大、范围广、速度快、连续性强、直观效果好、安全可靠,不受国界和地理条件限制等一系列优点,使别国无秘密可言。现在,美国一方面正积极更新照相侦察卫星;另一方面还努力利用小型高分辨民用遥感卫星为军事服务,1999年9月升空的“艾科诺斯-2”就是一个例子,其分辨率达1m,军方对它很感兴趣。2000年还有几颗小型高分辨率、高光谱率民用遥感卫星升空,它们均可用于军事。在未来的信息战中,照相侦察卫星将成为重要的信息源,所以能大放异彩,对战争的胜负乃至全球的政治、经济都会产生重要影响。

3.3　前苏联侦察卫星的技术特征

前苏联发射的第1颗侦察卫星是1963年的“天顶”号。自70年代起,平均每年发射约30颗照相侦察卫星,星体一般重5t,最高分辨率可达0.3m。在28年内发展了6代,共800多颗。前苏联解体后,俄罗斯航天侦察仍以研制胶片型相机为主的侦察卫星,他们的返回式卫星所拍胶片的分辨率达到2m/条线。1998年俄罗斯发射的返回式卫星拍摄到的2m分辨率的照片,并以地面40美元/km2的价格向美国军方出售。

或“德尔他”等便宜的大中型运载火箭就能发射,因而其质量不到KH-12的一半。FIA将采用许多当今的高新技术,其中大部分技术比现有卫星技术先进20年,从而使卫星造价降低一半,而性能提高1倍。由于FIA星座将由多颗卫星组成,因而能大大提高卫星对地面给定目标的重访频率,一般可每天重访2次或更多次,具体次数要视目标所在的地理位置和所要求的图像质量而定。FIA包括可见光、近红外光学成像卫星和合成孔径雷达成像卫星两部分。1999-09-03美国侦察局宣布,FIA的所有卫星都由波音公司承制,从而使洛马公司长达几十年一直作为美国照相侦察卫星主制造商的霸主地位宣告结束,主要是因为洛马公司的方案缺乏创新精神,不采用新技术。波音的FIA合同至少将持续到2010年,合同总价值高达60亿美元,但这对国家侦察局来说已大大省钱了,因为该局在现有侦察卫星上每年都要花费10亿美元以上。首颗FIA卫星可能于2004～2005年发射,星座规模还没最后确定,但有人说己由10～12颗改为3～4颗,以便节省资金。

斯塔莱特是由8～48颗装有合成孔径雷达(SAR)和活动目标显示器(MTI)的近地轨道卫星组成星座。分析表明,由运行在767km高的24颗这种卫星组成的星座,对地球南北纬65°之间的任何地点,都能在15min以内向作战者提供一幅图像,如星座扩大到36颗卫星,重访时间可缩短为8min,48颗卫星则可将反应时间进一步缩短为5min。其实,部署8颗卫星就具有初始工作能力,其反应时间是94min。斯塔莱特上的SARMTI能透过云层对地成像,发现并识别敌方领土纵深处的目标,使战区指挥官在敌人离前线仍有483～965km时就能看到其车辆编队,并能以约3m的精度标绘出车队的位置。这样的信息可使防御计划制订人员能提前数天预测敌人准备发动攻势作战的地点,并允许使用多种类型的精确制导武器打击敌方目标。斯塔莱特卫星对美国的盟国也具有吸引力,因为他们只需购买3～6颗这种卫星就能加盟该系统,从而共享其情报成果。

美国国防部成立了一个卫星侦察特别小组,专门对FIA和斯塔莱特方案评审,结论是FIA的进度表不得受斯塔莱特影响;斯塔莱特在军事上有明显好处;FIA应对斯塔莱特方案中的某些属性开放,如

(下转第16页)

4　美国未来侦察卫星的发展趋势

[3,4]

美国国家侦察局和国防高级研究计划局分别提出了“未来成像体系结构(FIA)”和“斯塔莱特(Star-lite)”计划。目前这2个计划竞争得很厉害。FIA拟由体积小、质量轻、功能强、数量多的较

小型照相侦察卫星组成星座,以便为战场指挥官提供近乎即时的所需目标图像。这种卫星用“宇宙神”

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　现代防御技术　　　　　　　　　　　　　　2001年第29卷第4期·16·

是对无人机进行软杀伤的有效方法。电子对抗要做到防、骗、扰结合。防:就是因战斗中不便于对无人机射击时,要及时关闭正在工作的各种无线电技术设备,使其无法获得电子辐射源的位置和频率。骗:就是我各种防空雷达、电子设备实施严密伪装,隐真示假,设置假目标和假电磁辐射源,诱敌上当。扰:就是实施电子干扰,破坏敌无人机与空中预警机及地面指挥部之间的信号传输,使无人机无法从预警机或地面指挥部获取控制指令,无人机获取的情报数据无法或失真地传输给无人机后方的预警机和地面指挥部,削弱无人机侦察能力。3.6　对称作战,以无人机反无人机

在我们强调非对称作战的时候,不应忘了使用对称作战的手段。抗击无人机难,不仅是对我方而言,对敌方也是一样。无人机这把双刃剑,既可对我构成威胁,也可为我所用。近年来我军的无人机技术取得了迅速发展,利用我军无人机对敌无人机系统实施侦察、干扰和打击,将是反无人机的重要手

段。

3.7　关注无人机的新发展,创造反无人机的新战法从用途上看,无人机正由侦察走向作战。从技术来看,无人机将进一步小型化、隐形化、模块化和多功能化[1]。然而不管无人机怎么变化,只要我们始终关注无人机的发展并进行针对性研究,就一定能创造出克敌制胜的技术手段和战术方法。

[参　考　文　献]

[1]　中国人民解放军总参谋部军训部.外军高技术武器装备介绍[M].北京:解放军出版社,1997.

[2]　王国玉,曾繁军,卢天贶,等.百年典型战例回顾———空中较量———20世纪典型空战纪实[M].济南:黄河出版社,2000.

[3]　于跃波,梨　天.无人作战飞机正走向战场[J].航空知识,2000,352(7):36-37.

[4]　赵伟东.空中威胁———未来战场上的主要对手[M].宣化:中国人民解放军炮兵指挥学院,2000.

(上接第8页)

采用MTI;建议将斯塔莱特方案加以修改后付诸实施,并改名为“发现者-2”。“全能高手”雷达照相侦察卫星可以弥补光学照相侦察卫星不能全天候、全

天时进行侦察的不足,并有一定的穿透能力,从而能识别伪装,发现地下军事设施,其幅宽也比较大,因此时间分辨率较高,这对全国观测战区和侦察全球性军事动态有重要意义。不过,它的分辨率较光学照相侦察卫星低,而且观测不到西伯利亚的某些北纬地区。所以从目前的技术水平来看,两者结合使用是最佳配置。

由于侦察卫星在军事方面性能重要,近期美国出现了垄断航天侦察的企图。1997-10-17,美国进行了一次激光打卫星的试验。目前,美国因技术限制,尚无击毁别国卫星的能力,但它发射的激光束可对光学侦察卫星的光学部件造成伤害。现在,美国一方面正积极更新照相侦察卫星;另一方面还努力利

用小型高分辨率民用遥感卫星为军事服务,1999年9月升空的“艾科诺斯-2”就是一个例子,其分辨率达1m,军方对它很感兴趣。2000年也有几颗小型高分辨率、高光谱率民用遥感卫星升空,它们均可用于

军事。在未来的信息战中,照相侦察卫星将成为重要的信息源,对战争的胜负乃至全球的政治、经济都会产生重要影响。

[参　考　文　献]

[1]　都世民.未来的空间间谍[J].国外科技动态,2000,(1):14-17.

[2]　郑国良.军用小卫星的发展及其应用[J].航天电子对抗,2000,(1):6-10.

[3]　石卫平,刘小恩.21世纪初期世界军用卫星的发展预测[J].卫星应用,2000,(3):32-37.

[4]　PhillipSClark.Russianfifthgenerationphotorecon-naissancesatellites[J].JournaloftheBritishInterplanetarySo-ciety,1999,52(4):133-150.