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军用卫星的研发与环境风险

时间:2023-07-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:它们可望克服普遍采用低地球轨道的现有遥感卫星寿命相对较短,不能保持不间断监视的弱点。2002年曾传出消息,NRO的高轨侦察卫星可望取得突破。首颗SBR卫星原计划2012年8月发射,2014年形成初步能力。2008年2月21日,美国用一枚改装的SM-3舰空导弹将该卫星击落。美国军方声称NROL-21轨道不断下降,星上携带的偏二甲肼燃料和铍金属等有毒物质很可能无法在再入大气层时完全烧毁,造成污染。

军用卫星的研发与环境风险

▲朝鲜火箭发射场卫星照片

▲朝鲜火箭发射场2012年3月17日卫星照片

▲朝鲜火箭发射场2012年3月29日卫星照片

战略侦察机最有力的竞争者就是侦察卫星,后者自20世纪60年代发展至今,也已铸就一部传奇。不过任何技术手段也都是经济条件的“囚徒”,即使在长期领先的美国,侦察卫星也不得不面临着完全陌生的游戏规则

2012年4月2日,一枚“德尔它-4”火箭从范登堡空军基地将代号USA-234(发射任务代号NROL-25)的秘密卫星送入太空。据信这是美国国家侦察办公室(NRO)主持的“未来成像体系”(FIA)计划开发的新型雷达成像卫星的第二颗。首颗卫星USA 215(NROL-41)发射于2010年9月,具有雷达遥感卫星的轨道特征,据信已经投入运行。预计2012年6月还将发射同计划的NROL-15。

2011年,NRO成功发射了6颗卫星,NROL-25是其2012年计划的4颗卫星中的第一颗。不过,这个长期神秘莫测的机构近年并不顺利。

早在1996年,NRO主持的图像体系研究(IAS)就展望:作为国家主要情报手段的高端侦察卫星可以大大缩小体积,缩短侦察间隔,大幅增加情报数据量,同时成本大幅下降。1998财年,NRO开始实施FIA计划,总投资高达100亿美元,目标是替代“锁眼”光学侦察卫星和“长曲棍球”雷达侦察卫星,原定2003年或2004年就能开始发射。

经过细化性能指标的A阶段和概念定义的B阶段,NRO进入了实际制造卫星和部署的C阶段。然而,1997年1月向56家公司秘密通报后,1998年3月,NRO发现各厂商的方案都明显低估预算至少25%。到1998年中,NRO已放弃了10~12颗组网的革命性方案,转向先发射三四颗的渐进方案。

▲FIA计划设想的成像雷达卫星

▲代号NROL-25的秘密卫星升空

▲“长曲棍球”雷达成像卫星改进型方案

▲“长曲棍球”雷达成像卫星后继型方案

然而,虽然支持增加情报预算,但精打细算的美国国会已经预感到,FIA这个将历时10年以上的宏大计划将是美国情报史上最贵的项目,放任它吞金不可能,经费不足又可能使它的性能高不成、低不就。不管怎样,国会有关委员会还是在1997~1998年先为它的经费封了顶。

1999年初,中情局和国防部批准了NRO主任凯思·霍尔在FIA名下提出的“商业图像倡议”,并于1999年7月批准了10亿美元预算,目标是通过商业供应商满足一般侦察需要,而更先进的图像系统则由政府控制。

所谓的先进系统,就包括静止轨道和高轨道侦察卫星。它们可望克服普遍采用低地球轨道的现有遥感卫星寿命相对较短,不能保持不间断监视的弱点。2002年曾传出消息,NRO的高轨侦察卫星可望取得突破。

不过,到2002年底,FIA的预算已超支30亿美元,美国国防部被迫将其中的雷达卫星部分转移到美国空军正在进行概念研究的“天基雷达”(SBR)卫星项目下。除了合成孔径雷达的常规功能,SBR还具有地面移动目标指示能力,可定位、跟踪和识别移动地面目标,包括被地形或植被遮盖的目标,并能生成高分辨率地形信息。首颗SBR卫星原计划2012年8月发射,2014年形成初步能力。

▲NRO总部自拍

这一时期,正值民间的商业遥感卫星异军突起,一个达数十亿美元的产业开始形成,这不光使国家战略情报能够降低成本,使美国企业在这一产业领域保持绝对领先地位,本身就具有军事意义。

因此,2003年美国国会制订的商业遥感政策就要求最大可能地利用商业服务提供军事、情报、外交和本土安全领域所需的图像和地理空间信息,还要求国防部在规划FIA时,也使本国图像数据提供商发挥更大作用。

屋漏偏逢连夜雨,由波音公司总承包的FIA不断超支和拖期。2005年9月,国防部长拉姆斯菲尔德和国家情报总监尼格罗庞帝只好终止了FIA计划,将其中几十亿美元的光电侦察卫星研制工作转给洛·马公司,由后者利用现有备件尽快开发一种“锁眼”的改进型(2011年1月20日发射的USA-224卫星,据信就是洛·马公司制造的首颗此类卫星)。在FIA中分量稍小也相对简单一些的成像雷达卫星由波音公司继续研制,以替换1998~2005年间发射的“长曲棍球”/“缟玛瑙”(Lacrosse/Onyx)雷达侦察卫星,即后来的NROL-41和NROL25卫星。

▲合成孔径雷达图像(小图中为地面拍摄实景供对比)

▲美国近年设立了国家情报总监一职

▲SBR天基雷达卫星方案

FIA下马时,据说已经花掉100亿美元,仅波音公司累积的成本超支就达40~50亿美元,这使它被《纽约时报》评价为“美国50年间谍卫星史上最壮观和最昂贵的失败”。可是到2007年末,NRO又推出了BASIC计划,打算耗资20~40亿美元开发下一代侦察卫星,2011年开始发射。根据2007年的可行性研究,这一新计划的目标比FIA保守了不少,包括开发全新的成像卫星,用商业成像卫星改进,购买或租用商业卫星能力等多种选项。(www.xing528.com)

然而NRO一连串的表现不佳,包括两次项目下马和三次在轨性能不达标。最糟糕的是,由洛·马公司按波音公司设计方案制造的FIA计划雷达卫星在2006年12月14日发射(发射任务代号NROL-21,卫星编号USA-193)后,入轨数小时就失去联系。2008年2月21日,美国用一枚改装的SM-3舰空导弹将该卫星击落。

美国军方声称NROL-21轨道不断下降,星上携带的偏二甲肼燃料和铍金属等有毒物质很可能无法在再入大气层时完全烧毁,造成污染。这多少是个表面的借口,但卫星的失败是有目共睹的。由此,NRO过去的光环烟消云散。2008年3月,倍感恼火的美国高层甚至取消了NRO对BASIC计划的关键决策权。此时的BASIC计划已经定位于购买一两颗分辨率1.1米的商业成像卫星,并希望2018年在此基础上改进出更先进的型号,但仍不能完全达到最高性能要求。这已经耗尽了国会参议院情报委员会对NRO的信心,2008年10月,国会拒绝为2009和2008财年剩余时间的BASIC计划拨款,决定购买两颗低、中分辨率商业成像卫星。一些高层决策者也坚信采用新技术、新的采购和设计方式,政府完全可以用同样的钱买到更多情报。

▲印度Gujarat太阳能发电站2012年4月27日卫星照

▲USA-224卫星发射

2009年初,为满足今后10年的最低国家情报需求,奥巴马政府推出了“2+2”政策,即两颗改进的商用遥感卫星加两颗下一代先进间谍卫星(称为“下一代光电系统”卫星)。但更先进的卫星研制难度依然很大,比如广受追捧的分布式小卫星群,精确的轨道编队飞行和一体化光学器件都还需要时间成熟,用可能得到的预算很难实现。DARPA已经尝试的F6(未来、快速、分散、灵活、自由飞行)卫星开发计划要达到实用水平也还要很长时间。

1986年“挑战者”号航天飞机失事后,只能依靠航天飞机发射的美国大型侦察卫星一度面临窘境,有一年以上时间,NRO只有一颗“锁眼”卫星可用。以现在的全球局势,美国同样承受不起因卫星研发困难造成的情报空档。

▲NROL-21卫星

▲被击毁的NROL-21卫星

▲2006年12月14日发射NROL-21卫星

▲美国的反卫星行动

▲DARPA的F6卫星计划

▲NRO徽章

九年来美国已为BASIC计划投入29亿美元,但其中的新型卫星开发原定历时5~7年,几经折腾,现在只剩4年了。买或租现有卫星都只是权宜之计,满足不了原定指标。唯一可行的是开发改进型。到2010年9月,NRO主任布鲁斯·卡尔森透露:某个项目已经延期700%,超支300%。

幸运的是,商业遥感产业已经能承担一些过去严格属于NRO领地的任务。2008年10月初,GeoEye公司发布了首张GeoEye-1商业卫星的0.5米分辨率彩色图像。包括卫星、发射、保险和4个地面站的开支在内,这个项目花了不到5.02亿美元和4年时间,显然大有潜力。同时,美国国防部仍将耗资3亿美元,继续研究相关技术,以决定是否还需要恢复自己的先进成像卫星计划。

其实,这种高端卫星的难度很可能不在分辨率上,而在于生存力和方便替换等作战性质的性能上,这正是商业卫星所难以提供的。很可能,生存力所要求的高轨道,又使达到同等分辨率的难度和成本倍增,这可能正是高端侦察卫星当前的天然困境。

当然,在低地球轨道上,小卫星技术也已经开始了广泛探索,其主要价值在于航天侦察战术化。

2002年,小卫星技术起步较早的英国就提出开发“战术光学卫星”,向战场上的高机动低成本数据终端直接提供高分辨率图像。这种卫星重100千克,每幅图像可覆盖15千米×15千米的地面,全色照片分辨率为2.5米,多光谱彩色照片分辨率为5米,每天可直接近实时地向用户发送5幅图像。

虽然英国的想法至今未能实现,但美国陆军和空军共同开发的“战术星-3”自2009年5月发射以来,不仅实验了数周内快速发射战术侦察卫星的技术,还在2010年6月完成实验阶段后正式投入作战使用。这颗卫星装有ARTEMIS(先进响应战术效能军用成像分光计)超光谱成像传感器,它将光谱分成400段,经软件处理后,形成一个三维的“光立方”图像,不同的色彩暗示着从浮土到武器级金属等多种特定物质的存在,特别适于发现路旁炸弹和武器隐藏处。下一步,美国计划将对该卫星图像的分析时间缩短到数小时内。

目前,“战术星-3”成本还高达9500万美元,今后希望每枚小卫星成本降至3000万美元,比F-16C/D战斗机还便宜。雷森公司新推出的ARTEMIS小型成像侦察卫星成本只有现役军用侦察卫星的1/10,发射成本是它的1/30。相比之下,一枚传统军用侦察卫星价格高达8亿美元,研制平均需要两年。

利用小卫星的廉价,美军也形成了以数量保证生存力的思路。2007年3月,美国国防部的汤姆·多依纳上校提出了《百星解决方案》。与之相伴的还有分解经济负担,拉拢北约盟国的商业头脑,如果每个盟国“承包”5颗卫星,25国就能用上百颗小卫星在地球低轨道形成全球监控网。此举的好处不言而喻,不光可以灵活调动,也使对手靠攻击卫星切断己方战场信息流的难度陡增。

▲伊拉克战争中萨拉机场攻击后的卫星图像评估

▲美国空军内华达Yucca湖无人机试验场的卫星照片

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