2023年国外军用对地观测卫星发展综述

斯伯丁

2023年，军用对地观测卫星领域呈现快速发展态势。在大国竞争背景下，美国在积极利用商业遥感卫星的同时，着手优化军用侦察监视卫星体系，并计划大幅增加军用卫星数量，力图在对抗环境下，确保侦察监视卫星体系能力的发挥，并提升支持战术应用能力。俄罗斯发射新一代光学侦察卫星，缩小与美欧能力差距，且在俄乌冲突背景下，发射频次也进一步增加。欧洲推进侦察监视卫星更新换代，例如德国已完成下一代雷达成像侦察卫星星座的部署。日本在“安保三文件”指导下，计划完善侦察监视卫星体系，并提升在轨规模。朝鲜、韩国竞相发射首颗军用侦察卫星，拉开朝鲜半岛军事航天竞赛序幕。





1 美国

优化侦察卫星体系架构

美国现有侦察卫星体系由光学成像侦察、雷达成像侦察和电子侦察卫星组成，其中，成像侦察卫星以大卫星为主，部署在低轨；电子侦察卫星也以大卫星为主，部署在高轨和低轨。未来，美国国家侦察局（NRO）将采取大、小卫星搭配、不同轨道部署、卫星部署规模大幅扩大等发展思路，提升侦察卫星体系弹性。同时，国家侦察局还重视发展灵活、机动的进入空间能力。


大幅度增加在轨卫星规模。2023年10月10日，美国国家侦察局副局长克里斯托弗·波瓦克（Christopher Povak）在米切尔航空航天研究所举办的演讲中表示，该局正在按计划大幅增加其收集情报所依赖的侦察卫星数量。该局设定的目标是在未来10年内将其运行的卫星数量翻两番。为了实现卫星数量翻两番的目标，国家侦察局正在缩短航天器生产周期。现在每年生产多颗卫星，而过去要用6～8年的时间来制造1颗卫星。此外，国家侦察局还研发用于实验的小型卫星，以快速评估新技术，测试新概念。这种“探路者”战略已经缩短了部署未来作战系统的时间。


在重视商业卫星能力的同时，也重视发展军用侦察卫星。尽管商业卫星迅猛发展，但国家侦察局仍然重视发展军用侦察卫星。国家侦察局越来越依赖商业成像卫星，但同时也在扩充自己的太空资产，部分原因是为了应对竞争对手日益增长的能力。波瓦克表示：“中国和俄罗斯正在开发专门用于干扰或摧毁美国相关系统的地基和天基武器。这些武器包括地基导弹、电子干扰器和网络攻击。为应对与中、俄的竞争，新系统将通过避免单点故障，填补地面、网络领域和轨道上的薄弱环节，提高系统生存能力。”


发展灵活、机动的进入空间能力。国家侦察局正在关注美国天军（USSF）响应式太空计划，这意味着该局未来可以利用多个发射供应商和发射场设施，部署多类别卫星，从传统的大卫星，到利用商业卫星平台建造的较小卫星，一旦卫星准备就绪，就能快速发射。

大力发展天基动目标指示技术

过去侦察卫星系统主要执行战略侦察任务，例如：对核设施进行核查，掌握冷战期间苏联洲际导弹的真实数目等。在大国竞争背景下，掌握导弹发射车等高价值动目标的指示信息，从而支持远程精确打击已成为重要发展需求。在需求牵引下，美国将地面动目标指示（GMTI）作为天基动目标指示的重要途径之一，以掌握地面、海上动目标的速度、方向、坐标等信息。



2023年，天军和国家侦察局通过“远程杀伤链”秘密项目推进GMTI雷达系统发展。部署方案包括专用卫星或载荷，采用雷达技术手段。该项目目标是提供陆海时敏目标跟踪目指信息，填补E-8联合监视目标攻击雷达系统（JSTARS）飞机退役后产生的能力空白。

部署试验型军用气象卫星

目前，美国只有2颗超期服役的“国防气象卫星计划”（DMSP）军用气象卫星在轨运行，重访能力不足以满足军事任务需求。然而，气象环境监测卫星系统对于作战十分重要，DMSP卫星携带的遥感器用于测量大气中的云层、降水、温度和湿度等参数，第557气象联队（原空军气象局）等多个组织使用该系统数据生成航空任务规划、船舶航线、导弹测试和其他军事行动所需的环境分析和预测模型。


美国正在面临军用气象卫星断档风险，却仍未明确接替DMSP卫星的后续方案，围绕这一问题，军方和工业界开展了研讨。2023年11月，米切尔研究所发布了一份报告，指出美国国防部（DoD）军用气象卫星发展缓慢。随着“国防气象卫星计划”卫星寿命到达末期，多个不完善的替换计划导致了美国军用气象卫星发展滞后。由于该卫星系统已经超期服役，美军正在采用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、欧洲气象卫星组织（Eumetsat）、日本气象厅和其他合作伙伴提供的数据来增强气象监测能力。但这只是一种临时方案，无法满足军方对覆盖范围和时效需求。尽管天军正在实施“光电红外气象系统”（EWS）项目，于2023年1月3日发射了1颗光电红外气象系统快速重访光学云成像仪（EWS RROCI）立方体卫星，主要用于技术试验，并计划于2025年发射1颗EWS小型试验卫星，但这些项目的进展速度不够快。若要满足重访需求，必须发展12颗EWS卫星，目前天军仍没有采购该系统的长期计划。太空系统司令部气象系统采办负责人约瑟夫·马瓜多格（Joseph Maguadog）表示，当前的主要问题是如何将DMSP卫星系统所提供的多种功能分解到多个较小的卫星中，未来将持续研究，以确定取代该系统的最合适解决方案。

扩展商业光学卫星情报获取能力

2023年12月5日，美国国家侦察局宣布已选定5家公司为其提供新兴的光电成像能力，包括空客防务与航天公司（ADS）、反照率空间公司（Albedo Space）、水卫星公司（Hydrosat）、缪子空间公司（Muon Space）和锐龙空间公司（Turion Space）。以往，美国国家侦察局在商业光学卫星数据采购方面，以采购可见光成像卫星数据为主，如麦克萨公司（MAXAR）、行星公司（Planet）的卫星数据。2023年，该局开始评估热红外、空间态势感知、用于气象监测的光电红外数据的商业能力。这意味着，美国正在核验新兴商业技术途径，扩展数据来源，也将推动新型商业光学卫星的发展。





2 俄罗斯

光学侦察卫星开始换代

2023年11月26日，俄罗斯利用联盟-2.1b（Soyuz-2.1b）运载火箭从普列谢兹克航天发射场成功发射拉兹丹-1（Razdan-1）光学成像侦察卫星，该卫星编号Cosmos2572。“拉兹丹”卫星将接替俄罗斯“角色”（Persona）光学成像侦察卫星执行天基侦察任务。这也是继2015年最后一颗“角色”侦察卫星发射后，俄罗斯再次发射大型军用光学成像侦察卫星。Razdan-1卫星质量约7t，卫星设计寿命为7年。进步国家航天火箭科研生产中心（TsSKB Progress）负责研制卫星平台，克拉斯诺戈尔斯克兹韦列夫工厂（PAOKMZ）负责研制空间相机。据悉，“拉兹丹”卫星空间相机口径为2.35m，其口径与美国锁眼-11（KH-11）卫星的2.4m口径大致相当，比上一代“角色”卫星的1.5m口径大，因此推测其空间分辨率基本达到锁眼-11的0.15m分辨率。“拉兹丹”卫星比“角色”卫星数据传输速率更快，且信息加密传输。


“拉兹丹”卫星的主推进系统使用的是赫鲁尼切夫国家航天研究与生产中心（KSRPSC）开发的液体燃料发动机。卫星还携带电推进系统，该系统将用于轨道微调，并有可能提高星载光学系统的地面分辨率。这很可能意味着“拉兹丹”卫星的近地点至少会定期下降到需要电推进系统来抵消大气阻力的高度。例如，日本在2017-2019年对超低轨试验卫星“燕”（Tsubame）进行了测试，该卫星在下降到167km的轨道高度时，使用了以氙为燃料的离子推进器来对抗空气阻力。因此推测，“拉兹丹”卫星可以下降到比标称300km更低的轨道，从而进一步提升分辨率。

补网发射光学、雷达和电子侦察卫星

俄罗斯分别于2023年3月29日和12月27日发射了“实验型小卫星”（EMKA）小型军用光学成像侦察卫星，该星质量约150kg的卫星在发展中受到了美国天空卫星（SkySat）系列商业对地观测卫星的启发，EMKA卫星空间分辨率为0.9m。12月21日，发射猎豹-M-5（Bars-M-5）军用光学测绘卫星。


2023年5月26日，俄罗斯发射了秃鹰-FKA-1（Kondor-FKA-1）卫星（图1），该星是军用雷达成像侦察卫星，作为秃鹰-E的替代系统，这是俄罗斯当前唯一一颗在轨的雷达卫星，将负责为俄罗斯军方提供全天时、全天候的雷达侦察情报，还可应用于测绘制图、自然资源勘探与管理、近陆地海域及大陆架区域海洋学研究、生态研究，以及突发状况下提供信息保障等。俄罗斯还计划发射1颗KondorFKA卫星，并计划于2025年开始发射后续升级型号Kondor-FKA-M卫星。卫星具有聚束、精成像、标准三种成像模式，聚束模式下分辨率1～2m。据悉，Kondor-FKA-1卫星平均每天过顶乌克兰两次，能够以1m的分辨率获取雷达图像，观察敌方部队的集结、装备的转移或新的防御设施的建造。

图1 Kondor-FKA-1卫星外形示意图


2023年10月27日，俄罗斯发射莲花-S1-7（Lotos-S1-7）卫星，该星是俄罗斯发展的第三代电子侦察卫星，接替上一代的“处女地”（Tselina）卫星，用于侦收电子设施电磁辐射信号，获取情报信息。截至2023年底共发射了8颗“莲花”卫星，其将与新一代海洋监视卫星介子-NKS（Pion-NKS）共同组成“蔓藤”（Liana）电子侦察卫星综合系统。Pion-NKS继续沿用莲花-S的干涉仪测向定位方式，而且增配了双侧扫描雷达,通过电子侦察与合成孔径雷达相结合,提升了星上的信号处理能力和反静默能力。





3 欧洲

德国完成新一代军用雷达成像侦察卫星的部署

2023年12月24日，德国利用猎鹰-9（Falcon-9）运载火箭从美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射了萨拉-2（SARah-2）和萨拉-3两颗军用雷达成像侦察卫星。“萨拉”是德国发展的下一代军用雷达成像侦察卫星系统，作为德国军方的战略侦察资源，取代“合成孔径雷达-放大镜”（SAR-Lupe）系统（空间分辨率为1m），空间分辨率提升到0.35～0.4m。萨拉-1卫星质量2.2t，充分借鉴陆地合成孔径雷达-X（TerraSAR-X）和陆地合成孔径雷达-数字高程模型-X（TanDEM-X）双星的研制经验，采用相控阵天线，负责向地表发射雷达信号，已于2022年发射。另外2颗为被动卫星（即萨拉-2/3），质量均为1.8t，采用抛物面反射器天线，用于接收回波雷达信号。

北约筹划建立虚拟星座以支持军事行动

2023年2月，来自北约的16个成员国，以及芬兰、瑞典共同签署了“联盟太空持续监视”（APSS）计划意向书（LOI）。该计划一旦正式实施，北约总部将更快更及时地使用天基系统收集的数据。APSS计划目前的参与者包括：比利时、加拿大、法国、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、波兰、西班牙、英国、美国、芬兰，以及瑞典等国。APSS计划最终将建立一个由国家和商业空间资产组成的虚拟星座，统称为“天鹰座”（Aquila）。其成员国可以选择用天基传感器和卫星来支持这一倡议，没有卫星的国家可以贡献数据收集和分析能力，或者只是出资帮助北约购买商业卫星数据。例如，卢森堡已同意出资1650万欧元启动APSS计划，资助创建一个专家团队来开展该项目。





4 日本




2023年1月26日，日本发射情报采集卫星-雷达-7（IGS-Radar-7）卫星，IGS卫星在轨数量达到8颗。值得一提的是，2022年12月，日本政府在内阁会议上通过了《国家安全保障战略》《国家防卫战略》和《防卫力整备计划》三份纲领性指导文件（统称“安保三文件”）。“安保三文件”在主张发展“反击能力”的表述下决定拥有“对敌基地攻击能力”，这一战略思想势必影响日本后续侦察监视卫星的发展。据报道，2028年后，日本计划常态化运行10颗在轨IGS卫星，提升侦察监视能力，并着手发展电子侦察卫星。日本还提出发展侦察小卫星星座，提升对敌基地的重访能力。





5 朝鲜、韩国




2023年11月21日，朝鲜国家宇宙开发局（NADA）利用千里马-1（Chollima-1）火箭将万里镜-1-03卫星（Manligyeong-1-03）发射入轨。这是朝鲜经历两次发射失败后，成功发射的本国第一颗军用光学成像侦察卫星。“万里镜”光学成像侦察卫星质量约300kg，分辨率估计为1m。之前，01星于2023年5月31日发射时因火箭二级故障失败。02星于2023年8月24日发射时因火箭三级故障失败。万里镜-1-03卫星运行在近地点493km、远地点512km、倾角97.43°的轨道。


2023年12月1日，韩国利用美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰-9运载火箭在美国加利福尼亚州范登堡空军基地，发射了425项目光电红外卫星-1（425 Project EO/IR Sat-1）。该卫星是韩国首颗军用侦察卫星，质量800kg，分辨率为0.3m。该卫星由韩国国防发展局（ADD）负责运行。在425项目下，韩国还将发射4颗SAR卫星，可以透视云层并具备夜视能力。425项目全部5颗卫星对朝鲜具有2小时重访能力。425项目总费用为9.3亿美元。总体来看，朝鲜、韩国发射军用侦察卫星已拉开东亚地区军事航天竞赛的序幕。





6 以色列




2023年3月28日，以色列用“沙维特”（Shavit）火箭发射了“地平线”（Ofeq）系列侦察卫星中的最新一颗——Ofeq-13雷达成像侦察卫星。继2020年7月发射Ofeq-16光学侦察卫星之后，Ofeq-13是以色列近3年来发射的第1颗军用侦察卫星。Ofeq-13卫星质量约350kg，采用了新的成像模式，可以在短时间内完成不同目标区域的快速切换进而实现多点成像，空间分辨率约0.5m。以色列继续发展小型军用侦察卫星的思路没有发生变化。





7 新加坡




2023年7月30日，“国防科技-合成孔径雷达”（DS-SAR）侦察卫星搭乘印度“极轨卫星运载火箭”（PSLV）成功发射。DS-SAR卫星是新加坡国防部下属国防科技局（DSTA）以及新加坡新科工程公司（ST Engineering）发展的首颗军民两用高分辨率雷达侦察卫星，用于海洋安全监视和漏油检测等。同时，DS-SAR卫星图像也将提高新科工程公司的商业服务能力。DS-SAR卫星由以色列航空航天工业公司（IAI）研制。DS-SAR卫星能够提供全天候的昼夜覆盖，并且能够在全极化成像模式下以1m分辨率进行成像。DS-SAR卫星质量362kg，运行于倾角5°、高度约527km的低地球轨道。





8 结束语




美国构建军、情、民、商、盟卫星组成的混合太空架构，推动太空架构从难以防御转变为更强健、更具弹性的架构。同时，在法国、德国、意大利、西班牙、比利时等国近年已逐步完善“多国天基成像系统”（MUSIS）、共享侦察卫星数据的背景下，北约又提出发展“天鹰座”，某种程度上说，是美国在促进遥感产业回流的大背景下，试图依托美商业遥感卫星技术占据领先地位优势，从而可向盟国出售其商业卫星数据，促进美国遥感产业发展。在俄乌冲突背景下，俄罗斯加速发射侦察卫星，2023年度达到4颗，同时进行更新换代，提升侦察监视能力。亚洲非传统航天国家越来越重视军事航天能力建设。朝鲜、韩国、新加坡发射本国第1颗军用侦察卫星，其中韩国能力最强，光学分辨率达到0.3m，日本军事战略强调从自卫向反击发展，将进一步补足侦察监视卫星体系。总体来看，亚洲各国已将军事侦察卫星视为地区政治、军事博弈的重要手段。





来源/《国际太空》2024年第2期编辑/刘维德责编/刘晓敏

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