六神合体:美国太空军最后一颗天基红外系统地球同步轨道卫星升空

斯伯丁

　　美国东部时间2022年8月4日晨6点29分，联合发射同盟（ULA）的一枚阿特拉斯5运载火箭（采用421配置）从弗罗里达州卡纳维拉尔角空天军站SLC－41号工位升空，将美国太空军的天基红外系统地球同步轨道6号卫星（SBIRS GEO－6）成功送入了预定轨道。至此，经过11年的建设，天基红外系统地球同步轨道星座的全部6颗卫星都已发射升空，同时意味着美国天基导弹预警项目即将进入下一代过顶持续红外（NG－OPIR）项目时期。



　　SBIRS GEO－6造价12亿美元，质量4.85吨，为3轴稳定卫星，装有一部过顶持续红外（OPIR）扫描传感器和一部凝视传感器，传感器指向通过望远镜内指向镜完成。其GEO扫描传感器可在全视野内实现高重访率，而凝视传感器用于较小区域内步进凝视或专用凝视操作。



　　天基红外系统（SBIRS）对保护美国与其盟国免受导弹袭击及核反击至关重要，它利用轨道航天器上的强大红外传感器持续监控全球各地的火箭与导弹发射活动迹象，这些传感器可通过搜索火箭尾焰羽流热特征来检测导弹。

　　原计划SBIRS包括三种轨道资产，分别是：SBIRS低轨卫星、大椭圆轨道（HEO）传感器与SBIRS地球同步轨道卫星。但是1999年，军方取消了SBIRS的低轨星座部分，原因是当时美国导弹防御局（MDA）研发的空间跟踪与监视系统卫星（STSS）已能够追踪与表征飞行中的导弹，并为负责拦截的反弹道导弹（ABM）武器提供更准确目标数据，这等同于SBIRS低轨卫星所规划的能力。

　　最终，整个天基红外系统架构包括HEO主传感器载荷，地球同步轨道（GEO）专用卫星，以及地面用于接收、处理、提供红外情报以供决策者使用的相关基础设施，其中HEO传感器主要集成在美国国家侦察办公室（NRO）的间谍卫星上用作增强载荷。SBIRS项目团队原由美国空军空间和导弹系统中心的红外空间系统主管负责领导。洛克希德．马丁公司（Lockheed Martin）是该项目主承包商，诺斯罗普．格鲁曼公司（Northrop Grumman）是载荷集成商。项目最初由美国空军空间司令部负责操作。美国军方最初规划的SBIRS地球同步轨道星座包括8颗卫星，但后来采购了6颗，以将资源转向NG－OPIR项目。2019年，美国太空军成立后，原本空军管理的DSP、SBIRS与NG－OPIR等天基红外预警项目均移交给了太空军，由其下属负责导弹预警的第4太空团（Space Delta 4）管理与运营。

　　SBIRS计划始于20世纪90年代，美国空军寻求用一个新型卫星星座增强并最终取代当时的国防支援项目（DSP）地球同步轨道卫星星座。后者原先被称为综合导弹预警系统（IMEWS），自20世纪70年代以来共研发了23颗卫星：

从1970年到1973年，四颗第一代DSP卫星由泰坦III（23）C火箭发射升空；

从1975年到1987年，九颗第二代DSP卫星升空（三颗标准II型、四颗多轨道卫星／性能完善化改进型、安装有III型卫星传感器的二代升级型），发射所用火箭包括泰坦III（23）C与泰坦III（34）D；

从1989年到2007年，十颗第三代DSP卫星升空，发射所用载具包括泰坦IVA 402火箭、泰坦IVB 402火箭、亚特兰蒂斯号航天飞机＋惯性上面级（STS－44任务）以及德尔它IV重型火箭。

　　有两颗III型DSP卫星未能实现预定计划，一颗是1999年4月发射的第6颗III型DSP，原因是作为泰坦IVB 402火箭一部分的惯性上面级发生分离故障。尽管这颗卫星不能完成它的原定任务，但却在2008年被用于研究范艾伦辐射带。另一颗失败的卫星是该项目的最后一颗卫星USA－197，它在轨工作10个月后失效，美国空军没有公布调查结果，但是曾使用微卫星技术实验卫星（MiTEx）对它进行近距离探测。目前，少数DSP仍在轨道工作，与SBIRS共同执行任务。

　　SBIRS地球同步轨道卫星先后使用了三种不同配置的阿特拉斯5运载火箭进行发射：

　　2011年5月升空的天基红外系统地球同步轨道1号卫星（SBIRS GEO－1）、2013年3月升空的天基红外系统地球同步轨道2号卫星（SBIRS GEO－2）、2017年1月升空的天基红外系统地球同步轨道3号卫星（SBIRS GEO－3），全部由不带固体火箭助推器的401型阿特拉斯5运载火箭发射（请注意！其中SBIRS GEO－3实际是第四颗SBIRS－GEO卫星，而第三颗反而被命名为SBIRS GEO－4，之所以序列号如此，是因为第四颗SBIRS－GEO卫星先完工，通过先发射，美国空军可以降低成本）。这三颗卫星全部被发射到地球同步转移轨道，尔后凭借自身动力进入地球同步轨道。

　　2018年1月升空的天基红外系统地球同步轨道4号卫星（SBIRS GEO－4）由带一个固体火箭助推器的411型阿特拉斯5运载火箭发射，增加一个助推器使得半人马上面级可以在部署完卫星后点火脱轨。

　　2021年5月升空的天基红外系统地球同步轨道5号卫星（SBIRS GEO－5）和本次升空的SBIRS GEO－6均由带两个固体火箭助推器的421型阿特拉斯5运载火箭发射，这是因为这两颗卫星用洛克希德．马丁公司LM 2100M卫星总线升级后重量增加，火箭需要额外助推器提供动力。SBIRS GEO－6部署轨道为5218千米 x 35335千米 x 17.63度倾角的优化型地球同步轨道，其中近地点更高，达5218千米，由于升轨作业消耗的星载推进剂更少，可以增加卫星寿命。



　　作为美国空军曾经的最高优先级空间项目之一，SBIRS目的在于提供全球持久红外监视能力，以满足21世纪美国国家安全领域的四个要素：

1、导弹预警，SBIRS可以向美国总统、国防部、作战指挥官和其它用户提供明确、及时和精准的战略导弹威胁告警信息。

2、导弹防御，SBIRS可以提供关键信息，以有效支持导弹防御系统的操作，以应对威胁。

3、技术情报，SBIRS可以向战略指挥官和作战指挥官们、情报机构和其他方面提供特征红外（IR）信号，现象与威胁性能数据。

4、战场意识，SBIRS星座可以向作战指挥官们、联合特遣部队指挥官们和其它用户提供全面的红外数据，帮助赋予战场支持部队防御、攻击规划和其它任务的条件。

　　SBIRS的后继项目NG－OPIR将建立地球同步轨道与大椭圆轨道（闪电轨道）星座，首颗NG－OPIR地球同步轨道卫星（NG－OPIR GEO）粗定不早于2025年升空，而首个NG－OPIR极轨航天器（NG－OPIR Polar）粗定不早于2027年升空，该项目的技术探路星宽视场测试平台（WFOV）已于今年7月1日由一枚阿特拉斯5运载火箭（采用541配置）在美国空天军12号任务（USSF－12）中作为前部空间飞行器发射升空。

　　执行本次发射任务的阿特拉斯5运载火箭（采用421配置），源自洛克希德．马丁公司为竞争美国空军渐进一次性运载火箭（EELV）项目提出的方案，该系列火箭均围绕着通用核心推进器（CCB）一级（RP－1／液氧推进剂）与装备1至2部RL－10发动机的半人马二级（液氢／液氧推进剂）构建。其中一级可以用多达5部固体火箭助推器进行推力加强。该火箭使用一套三位数编号格式来表示配置：其中第一个数表示火箭载荷整流罩直径（以米为单位）；第二个数表示一级固体火箭助推器的数目；第三个数表示半人马第二级的RL－10发动机数目。

　　以421型为例，第一个数字4表示火箭采用一具4米直径整流罩，第二数字2表示该火箭带两部捆绑式火箭助推器，第三个数字1表示该火箭半人马二级有一部RL10发动机。本次发射也是半人马上面级第二次使用RL－10C－1－1发动机，该发动机采用增推扩展喷口，引入3D打印技术，它于去年的SBIRS GEO－5任务中首次登场，虽然发射成功，但监测发现当时其钟形喷口的振动远超预期，因此工程师们花费了更多时间来评估数据。此次发射中，发动机喷口配置为不完全延伸，令其全长与RL－10C－1近似。尽管RL－10C－1目前仅用于阿特拉斯5型火箭，但预计联合发射同盟将把它引入火神－半人马火箭的新型上面级。

　　SBIRS GEO－6任务要求RL－10C－1－1启动3次，第一次持续8分27秒，使载荷进入一条初始停泊轨道，经过一个10分钟的滑行段，RL－10C－1－1第二次点火，持续4分44秒，载荷进入一条椭圆转移轨道，然后是一个长达2小时30分的滑行段。二次滑行结束后，RL－10C－1－1第三次启动，持续58秒，以进一步提升轨道。再过2分又49秒，SBIRS GEO－6分离。最后，半人马上面级在火箭升空后3小时59分又27秒进行钝化处理，以降低在轨爆炸风险。

　　联合发射同盟的下一次任务是暂定在9月用一枚德尔它IV重型火箭发射NRO的机密任务NROL－91，据称它可能是一颗重型光学成像间谍卫星。