[科普中国]-长曲棍球卫星

研发背景

尽管美国顶尖级的锁眼-12卫星有许多优点，但它也存在所有光学成像照相侦察卫星所共有的一个缺点，就是无法透视云层。在冷战时期，由于苏联的大部分领土和其它一些令美国感兴趣的地区经常被云层所覆盖，所以这对情报搜集来说始终是一个难题。

雷达成像照相侦察卫星则可以弥补光学成像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，这对全面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。因此，从目前的技术水平来看，两者结合使用是最佳配制。

在海湾战争中，由于伊拉克沙尘暴多，而且为了迷惑美军视线，伊拉克点燃了不少油井，产生了很多烟雾，所以锁眼-12的应用会受到一定影响，但美国的“长曲棍球”雷达照相侦察卫星可大放光彩。

“长曲棍球”雷达成像照相侦察卫星是美国1988年12月2日开始发射的。当今，只有美国拥有这种侦察卫星。2

型号长曲棍球-1：发射于1988年12月2日，在437—447公里的近地轨道运行，不过该卫星已于1997年3月因超过设计寿命脱离轨道在大气损毁；

长曲棍球-2：发射于1991年3月8日；

长曲棍球-3：发射于1997年10月24日，主要用于替代已损毁的长曲棍球-1，长曲棍球-3为改良型侦查卫星，重达15吨，在666-679千米近地轨道运行；

长曲棍球-4：发射于2000年8月17日，重14.5吨，运行于689—695千米近地轨道；

长曲棍球-5：发射于2005年4月30日，重达16吨，运行于712—718千米近地轨道。相较于之前的长曲棍球卫星，长曲棍球-5具有更强大的隐形功能。1

技术性能该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能量，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。

其上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。

合成孔径雷达是该星的“千里眼”。那么，合成孔径雷达是如何工作的呢？它指将雷达边沿其飞行轨迹移动边接收到的信号(回波)组合起来以合成一副等效的特长天线所采用的一门技术，被用来产生细节清晰可辨的雷达图像。由于它是靠自身提供照射(雷达脉冲)，因此不论白天还是黑夜，也不论是否有阳光照射，它都可以随时对目标成像。而且，由于雷达的波长要比可见光或红外光的波长长得多，所以合成孔径雷达还能够透过云雾和烟尘“看到”地面目标，这一点是可见光和红外遥感仪器无法做到的。

由于天基成像雷达可以透视云层，而且利用合成孔径雷达技术有可能以接近于光学照相侦察卫星水平的分辨率提供图像，因此，美国早就想利用装有这种雷达的侦察卫星，来监视“华约”装甲部队的活动和核查军备控制条约的遵守情况。1976年末，时任中央情报局长的乔治·布什批准对这种卫星系统开展研究和研制工作，从而启动了美国合成孔径雷达成像侦察卫星研制计划的实施。

其实，首颗“长曲棍球”卫星早在1987年10月就造好了，但由于“挑战者”航天飞机机毁人亡事故的影响，因此长曲棍球-1卫星直到1988年12月才由航天飞机发射升空。迄今为止，这种卫星已发射了4颗，其中后2颗是在前2颗基础上的改进型，它们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，现正在轨服役。

“长曲棍球”卫星单颗价值高达10亿美元。这种卫星在设计上的显著特点是装有巨大的雷达天线和巨大的太阳能电池帆板。一对太阳能帆板对称地垂直于星体两侧，比以往飞行过的任何天基雷达所能得到的最大电能高10倍之多。

星载合成孔径雷达能以标准、宽扫、精扫和试验等多种波束模式对地面轨迹两侧的目标成像。这些不同的波束模式各有各的独特用途，如有的模式用来以高分辨率对几十km见方的小面积区域成像，有的模式则用来以较低分辨率对几百公里见方的大面积区域成像。头两颗卫星在以标准模式成像时分辨率为3m，以精扫模式成像时分辨率为1m。这虽与锁眼12号卫星上的光学成像相机可达到的0.1m分辨率相距甚远，但对于识别和跟踪体积较大的军事装备如坦克车和导弹运输车来说肯定足够了。后两颗改进型卫星的精扫模式分辨率被提高到了0.3m，与锁眼-12卫星的能力已相差无几。

“长曲棍球”卫星的巨大数据量,不仅要求数据传输速率达到每秒数百Mbit，还要求以强大的计算能力进行数据处理。

2颗“长曲棍球”卫星配对工作可以反复侦察地面目标。它们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。2

实战表现据推测，“长曲棍球”还载有用于目标识别的光学遥感器，以供锁眼-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。在1991年的海湾战争中和波黑战争中，“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。1996年9月曾用来侦察评估美国巡航导弹对伊拉克的攻击效果。其在海湾战争中跟踪伊拉克装甲部队行踪和在波黑战争中监视塞族装甲部队行动中，都发挥了很好的作用。2

使用现状到目前为止，美国只发射了四颗“长曲棍球”(Lacrosse)雷达成像卫星。前面两颗为初始型号，其中首颗是1988年12月2日由阿特兰蒂斯号航天飞机在执行STS－27任务期间施放的，它也是美国的第一颗军用主动式雷达卫星，运行在近地点668km、远地点703km的轨道上，倾角57°。第二颗是1991年3月由大力神－4运载火箭发射的，轨道高度为683km，倾角68°。“长曲棍球”卫星可全天候昼夜监视装甲部队的活动情况，其分辨率可达到1m级。相比之下，美国航宇局的航天飞机成像雷达(SIR)可达到的分辨率为10m～20m。据推测，“长曲棍球”卫星还载有光学遥感器。该卫星的作用可能还包括目标识别，以供“锁眼”(KH)卫星详细成像，并可能被用来核查对机动式洲际弹道导弹条约的遵守情况。卫星所获取的情报信息经“跟踪与数据中继卫星”传回位于新墨西哥州的白沙地面站。首颗“长曲棍球”卫星在其飞行时间超过设计寿命后，于1997年3月受令脱离轨道再入大气层损毁。

出于对“长曲棍球”卫星全天候工作能力的偏爱，以及只剩下一颗“长曲棍球”卫星在轨运行，需要补充一颗星与之配对工作，因此，改进型“长曲棍球”雷达成像卫星应运而生。新的改进型“长曲棍球”雷达成像卫星重15t，已于1997年10月23日由大力神?4运载火箭射入684km高的圆形轨道，轨道倾角68°。卫星上装有大型成像雷达，采用直径为9－14m的抛物面天线，带有相控阵。2