[科普中国]-天基红外预警卫星 永不疲惫的太空“哨兵”

2013年3月19日，一枚阿特拉斯V型运载火箭发射升空，将美国空军的SBIRS GEO-2送入预定轨道。导弹预警卫星是反导系统最重要的组成之一，没有它，对弹道导弹拦截就无从谈起。近日，美国空军成功发射天基红外系统（SBIRS）的第四颗红外导弹预警卫星。美国空军强调，这颗侦察卫星的成功发射将初期的天基红外侦察星座发展到一个高峰，其发展与更新将大大强化美军应对洲际弹道导弹袭击的信心与能力。天基红外系统主要任务是为美军提供全球范围内的战略和战术弹道导弹预警，对弹道导弹从助推段开始进行可靠稳定的跟踪，为反导系统提供关键的目标指示功能，主要用于为美国政府与军方提供导弹预警、导弹防御、技术情报侦察与作战空间特征描述。军事研究员兰顺正介绍：“美国空军的天基红外系统提供了更为强大、可靠和灵活的弹道导弹预警信息，不仅可以更早地探测到远程和洲际弹道导弹的发射，增加了对飞行中段弹道导弹的探测跟踪能力，还在设计之初就考虑到对中短程战术弹道导弹的探测跟踪能力。”红外技术在导弹预警上具有天然优势随着隐身技术的发展，导弹和各类作战飞机平台的雷达反射截面积越来越小，增大了无线电探测的困难。然而，此类目标运动时与空气的摩擦和其发动机的尾焰均会产生强烈的红外辐射，有利于红外系统对目标的探测。不论是战术还是战略层次，红外预警系统都体现了无可替代的技术优势。“弹道导弹发射时，火箭发动机会喷出数千度的火焰喷流，在飞行轨迹上留下长数公里、直径数百米、温度几十到数百度的高温尾气。由于弹道导弹会一直向上飞出大气层，所以这条高温尾迹会一直延伸到大气层顶端，使用红外探测器更易于发现目标。”兰顺正说。红外导弹预警卫星就是利用卫星上的红外探测器探测导弹在飞出大气层后发动机尾焰的红外辐射，并配合使用电视摄像机跟踪导弹，及时准确判明导弹并发出警报。资料显示，最初人们选择用雷达对来袭弹道导弹发布预警信息。由于地球是圆的，因此雷达只能发现高空目标。再者，雷达不能连续开机，而天基红外导弹预警系统以被动方式工作，则不用考虑这方面的因素，也因此被称为不疲惫的“哨兵”。位于太空的预警卫星不受地球曲率的限制，居高临下，覆盖范围广，能尽早发现弹道导弹或其它飞行器。从导弹发射到发动机关机，红外预警卫星都可以进行持续跟踪。天基红外系统是美国冷战时期国防支援计划（DSP）红外预警卫星系统的后继，是20世纪80年代计划用于取代DSP系统的先进预警系统、助推段情报与跟踪系统和稍后的早期预警系统等方案的自然延伸。“早期DSP卫星使用短红外和可见光探测，无法克服云层反光的虚警问题，后来虽然演进到双色红外波段，但其视场和分辨率都并不理想，同时对中短程战术弹道导弹力不从心。”兰顺正介绍，“而天基红外系统卫星的红外平面阵列视场视野宽广，有利于发现中短程战区弹道导弹目标，大面积凝视阵进一步提高了对战术目标的探测跟踪能力。扫描平面阵红外探测器和凝视平面阵红外探测器的结合使用，使天基红外系统静止轨道卫星的探测跟踪能力比国防支援计划卫星有了巨大的提高。”将有助于提升应对洲际导弹能力在海湾战争美国“爱国者”反导系统大战伊拉克“飞毛腿”弹道导弹的战役中，美国的国防支援计划导弹预警卫星发挥了不可替代的作用。也因此，它的后继者SBIRS更是受到广泛关注。去年美军首次进行了洲际弹道导弹拦截测试。此次成功发射第四颗红外导弹预警卫星后，美国空军强调，天基红外侦察星座的发展与更新将大大强化美军应对洲际弹道导弹袭击的信心与能力。兰顺正介绍，SBIRS采用双探测器体制，每颗星上装有扫描型和凝视型两台探测器。高轨卫星主要用于探测助推段导弹，扫描速度和灵敏度比DSP卫星高10倍以上。它的扫描型探测器在导弹点火时就能探测到喷出的尾焰，然后在导弹发射后10—20秒内将警报信息传送给凝视型探测器，由凝视型探测器将目标画面拉近放大，获取详细信息。这种工作方式能有效增强探测战术弹道导弹的能力。低轨卫星主要用于跟踪在中段飞行的弹道导弹和弹头，引导拦截弹拦截目标，与现有系统相比可将防区范围扩大2—4倍。通过扫描和凝视两种方式的观测，对陆地、海上和空间导弹的发射、类型、诱饵的撒布都有一定的观测和识别能力。“这些探测器将按从地平线以下到地平线以上的顺序工作，捕获和跟踪目标导弹的尾焰及其发热弹体、助推级之后的尾焰和弹体以及最后的冷再入弹头，实现对导弹发射全过程的跟踪。”兰顺正指出，“其探测距离可达1万千米左右，分辨率为几十甚至几米。通过对导弹和弹头弹道的跟踪，可以获得导弹弹头的空间位置、飞行速度、加速度，从而根据数据库数据进行识别判断真假目标和导弹碎片，卫星上的处理系统将预测出最终的导弹弹道以及弹头的落点，并及时通知地面雷达系统和反导系统，使其防御区域扩大、能力增强。”“随着美国天基红外侦察星座的不断发展，其应对洲际弹道导弹袭击的能力必然会相应提高。”兰顺正说。红外导弹预警卫星或已呈现三足鼎立国防承包商洛克希德·马丁公司在发射成功后表示，他们正在研制第五和第六颗红外导弹预警卫星，以不断提升美国天基红外侦察星座的能力。“SBIRS前三颗卫星GEO-1、GEO-2、GEO-3分别在2012年、2013年、2017年发射。GEO-5和GEO-6预计在2020年和2021年交付空军，发射日期预计为2021年和2022年。”兰顺正表示，“美空军还于2017年底发布了一份信息征询书，为GEO-6后的下一代SBIRS卫星征集方案。目前的计划是在2025—2029财年发射五颗下一代SBIRS卫星。”实际上，除了美国之外，俄罗斯在导弹预警卫星方面的研究也比较深入。兰顺正介绍，与美国相比，俄罗斯的导弹预警卫星计划起步稍晚。俄罗斯的导弹预警卫星主要由两个系列组成，分别是“眼睛”和“预报”系列，其中“眼睛”系列计划采用9颗卫星组网工作。20世纪90年代以来，由于俄新卫星的发射未能及时弥补旧卫星的退役，致使“眼睛”系列在轨工作的卫星数量大为减少，目前仅有2颗“眼睛”系列卫星在轨工作，都为2002年发射，已无法对北半球大部分国家和地区实施24小时不间断的覆盖，但仍然有一定的预警能力。2016年3月科技日报上刊登的一篇文章指出，我国有“尖兵”系列侦察卫星和“前哨”系列红外预警卫星两大类军用遥感卫星。据称这是我国首次公开证实预警卫星的存在。对此，兰顺正表示：“有关‘前哨’系列卫星目前公开的资料极少，不过据推测其性能应该与美国国防支援计划卫星相似，不及美国天基红外系统。可以肯定，未来随着我国反导系统的发展，天基红外导弹预警卫星将迎来比较大的发展。”（编辑：p_vmeilingpan）