[科普中国]-美国国防支援计划卫星

美国于在1970年11月6日把第1颗“国防支援计划”实用型综合性导弹预警卫星送上太空。目前，“国防支援计划”星座由5颗地球静止轨道卫星组成，其中 3颗为工作星（印度洋、大西洋和太平洋上空各1颗），2颗为备用星。每颗卫星能够看到将近半个地球。通常该系统对洲际弹道导弹能给出25分钟的预警时间，对潜射弹道导弹能给出约15分钟预警时间，对战术弹道导弹能给出 5 分钟的预警时间。

起初由TRW公司制造的第一批Ⅰ号卫星于1970年11月发射。Ⅰ号卫星重量约为900千克，其性能指标为：400瓦功率，星载2000个探测器，其设计寿命是一年零三个月。目前这批DSP-1系列卫星(DSP-14到DSP-23卫星)具有1485瓦的大功率和6000个探测器，其设计寿命至少10年。这种卫星使用红外探测器来探测导弹向地面喷流产生的热度。有多达10个DSP卫星还在运转，它们能够提供导弹发射的立体图像和更详细的喷流特征。最近在传感器设计方面的改进包括：提高了全半球覆盖区域内水平线以上的探测能力、分辨率以及星载设备处理信号的能力。

大多数DSP卫星都是由“大力神4号”运载火箭送入地球同步轨道的。DSP-16卫星是由“发现者”号航天飞机送入轨道的，那次发射任务代号是STS-44(1991年11月24日)。第23颗和最后一颗卫星由“德尔塔4号”重型运载火箭直接送入地球同步轨道。DSP将由天基红外系统取代。

导弹预警卫星是目前探测弹道导弹发射的最有效的手段，它通过星载红外探测器探测到弹道导弹发射时尾焰的红外辐射，并把方位角和辐射强度等信息传给地面工作站，从而为地面防御系统提供尽可能长的预警时间。2

弹道导弹防御不仅需要强大的监视网络，不间断地对目标地区进行监视，一旦发现有导弹升空，还必须尽早将情报传送到作战管理/指挥控制系统和拦截系统，时间对于拦截的成败至关重要，因为拦截系统必须有充足的时间进行发射前的准备。因此说到弹道导弹防御不能不提到它的预警系统。

由于仅靠监视系统还不足以完全掌握伪装遮蔽的发射井，所以还必须借助活动在静止轨道上的早期预警卫星监视宇宙空间的红外变化。一旦捕捉到地面有新出现的热源，立刻根据热源的状况和移动情况，对其作出判断，辨别它是森林火灾、火山喷发，还是火箭发动机排出的喷焰。如果判定是导弹升空，立即根据其移动的速度、高度、方向等信息推算出导弹的种类、测算弹着点，并迅速通报有关部门。

人们最熟悉的红外探测卫星是“国防支援计划”(DSP)，可监视地球上每个角落发射的弹道导弹。DSP卫星从1970年到2005年共计发射了23颗，目前在轨的都是大型的block14星。它们是1989年以后发射的9颗星，其中3颗是1991年前发射的。只要有6颗星就可以覆盖全球各个角落。DSP卫星装有红外望远镜，与轴线呈7.5度倾斜。

DSP卫星每分钟转6圈，即10秒1圈。假定朝鲜发射导弹，DSP卫星能立即检测到大量红外辐射，如果在卫星旋转期间热源发生移动，就证明不是火灾或火山爆发，可以判定是

火箭升空或导弹发射，并立即测定热源的位置、速度，粗略计算出弹着点。

DSP-23卫星

制造商：诺斯洛普.格鲁曼公司

发射日期：2007年11月10日

轨道：GEO

发射地点：佛罗里达州，卡纳维拉尔角

运载火箭：德尔塔Ⅳ-重型

发射质量：2386千克

结构尺寸：10米 × 6.7米

有效载荷：中红外波长望远镜，碲汞铬探测器，双重辐射探测器，太空和大气爆炸系统(SABRS)

1972年11月23日，1枚高达100多米的巨型火箭从苏联拜科努尔发射场飞向太空，当时发射场上洋溢着一片欢笑。然而，突然一声巨响，该火箭立即化作一个美丽的火球，2000多吨的庞然大物顿时灰飞烟灭。就在苏联人“丈二和尚摸不着头脑”时，在美国科罗拉多夏延山内1000米深处岩洞内的美国航天司令部已经开始研讨苏联火箭发射失败的原因了。因为通过停留在印度洋上空的导弹预警卫星，美国航天部队警报中心的计算机已记录了这枚苏联火箭飞行的全过程。不过，出于安全保密的原因，关于美国导弹预警卫星在当时很少有人了解。直到1991 年的海湾战争，它才在一夜之间成为家喻户晓的“明星”。该卫星通过与“爱国者”导弹的默契配合，完成了反导弹的作战任务，创造了战争史上前所未有的奇迹。导弹预警卫星之所以先知、先觉，就是因为卫星上装有高灵敏度的红外探测器和带望远镜头的电视摄像机，在敌方从地面或水下发射导弹后数十秒内，红外探测器即可探测到导弹上升段飞行期间发动机尾焰的红外辐射，并发出警报。同时，高分辨率的电视摄像机能跟踪拍摄目标，自动或按地面遥控指令向防空指挥部发回目标图像，并在地面电视屏上显示导弹尾焰的图像，提醒我方组织战略防御或实施反攻。采用高轨道组网方式运行的目的是为了获得较宽的覆盖面，以克服地面防空雷达因电波信号沿直线传播受地球曲率影响而不能尽早发现目标的缺点。

美国“国防支援计划”卫星的首要任务是探测并实时报告针对美国及其盟国的任何洲际弹道导弹、潜射弹道导弹及战区和战术弹道导弹发射，保护美国及其盟国的安全。其星载红外探测器通过扫描探测洲际导弹的动力燃烧段来确定发射及其航向。由于洲际导弹和火箭的动力燃烧段时间较长，因而，星载探测器有足够时间来完成上述工作。但在实际应用过程中，只要配合适当的支持系统，“国防支援计划”卫星对那些动力燃烧段时间较短的战术导弹也有一定的探测与预警能力。1

“国防支援计划”已发展了3代。第1代“国防支援计划”研制了4颗，首颗于1970年11月6日发射，最后1颗于1973年6月12日发射。其每颗卫星重898千克，是长7米、直径4米的圆柱体,设计寿命1.5年。它依靠粘贴在星体表面的太阳能电池和入轨后展开的4块太阳能电池帆板产生400瓦电力。星载主探测器是1台长3.6米、直径 1 米的施密特红外望远镜，其焦面上装有由2000个硫化铅红外探测元组成的线阵，能探测到2.69～2.95微米范围内的短波红外信号，可提供地平线以内覆盖，用来探测来袭导弹发动机的红外辐射，然后进行报警并预测其弹道参数。卫星工作时，星上红外探测器就像钟表指针扫描表盘一样，对地球的部分表面进行扫描，每分钟扫描6次。主要任务是从地球背景中分析热红外源的温度、位置和轨迹，从而发现导弹尾焰、判定导弹类型和攻击目标，发出导弹来袭警报。此外，卫星上还装有1台可见光电视摄像机，用以辅助红外探测器辨别真假导弹目标。

第2代“国防支援计划”卫星是从1975年12月14 日开始发射的,一直到 1987年11月29日国防支援计划-13升空为止总计9颗。卫星是重1043千克的圆柱体，设计寿命3年，并扩大了红外探测器扫描范围，消除了第1代“国防支援计划”卫星中的扫描盲区，灵敏度和可靠性也增加了，降低虚警概率，还加装了核爆炸探测器，能探测大气层内的核爆炸，提高卫星抗核打击能力。

1989年6月14日入轨的国防支援计划-14是首颗第3代“国防支援计划”卫星。第3代“国防支援计划”卫星有许多优点：

① 体积大,外形为长10米、直径6.74米的圆柱体，带有大型陀螺仪和更多燃料,从而能随时机动战区上空。它还携带了动能碰撞敏感器，所以可在动能武器来袭时自动实施机动躲避，必要时也可机动到“闪电”型大椭圆轨道上工作，从而提高了系统的生存能力。

② 星上红外探测器能工作在2种不同的红外波段，它们分别以2.7微米（短波红外）和4.3微米（中波红外）波长探测红外目标，这样不仅增强了对导弹发射阶段和起飞阶段的侦察，使探测器既能探测和跟踪地平线以内的目标，又可探测和跟踪地平线以上的目标，而且还能防激光干扰和提高鉴别能力。其望远镜焦平面分两部分，以保护电子设备免遭激光武器发射的高能激光的摧毁，当1种波段被激光致盲时还可启用另1种波段继续监视，大大增强了预警系统的实战可用性。

③ 为了实现“零动量”，以最大限度地节省姿控用燃料。前两代“国防支援计划”采用惯性调节装置对卫星自旋轴进行微调，而第3代“国防支援计划”则利用反作用轮来产生与卫星自旋动量相等且相反的动量，从而达到零动量稳定。

④ 星上红外望远镜有6000个硫化铅和碲化汞镉红外探测元（前两代不到2000个），提高了探测灵敏度，较好地探测红外特性不明显的中、短程导弹，有效识别各种导弹发射。

⑤ 卫星寿命长，达7～9年。

⑥ 电源功率达1275瓦，比第1代大2倍，比第2代大1倍。

⑦ 星上计算机有较大改进，可自行管理各分系统，保持卫星在轨位置基准，即使失去地面站的控制，卫星仍能发送导弹预警数据，星上信号处理能力的提高，使得杂波抑制效果得到改善。

⑧ 星上有多个先进的核辐射探测器，平时用于监测有关国家履行核禁试条约的情况，战时则可精确测定核爆炸位置。

⑨ 具有数据重复发送功能，即在敌人实施干扰、数据传送中断时，卫星可快速重复传送加密的预警数据，并能用激光把数据传给其他卫星。

⑩ 卫星重达2.36吨，与前两代卫星相比可谓“大巫见小巫”，所以必须用航天飞机或重型火箭才能发射。1

这一代卫星由 TRW 公司研制，每颗卫星价值2.5亿美元,装载了6种有效载荷：红外望远镜、卫星敏感器、核爆炸辐射探测器、高分辨率可见光电视摄像机、通信转发系统、激光通信系统和紫外跟踪探测器。其中主探测器是红外望远镜，有2个短波红外波段，前者用于导弹点火监测，后者用于导弹轨迹监测，地面分辨率为3～5千米。次探测器是紫外跟踪探测器，用于弹头跟踪。激光通信子系统用于“国防支援计划”卫星星座通信。1

技术性能

至今，DSP卫星已发射了20颗，卫星和遥感器的技术性能不断改进，自1989年6月后发射的DSP－14 到DSP－21均为DSP-I(改进型)。DSP－I卫星共有6种有效载荷：

① 红外望远镜子系统(IR)；

② 紫外跟踪探测器(ULS)；

③ 星球探测器子系统(SS)；

④ 状态监视子系统(SMS)；

⑤ 信号电子学子系统(SES)；

⑥ 激光通信子系统(LCP)。

其中，主探测器是IR，有2个短波红外波段（2.7µm和4.3µm），前者用于导弹点火监测，后者用于导弹轨迹监测，地面分辨率为3～5km。次探测器是ULS，用于弹头跟踪。LCP用于DSP星座通信。3

“国防支援计划”系统在全球有3个大型固定地面站、1个移动地面站和1个技术支持站。其中建在科罗拉多州的地面站负责接收太平洋上空卫星下传的数据，建在澳大利亚的地面站负责接收印度洋上空卫星下传的数据，建在德国卡普安的地面站负责接收大西洋上空卫星下传的数据。另外，美国站和澳洲站兼为数据处理站。

1970～1974 年为试用阶段，1975～1978年为改进阶段，在这两个阶段共发射了 7 颗卫星，常驻卫星 3 颗。1979～1988 年为应用阶段，这个阶段共发射 6 颗卫星，常驻卫星增加到 4 颗，并已投入业务使用，每天24h 提供服务。1989 年以后，工作卫星为 5颗，全部到位。3

针对“国防支援计划”卫星虚警率高、不能跟踪中段飞行的导弹、过分依赖国外地面站中继通信、对战术弹道导弹预警时间短以及对火灾也报警等缺陷，同时也为了满足导弹空间监视数据不断增长的需要，美国国防部于1994年12月决定研制可同时预警战略和战术导弹的“天基红外系统” 导弹预警卫星来逐步取代“国防支援计划”。