世界之大却容不下美国的雷达——看美军天基反导预警系统发展史

　　出品：科普中国

　　作者：兰顺正

　　监制：光明网科普事业部

　　美国空军新一代反导监控卫星项目在8月14日签约。据美国《防务新闻》报道，美国空军与洛克希德·马丁公司签署了价值29亿美元的合约，后者将负责研制和生产3枚“下一代天顶持续红外项目”（OPIR）卫星，这种卫星将逐步取代现役部署在地球同步轨道和太阳同步轨道上的SBIRS卫星系统。据称，首枚卫星将在2023年发射，这比最初计划中这套卫星星座系统2029年成型提前了6年。而仔细梳理一下会发现，近期美国对于天基反导预警系统显得格外热心，那么这类系统究竟是何来历，又有何作用呢？

　　图片来自网络

　　冷战遗产DSP

　　由于弹道导弹发射时，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。随着弹道导弹一直向上飞出大气层，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。而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，能及早发现在空间运动的弹道导弹或其它飞行器，所以天基平台在反导预警方面具有天然的优势。天基反导预警早已被大国所重视，上世纪70年代冷战正酣之时，美国为防御苏联的导弹袭击就部署了DSP“国防支援项目”卫星。这种卫星载有中红外波长望远镜，碲汞镉探测器，双重辐射探测器，太空和大气爆炸报告系统等设备，能探测导弹发射时向地面喷流产生的热度。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。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。

　　图片来自网络

　　更上一层楼的ＳＢＩＲＳ

　　早期国防支援计划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6000单元一维线阵列的视场和分辨率都并不理想，虽然足以满足探测巨大尾焰的远程和洲际弹道导弹的需求，但对中短程战术弹道导弹则有些力有不逮。

　　为了弥补DSP的缺点，美国开始打造下一代天基预警系统——天基红外系统（ＳＢＩＲＳ）。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。SBIRS系统分为高轨道和低轨道两套卫星监控系统，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１０ｓ～２０ｓ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。它的宽视场扫描型短波红外探测器用于观察导弹发射时的红外辐射，发现战区战术导弹目标，以扩大搜索视场；窄视场凝视型多光谱跟踪探测器用于中段和再入段跟踪导弹，以提高目标信息获取速率。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。

　　图片来自网络

　　根据美军最初设想，ＳＢＩＲＳ将使美国战区导弹防御（ＴＭＤ）系统和国家导弹防御（ＮＭＤ）系统的防御区域扩大，能力增强。但是由于技术和资金问题，整个系统部署的比较缓慢，到2018年1月美国新一代SBIRS系统总共有10枚卫星在轨运行（原计划整套系统共包含31颗卫星）。

　　着急上马的OPIR

　　据美国战略司令部司令约翰·海腾8月7日在亚拉巴马州亨茨维尔举行的太空与导弹防御研讨会上说，在俄罗斯和中国的“导弹威胁”以及来自朝鲜和伊朗等国家的“新兴和潜在威胁”面前，保卫美国本土的关键在太空。约翰·海腾表示：“导弹防御界最重要的事情是确保你能够看到并描述这种威胁。我们必须能够看到这种威胁。”按照海腾的看法，拦截导弹实际上是“球手的接球手套”。要通过“主动抑制发射”战术来实现助推段拦截或成功摧毁导弹，美国需要一个有效的传感器层来及早发现威胁——但不能在地球上制造。他说：“世界上没有足够多的岛屿来部署雷达，以发现所有的威胁并确定威胁的特征。我们必须进入太空。”（巧合的是，就在海滕发出这一呼吁的几天前，中国成功测试了星空2乘波体高超音速飞行器）

　　可以看出，此次着急上马的OPIR与海腾的呼吁十分契合。对于此次的“下一代天顶持续红外项目”（OPIR）卫星，美军发表的声明表示，这项合同规定，洛克希德·马丁公司将获得29亿美元，负责设计、飞行硬件采购、早期制造与降低风险工作，到通过关键设计审查为止。洛克希德公司将提供3枚地球同步轨道卫星，用于组成OPIR卫星星座系统。空军表示，第一枚OPIR卫星将在2023年发射，这比原计划开始取代SBIRS系统卫星的时间，2025年提前了两年。据称，OPIR系统与SBIRS的高轨道系统相似，都分为极地轨道卫星（太阳同步轨道卫星）和地球同步轨道卫星两种。其中太阳同步轨道卫星负责监控北极上空，主要针对中俄，地球同步轨道卫星负责监控全球。但与现役的SBIRS卫星相比，OPIR卫星的特点是加强了探测能力，同时在面对反卫星武器威胁的时候有更高的生存力。