国外空间目标监视系统的发展

曹 斌

国外空间目标监视系统的发展

曹 斌

随着越来越多的国家拥有进入空间和利用空间的能力，空间变得日益拥挤、更加具有竞争性和对抗性，感知空间态势进而控制空间成为一些大国追求的目标。空间目标监视是争夺空间“高边疆”的前提，只有具备较强的空间态势感知能力，才能确保后续的空间攻防行动的有效展开。空间目标监视系统是监视他国空间资产、空间活动、空间碎片，进而实现空间态势感知的重要物质基础，其能力水平直接制约着空间对抗能力的发挥。

空间目标监视系统的任务

空间目标监视系统主要由地基和天基探测设备组成，用以对航天器进入空间、在空间运行及离开空间的过程进行探测和跟踪，对空间碎片和自然天体的运行情况进行观测，结合其他相关信息和数据，经过综合处理，获取目标的外形、尺寸、飞行轨迹、功能等信息，并进行编目，以掌握空间态势，向民用和军用航天活动提供空间目标信息支援。

空间目标监视系统具有重要的军民两用价值。在民用方面，其主要作用是保障航天器安全和判断航天器故障。在军用方面，该系统可以帮助确定潜在敌方的空间能力，为空间对抗等军事航天活动提供支持。空间目标监视系统的主要任务包括：及时发现新的航天发射活动；对空间目标进行探测、跟踪和识别，维持空间目标编目；对可能发生的碰撞和对己方空间系统构成威胁的空间碎片或主动攻击进行告警，确定有敌意航天器的任务载荷、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特征；为航天器碰撞规避以及主动防御等提供支持；通过确定目标轨道信息，为攻击敌方航天器提供作战支援。

2013年5月，美参联会颁布的新版《空间作战条令》，首次将空间态势感知列为与空间力量增强、空间支持、空间控制和空间力量运用并列的独立任务领域，并排名第一，将其视为一切空间作战活动的基础和前提。

国外空间目标监视系统的发展现状与趋势

美国拥有天地结合的空间目标监视网 美国已建成遍布全球、天地一体的空间目标监视系统，并正在进行更新换代，以实现覆盖全轨道高度的空间目标监视能力。

在地基方面，美国建立了由30多部地基光学探测系统、无源射频信号探测系统、雷达探测系统、指挥控制中心组成的空间监视网。美国空间监视网拥有对大部分空间目标进行编目管理的能力，但还不具备在任何时候对所有空间目标进行持续监视的能力，主要根据任务需要在一段时间内对特定目标进行观测。目前，美国空间监视网可探测的目标直径：低轨为10厘米，地球同步轨道为1米。目标定位精度：低轨为1千米，地球同步轨道为10千米。

为加强地基空间监视系统建设，美国主要采取了以下措施。一是汰旧换新。美国关闭了运行52年的旧“空间篱笆”系统，以节省开支。2014年6月，美国空军开始研制新的“空间篱笆”系统。新一代“空间篱笆”系统使用3台地基S波段雷达，可探测低/中高度地球轨道上20万个左右2厘米以上的空间目标，计划2018年建成，投入运行后将大大增强美国空间态势感知能力。在没有预先提示或指派任务的情况下，具有发现、锁定和测量2/5的低/中轨道空间目标能力。二是填补盲区。目前，美国在南半球部署的空间目标监视系统较少，只在南半球赤道附近有零星部署，存在覆盖盲区。因此美国拟在澳大利亚部署空间监视望远镜和C波段雷达，不但能提高对东半球和南半球覆盖，改善美军地基中/高轨探测监视能力的不足，而且可提高对地球同步轨道区域微小目标的探测能力，发展对空间的广域、快速搜索监视能力。三是提升能力。美军将改造联合空间作战中心的任务系统，提升空间指挥、控制和数据分析能力。

空间目标监视系统在未来空间对抗不同阶段所承担的主要任务

在天基方面，天基空间监视系统具有不受地理位置限制、可全天候工作、可进行广域空间监视、探测跟踪深空微小目标能力强等特点。美国在加强地基空间目标监视系统的同时，正在加紧建设天基空间态势感知系统。一是发展大型天基空间监视系统。2010年9月，美军发射了“天基空间监视系统”（SBSS）首颗“探路者”卫星，并于2013年4月正式服役。SBSS可全天时、全天候进行空间态势感知，每天提供1.2万次对深空物体的观测；与地基监视系统每次只能观测一个目标不同，SBSS可同时观测多个深空目标，部署后空军的空间物体观测能力提高了5倍。其后继项目可能将使用由在低轨道运行的3颗尺寸更小的卫星组成的星座，对地球同步轨道的物体保持监视。目前，相关的技术研发工作正在进行，并计划在2021年前发射。

二是发展小卫星用于空间监视。美国已发射两颗“凝视”纳卫星，计划构建由18颗纳卫星组成的卫星星座，提高对空间目标的定位精度。美空军计划2017年在“快速响应空间”-5任务期间发射小卫星，提供地球同步轨道目标监视能力，补充美军空间监视能力潜在缺口，并验证相关技术。

三是发展对地球同步轨道目标的抵近侦察能力。2014年7月，美军发射2颗“地球同步轨道空间态势感知计划”卫星，具备较强的机动变轨能力，可按需抵近地球同步轨道目标，绕目标飞行，对目标进行详细的光学和电子侦察。

预计到2020年前，美国在全球的覆盖盲区将显著缩小，并将在地基系统升级改造和部署新系统的基础上大力发展天基系统，大幅提升对深空微小目标的探测、跟踪与识别能力，并具备广域与局域威胁告警与评估能力。到2020年，美国空间监视网对低轨空间目标的探测和定位精度将分别提高到1厘米和10米，对地球同步轨道目标的探测和定位精度将分别提高到10厘米和100米；将能实时监视感兴趣目标，空间碰撞预测的准确率提高到99%。

俄罗斯继续沿用部署在苏联国土内的外空监视系统俄罗斯空间目标监视系统是伴随着其弹道导弹预警系统的建设而发展起来的，主要以地基系统为主，包括地基雷达，光学、光电探测器，与空间监视中心共同构成外空监视系统，由俄罗斯航天部队掌管。俄罗斯空间监视网每天能生成5万条左右观测数据，维持8500个目标的编目，其中大部分为低轨目标。俄罗斯空间监视系统目前主要受制于两个因素：一是没有形成覆盖全球的网络，监视的对象大部分为低轨目标，还无法达到对空域、时域的无缝覆盖。受地理位置分布局限，无法探测跟踪低轨道倾角和西半球的空间目标。二是苏联解体后，俄罗斯需要租用部署在其周边邻国境内的空间目标监视系统。据俄罗斯军方称，2001年俄罗斯雷达网仅能覆盖1/3领土上的空间。

俄罗斯可用于空间监视的雷达包括：部署在俄罗斯摩尔曼斯克、伊尔库斯克以及哈萨克斯坦巴尔喀什的“第聂伯河”电扫描米波雷达；部署在俄罗斯伯朝拉和阿塞拜疆明盖恰乌尔的“达利亚尔河”相控阵米波雷达；部署在白俄罗斯巴拉诺维奇的“伏尔加河”连续波相控阵分米波雷达，以及俄罗斯圣彼得堡列赫图西的“沃罗涅日”-DM米波雷达与“顿河”-2N相控阵厘米波雷达。其中，“伏尔加河”雷达2002年开始部署，与“达利亚尔河”雷达相比，跟踪精度明显提高，能够发现和跟踪数千千米以外飞行中的弹道导弹和空间目标，并监测其飞行数据，具有较强的抗干扰能力。“沃罗涅日”-DM是俄罗斯最新研制的超大型相控阵雷达系统，2005年开始部署，可跟踪、识别4800千米外的空间目标，可有效应对突然出现的高速目标，能在极其恶劣的条件下发挥作用，是俄罗斯新一代主力预警装备。

俄罗斯最先进的光学空间监视系统是位于塔吉克斯坦境内的“窗口”-M系统，该系统为有源光电空间监视与跟踪设施。2015年7月，俄罗斯首套“窗口”-M地基光电空间监视系统具备完全运行能力。该系统可识别轨道高度2000～40000千米的航天器，与地基雷达配合，能使俄军空间监视能力覆盖目前所有航天器的运行轨道，空间监视能力增强4倍。俄罗斯还计划在未来4年内，再建设超过10套“窗口”-M系统，部署在阿尔泰以及滨海边疆地区，将为俄未来遂行空间信息对抗和空间攻防活动提供重要支撑。

欧洲主要国家建有各自分立的空间目标监视系统欧洲主要国家部署了各自分立的地基雷达、光电空间目标监视系统，如法国的“格拉夫”系统、舰载“蒙日”系统，德国应用科学研究所跟踪成像雷达系统，英国被动成像测量望远镜等。另外，欧洲的自动转移飞行器也能配备光学传感器执行天基空间监视任务。

欧洲空间目标监视系统一直缺乏整体规划，目前由各国的国防部门分别管理，没有实现联网运行，在布局和协同工作方面都缺乏统一规划，导致在空间覆盖上存在缺口，在能力上存在不足，使得欧洲主要依赖美国空间监视网获取空间监视相关信息。

法国“蒙日”号导弹监控雷达舰

国外空间目标监视系统建设重点

着力构建面向空间对抗作战的体系结构美国现有空间监视系统的体系结构是冷战时期遗留下来的，以空间目标监视、编目管理为主要任务，主要用以满足国家战略层面的信息需求。随着美国空间对抗战略的不断推进，其空间监视系统的任务由战略层面向战术层面扩展，现有体系结构已不能满足未来遂行空间攻防对抗的需求，主要表现在：首先，美国空军主管的空间监视网，以及导弹防御局、情报界可用于空间监视的多种探测器各自分立，没有形成整体合力，整体效率不高。2015年6月，美国国防副部长沃克宣布，计划成立融合情报部门和国防部的新联合太空行动中心，新机构将更好地整合国防部和情报部门卫星资源，实现情报部门和国防部空间态势感知能力的共享。其次，及时响应能力不能满足要求，即从任务分派到形成可用信息的周期过长。为此，美国2001年启动了空间态势感知倡议计划，2007年启动了一体化空间态势感知计划，构建面向空间对抗作战的空间态势感知体系结构，集成担负火箭发射探测与跟踪、航天器监视与跟踪以及空间环境监测等任务的探测器，形成面向空间对抗作战、全谱、近实时的情报、监视、侦察、环境空间态势感知能力。

重点增强对微小目标和深空目标探测能力空间碎片的迅猛增长，给在轨航天器带来极大安全隐患；小卫星特别是皮卫星、纳卫星的释放越来越多，探测和跟踪这些小卫星对现有系统能力构成了极大挑战。另外，高轨空间区域，聚集着导航、气象、通信等众多战略性空间系统。对其有效监测具有重要的潜在战略价值。目前，美俄都建立了近地轨道10厘米以上空间目标编目，未来将重点增强10厘米以下微小目标探测能力，并着力发展高级的空间目标特性分析，对空间目标识别进行深入研究，以便从复杂空间背景中判定和识别出卫星和导弹目标，为空间攻防提供支撑。此外，为应对空间环境日益拥挤的现状，美国开展的天基空间态势感知和地基“深空观察雷达”等项目，都是旨在增强对微小空间目标和地球同步轨道目标的探测能力。

空间威胁探测与告警技术是发展的热点空间态势感知就是要掌握空间有什么、是什么、在干什么，预测一定时间内的状态，为决策者和指挥员提供战场信息支援。这就要求在对空间威胁进行及时、有效探测的基础上，能做出空间威胁预警和评估，对可能发生的碰撞和对己方空间系统构成威胁的空间碎片或主动攻击进行告警，因此空间威胁探测与告警技术成为发展的热点。

总体来看，美军正在发展的空间威胁探测与告警手段包括：一是利用空间目标监视系统，判断可能对空间系统构成威胁的目标，形成威胁预报。这需要一系列功能强大的地基和天基监视设备，以便对所有空间目标（包括碎片）进行全面监视。其特点是威胁预报时间长，保护对象多，缺点是软杀伤威胁无法感知预报。二是利用卫星本身装备的探测设备，实现对敌方射频、红外、激光干扰情况的感知，形成威胁预报并发出告警信息。这需要卫星系统自身具备对空间目标进行监控的能力，以探测和识别威胁。其特点是可感知软杀伤威胁，缺点是威胁预报时间短，保护对象惟一，卫星系统复杂化。美军计划利用“快速响应空间”-5卫星验证自感知空间态势感知系列传感器，如能验证成功，美国未来许多卫星都可搭载通用星载空间态势感知传感器。三是综合利用空间目标监视系统和卫星自身装备的探测设备，通过对所有空间目标的全面监视和识别分类，对敌方射频、红外、激光干扰情况的感知，分析判断可能对空间系统构成威胁的目标，形成完整的威胁预报并发出告警信息。其特点是实现多源信息的融合处理，形成完整的威胁预报。

美军能对2万多个空间目标进行跟踪和编目

国外空间目标监视系统发展途径

加强统一管理加强统一管理是国外提升空间监视能力的重要途径。例如，美国空军、海军以及其他非军事机构最初分别建有各自独立的空间目标监视系统。为提高现有系统的使用效率、实现数据共享和缩短数据分发时间，美国将空军、海军的空间目标监视系统联网，并从2004年开始交给空军统一管理。美国2002年3月成立空间态势感知综合办公室，由该办公室站在国家层面研究国家空间态势感知需求，建设国家空间态势感知体系，评估空间态势感知能力，制订一体化规划和投资战略，并负责空间态势感知的系统集成工作。2014年，美国空军推进“联合太空运行中心任务系统”项目，旨在集成各类信息源，快速探测跟踪目标，实现跨太空监视网络数据的有效分发，最终为航天司令部提供现代化的空间态势感知数据处理能力。欧洲也在研究将各国现役和在研的空间目标监视系统联网使用，以减少对美国空间监视网的依赖。

注重能力融合发展美军十分注重空间态势感知能力的融合式发展。一是多源数据的融合应用。美军除利用空间监视系统采集数据外，还注重传统情报资源手段的建设，以获取他国卫星特性、能力、意图等信息，基于专门的多源数据融合流程、算法和系统，以实现空间态势感知数据大融合。二是空间态势感知与导弹预警能力融合应用。导弹预警与空间态势感知有许多共通之处，因此美军积极利用导弹预警系统的能力弥补空间态势感知能力的不足。美国战略司令部司令在2009年战略空间论坛中强调，未来导弹预警传感器设计应融入空间态势感知的任务需求。三是天基与地基系统融合发展。天基空间监视系统具备不受区域限制、跟踪机动灵活、观测距离远、成像质量高、战时生存能力强等优点，与地基空间监视系统结合可以发挥更强大的效能。

注重国际合作空间范围庞大、目标繁多，当前空间内存在的物体数量约为50多万个；相比之下，美军仅能够对其中的2万多个空间目标进行跟踪和编目。在国防经费削减的现实背景下，美军独立开展空间态势感知任务难度越来越大。美国希望通过合作的策略进一步拉拢盟友和伙伴，构建空间利益集团，压制、制衡力量发展，谋求对空间更有力的控制。基于以上原因，近年来，美军在空间态势感知领域的国际合作发展较快，已与加拿大、日本、澳大利亚等盟国，以及44家公司签署了空间态势感知数据共享协议，简化对方向美军申请空间态势感知数据的流程，作为交换，美国也获得相应的信息共享权利。例如，韩国将向美国战略司令部提供卫星位置和无线电频率信息。值得注意的是，美国与日本以空间态势感知为突破口，将合作上升到太空安全层面，日本现已开始组建专业部队执行卫星监视任务，所获数据将向美军提供。

主要国家加快发展空间目标监视系统，将使空间态势对其单向透明，为其掌控其他国家空间活动态势、实时评估空间安全威胁、遂行空间对抗、谋求控制空间提供关键支撑。

责任编辑：刘靖鑫