美国天基红外预警系统概况与启示*

孙　文， 王　刚， 姚小强， 邵红菲

(1.空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安710051；2.空军第三通信团，北京100095)

综述与评论

美国天基红外预警系统概况与启示*

孙文1， 王刚1， 姚小强1， 邵红菲2

(1.空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安710051；2.空军第三通信团，北京100095)

摘要:天基红外预警系统(SBIRS)的战略地位日益凸显，对国家军事发展具有重要的影响。鉴于我国在天基红外预警领域发展时间短、技术经验不足等问题，介绍了美国SBIRS的发展历程、趋势，详细论述了其组成、功能等内容，重点分析了美国SBIRS建设发展带来的启示。该研究对我国预警系统建设具有重要的指导意义。

关键词:天基红外预警系统； 组成功能； 启示

0引言

美国天基红外预警系统(space-based infrared system,SBIRS)是20世纪90年代提出研制的，主要由天基红外低轨卫星(SBIRS-Low)、天基红外高轨卫星(SBIRS-High)和地面系统组成[1]，作为美国国家导弹防御系统的重要组成部分，将接替国防支援计划(DSP)卫星，成为美军执行导弹预警、导弹防御、技术情报和战场态势生成等任务的主要手段[2]。

经过了20多年的发展，美国的SBIRS在星座构建、探测手段和智能化程度等方面都取得了一定的成就，为美国遂行各项作战任务提供了有力支撑[3,4]，而我国天基红外预警方面的研究起步较晚，在星座部署、预警模型构建等方面缺乏相关经验教训和技术理论，与国外先进水平差距较大，需要借鉴学习国外的相关知识。

本文主要围绕SBIRS 的发展历程展开论述，详细介绍了其部署、组成及功能情况，重点分析了美军的SBIRS对我国预警系统发展的几点启示。

1SBIRS发展历程

1.1主要发展阶段

1992年，美国国防部致力于研究SBIRS，1995年，将其列入美国财政年度开支计划，原计划执行13年，于2008年完成，但是由于经费和科研进度等原因，计划未能按期完成[5]。其中，SBIRS-Low和SBIRS-High的主要发展历程如表1、表2所示。

1.2未来发展趋势

SBIRS的发展趋势将是一体化、战术应用、网络化、微小卫星和联合发展[6,7]。

一体化是指全方位、多层次的探测预警体系，比如美国建立的天基、临空基、空基和陆基等为一体的导弹预警系统以及由预警与控制卫星(AWACS)和RQ—4A“全球鹰”无人机构成的天基预警与控制雷达系统。

表1　SBIRS-Low的发展历程

表2　SBIRS-High的发展历程

战术应用是指将星座缩小，由战略层次延伸到战术层次，比如美军在地面用高速计算机处理卫星数据缩短预警时间，选择探测器合适的波段和灵敏度，将低轨卫星缩小到8颗，以提高支援部队作战能力。

网络化是指建立一个全球的国防信息网，实现星间通信、数据处理和信息融合，比如美军研制的国家战略预警网络化信息集成系统、全球战术信息广播系统等，为全球美军和盟军的作战提供导弹发射和战场态势等信息。

微小星座是指采用小卫星组网，以星座的形式部署，实现探测、捕获、跟踪，比如：美国陆军研制的多种纳卫星，其探测范围广，生存能力强，成本低廉。

联合发展是指多国共同研制开发建设预警系统，比如：欧洲国家研制天基共享成像系统；美俄两国共同改造莫斯科的导弹预警设施，共同运行联合数据中心。

2SBIRS组成与功能

SBIRS主要由SBIRS-Low，SBIRS-High和地面系统组成，主要执行红外监视与跟踪导弹发射全过程的任务，能够同时探测来袭的战略和战术导弹，并且可以提供全球和战区导弹预警、国家和战区的导弹防御、技术情报支持和战场态势生成等功能[8]。探测系统是其中的关键部分，主要利用目标与背景之间的红外辐射温差形成的热点或图像来探测目标信息[9]，组成原理如图1所示。

图1　天基红外探测系统组成原理框图Fig 1　Principle block diagram of SBIRS constitution

2.1SBIRS-Low部分

SBIRS-Low是SBIRS的核心部分，如图2，包括12～24颗部署在约1 600 km高度的近地轨道小卫星，分布于1～3个轨道面上，构成了一个覆盖全球的卫星系统，其中，每颗卫星搭载了一台宽视场短波红外捕获探测器和一台窄视场凝视型跟踪探测器。SBIRS-Low卫星的设计寿命约为10年。

图2　SBIRS-Low卫星空间部署Fig 2　Satellite space deployment of SBIRS-Low

主要用于探测、捕获和跟踪飞行中段的弹道导弹[10]，通过测量目标分谱辐射量、温度、有效辐射面积及其变化率。SBIRS-Low卫星可以分辨诱饵弹和真实弹头，获得弹头的位置、速度和加速度，为地基拦截提供相关数据，并进行超视距制导，提供目标精确定位，增加拦截导弹的防御区域[11]， 同时它还兼有太空防御的能力，可以对全球范围内的导弹发射进行不间断的监视和监测，并提供导弹准确的发射时间和地点，此外，SBIRS-Low系统还提供有关导弹发射场的特征参数和相关导弹类型的技术情报。其卫星为低费用小卫星，采用多台遥感器，工作波段包括可见光、中波红外和短波红外。工作过程是宽视场扫描捕获探测器按照先地平线以下、后地平线以上的顺序进行探测，以捕获和跟踪导弹目标的尾焰及弹体、助推级后的尾焰和弹体以及最后的冷再入弹头，一旦发现目标，便将目标信息传递给高轨卫星，窄视场多光谱探测器进行中长波和可见光探测，锁定目标并对整个弹道中段和再入段进行跟踪，可同时锁定跟踪100多个目标，对洲际弹道导弹的最长预警时间可增加到20～30 min，为导弹防御赢得充足的时间。

2.2SBIRS-High部分

如图4所示，SBIRS-High由4颗地球同步轨道卫星、2颗大椭圆轨道卫星和1颗地面备份卫星组成。其中，4颗地球同步轨道卫星的高度为36 000 km,每颗卫星上都装有高速扫描型探测器和与之互补的凝视型探测器[12]。

图3　SBIRS-High卫星空间部署Fig 3　Satellite space deployment of SBIRS-High

主要用于探测和跟踪助推段的弹道导弹，为美国最高指挥机构和作战部门提供全球和战区范围内的战略、战区导弹发射和助推段飞行与下落阶段的红外数据[13,14]。利用短波、中波段(2.7 μm和4.3 μm)红外传感器探测战略、战区导弹的尾焰辐射和蒙皮辐射，提供导弹的发射和主动段的非成像红外数据并预测导弹落区。其卫星的扫描型探测器的扫描周期为1 s，与高分辨率凝视型探测器相结合，可使SBIRS-High卫星的扫描速度和灵敏度比DSP卫星高10倍以上，它可以在导弹发射10～20 s将预警信息传递给地面雷达，而DSP则需要40～50 s，定位精度小于1 km，而DSP卫星精度约3 km。工作过程是扫描型探测器分别对地球南北半球进行一维线阵扫描，凝视型探测器根据探测信息对发射画面进行二维阵面放大，并进行跟踪，将获取的预警信息在10～20 s内传递给预警指挥控制中心[15]。高轨卫星间不进行通信，但可以和低轨卫星进行通信以接力跟踪。

2.3地面系统部分

地面系统是SBIRS的重要组成部分，主要由美国本土的地面控制站、备用地面控制站、防摧毁站、海外中继站、多任务移动处理站以及通信链路等组成，分为固定站、移动站和抗摧毁站三类。主要是接收和处理SBIRS-High卫星和SBIRS-Low卫星的信息与数据，并且对卫星进行控制。

3关于建立预警系统的启示

美国SBIRS的建设已经形成了较为完备的体系，处于世界先进国家行列[16]，拥有丰富的经验启示，我国要充分认清建设预警系统的复杂性和艰巨性，吸收其他国家的经验教训，走出建设预警系统的特色之路。

1)合理规划，有序执行。SBIRS是一项复杂的系统工程，涉及高轨、低轨和地面部分，包括侦查卫星、通信卫星、导航卫星及各类探测器等，执行各类预警探测任务。因此，在研制预警系统的道路上，要根据科研能力、设备条件、任务缓急等实际情况，分系统分层次合理规划，分时期分阶段有序执行，决定优先重点研究的部分以及所要付出的代价周期。如根据美国的最初研制情况，可以针对重要敏感地区优先研制几颗低轨卫星及相应的地面系统，实现在该地区的监控预警，在战术级水平上满足现实需要。

2)多军兵种协同，共同研制。天基红外系统的建设仅靠单一的军兵种进行研究，所需要的周期较长，耗费的物力财力等都很大，难以在有限的时间内取得较为理想的效果，这就使得各军兵种协同作战成为可能。如在研制过程中，根据任务分配，确定各军兵种的研制内容，统筹协调，共同完成对预警系统的建设。

3)军地联合，优势互补。SBIRS已经上升到国家战略层面的高度，对其研制要充分调动军地两方的优势资源，形成互补合力。如美国的SBIRS主要是由洛克希德·马丁公司、古德里奇公司等与军方协同研究的，我国在研制的道路上也要注重军民结合，民为军用，提高效率。

4)注重基础，勇于创新。由于起步较晚，所以，要特别注重对基础理论、基础研究的学习，打牢根基；同时，不能固守理论，要根据需求，适当调整发展思路。如可以在红外传感器的基础上，加入雷达、可见光等传感器。

4结束语

SBIRS在未来攻防体系对抗中的作用日益重要，逐渐成为军事大国研究的热点。美国在研制SBIRS的过程中形成了一套较为完整的体系框架，本文以美国SBIRS发展历程、趋势为基础，详细介绍了SBIRS的组成功能，为我国的建设预警系统提供了重要的理论依据和发展启示。

参考文献:

[1]李国柱,孙轶.美国天基红外预警系统的发展[J].舰船电子工程,2011,31(10):12-15.

[2]谢劲松.美国天基红外技术的发展分析[J].舰船电子工程,2012,32(6):8-10.

[3]Geoff Andersen,Olha Asmolova,Geoff McHarg,et al.FalconSAT—7:Towards rapidly deployable space-based surveillance[C]∥Proc of 2013 AMOS Technical Conference,2013:10-13.

[4]Andrew W,Harris Jr.Impacts of space system acquisition on national security[D].California:Naval Postgraduate School,2012:17-21.

[5]庞文,苏剑.浅析国内外天基预警系统的现状和发展趋势[J].学术研究,2013(22):253-254.

[6]Robert Berg.The future of warfare & impact of space operations[J].Army Space Journal,2011:30-33.

[7]吴昊.国外天基红外系统的发展动向与分析[J].舰船电子工程,2013,33(12):145-148.

[8]龙云利.天基红外监视系统目标检测与跟踪技术研究[D].长沙：国防科技大学,2012:2-7.

[9]李刚.空间目标天基红外探测光学系统研究[D].西安：中国科学院西安光学精密机械研究所,2013:1-5.

[10] 谷雨.地球同步轨道红外预警卫星仿真模型研究[J].电子科技,2012,25(8):80-85.

[11] 赵炜,黄树彩,于强,等.弹道导弹主动段天基红外跟踪方法综述[J].飞航导弹,2014(7):82-87.

[12] 胡磊,闫世强,刘辉,等.美国GEO预警卫星覆盖性能分析[J].空军雷达学院学报,2012,26(6):404-408.

[13] 李小将,金山,廖海玲,等.美军SBIRS GEO—1预警卫星探测预警能力分析[J].激光与红外,2013,43(1):3-8.

[14] 岳桢干.美国SBIRS GEO—2卫星发射升空[J].红外,2013,34(4):47-48.

[15] 毛艺帆,张多林,王路.美国SBIRS—HEO卫星预警能力分析[J].红外技术,2014,36(6):467-470.

[16] Chaplain T.Space acquisitions:DOD faces challenges in fully realizing benefits of satellite acquisition improvements[J].United States Government Accountability Office,2012(3):13-17.

General situation and enlightenment of space-based infrared early-warning system of America*

SUN Wen1, WANG Gang1, YAO Xiao-qiang1, SHAO Hong-fei2

(1.College of Air and Missile Defense,Air Force Engineering University,Xi’an 710051,China；2.The Third Communications Regiment, Air Force,Beijing 100095,China)

Abstract:Strategy status of space-based infrared early-warning system (SBIRS) is more and more important,it has great influence on development of national military affairs.Because in our country development time in this field is short,technology and experience are insufficient,development process and trend of SBIRS in America are introduced,constitution and function are illustrated in detail,enlightenment of SBIRS in American is analyzed.The study has great guidance significance to develop early-warning system of our nation.

Key words:space-based infrared early-warning system(SBIRS); constitution and function; enlightenment

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)04—0001—03

收稿日期：2015—09—09

*基金项目：国家自然科学基金资助项目(61272011)；国家自然科学基金青年基金资助项目(61102109)

中图分类号:TN 976

文献标识码:A

文章编号:1000—9787(2016)04—0001—03

作者简介:

孙文(1992-)，男，山东青州人，硕士研究生，主要从事天基预警系统部署和探测性能分析研究。