2021年国外军用对地观测卫星发展综述

刘韬（北京空间科技信息研究所）

军用对地观测领域进入更新换代的关键期，现役系统规模、能力持续补强，体系级弹性目标和高超武器载具等高价值目标的指示等作战应用需求驱动下一代系统向多星组网、信息快速融合处理和产品快速交付等方向拓展。具体来看，2021年，国外军用对地观测卫星系统持续稳步发展，多国补网加强原有系统，商业对地观测卫星在重访、分辨率和观测途径上实现了较大突破，逐步成为军方可用的新质能力，因此军方愈加重视利用商业能力。同时，美国从信息支援向实战应用转变，以对发射前时敏目标进行持续跟踪、为作战人员提供火控级目标指示信息为目标，发展“看护层”和其他战术天基信息支援系统。

1概述

2021年，国外军用对地观测卫星领域共进行5次发射，集中在美国、俄罗斯和法国，成功将7颗卫星送入轨道。发射数量与2020年持平（成功发射7颗）。

2021年国外军用对地观测卫星发射活动概览（仅统计业务型卫星）

2 美国

在大国竞争背景下，2021年美国试图在所有作战域通过联合全域指挥和控制近乎实时地发现、跟踪和打击目标，在这一需求牵引下，美国充分考虑情报界、国防部和其他政府机构的需求，重新制定了商业光学卫星的服务采购合同。同时，重视新兴能力的应用，开始将先进的雷达、射频定位等商业力量纳入国家地理空间情报体系。系统与技术方面，美国一方面补网发射传统大型光学侦察卫星系统。另一方面，继续推进“七层体系”中“看护层”的建设，尝试商业雷达卫星直连“传输层”；“看护层”多源数据融合软硬件进入在轨测试阶段。

补网发射1颗KH—12卫星

2021年4月26日，美国发射1颗KH—12卫星，发射代号NROL—82，这是第9颗KH—12卫星。KH—12—9卫星是美国国家侦察局（NRO）运管的光学成像侦察卫星，全色分辨率优于0.1m。目前也有少数外媒将该卫星称为KH—13—2卫星，并透露1颗KH—13卫星的成本达到40亿美元（含发射成本）。

密集出台多个政策，促进商业航天加强国家侦察监视能力

2021年8月，NRO提出由政府和商业公司构建、不同轨道的卫星组成的“未来架构”，以增强弹性、提高能力；10月，该局发布“战略商业增强框架广泛布局公告”，旨在采购商业雷达、高光谱图像和射频定位等新兴对地观测领域的数据。11月，该局发布“光学商业层”（EOCL）招标书（RFP），EOCL是继“增强视景”合同后的商业卫星服务采购合同。EOCL只限于美国拥有和在美国经营的公司。同时，EOCL具有快门控制条款，国家侦察局可在特定时间、特定区域获得供应商卫星的独家访问权，该条款的执行需要国家情报局局长和国防部长批准。此外，美国国家地理空间情报局（NGA）于11月发布《国家地理空间情报系统——商业地理空间情报战略2021—2025》，倡议航天界共同进行商业地理空间投资，以更多地利用商业能力。

军方高度重视商业微纳雷达成像卫星星座

随着商业微纳雷达成像卫星星座的快速发展，美国多个军事部门都在积极与美国卡佩拉航天公司（Capella Space）、芬兰冰眼公司（ICEYE）合作，探索微小合成孔径雷达（SAR）技术的军事应用潜力。2021年11月，卡佩拉航天公司宣布将于2022年开始在SAR卫星上安装激光通信终端，与“传输层”相连直接通信，实现向国防部用户快速提供观测数据。卡佩拉航天公司正在积极构建初始7星星座，计划最终建成运行在12个轨道面的36颗卫星星座，具备平均1h全球重访和4h的InSAR重访能力。卡佩拉航天公司作为美国首家成功发射商业SAR微卫星的公司，目前已获得美国空军、海军、国家侦察局、国家地理空间情报局、太空发展局（SDA）等授予的合同。“卡佩拉”（Capella）卫星质量小于100kg，每轨成像长达10min，是“冰眼”（ICEYE）卫星的5倍。Capella卫星最高分辨率0.3m，幅宽5km，可与当前传统大型SAR卫星相媲美。

七层架构的“看护层”多源情报融合软硬件进入初步在轨测试阶段

2021年6月30日，轨道阁楼公司（Loft Orbital）研制的名为又一次任务—3（YAM—3）商业卫星发射入轨，星上搭载了太空发展局的“原型在轨验证试验台”（POET）。目的是初步验证将安装在七层体系卫星上“战场管理指挥控制与通信”（BMC3）模块上的“看护层”在轨数据融合应用程序，具体包括：①使用YAM—3卫星搭载的光学遥感器演示自动目标识别（ATR）算法；②第三方开发的多源遥感数据融合算法的安装；③CFC—400型星上计算机的验证；④看护层应用的早期在轨测试；⑤BMC3系统的早期测试。

重视评估国际商业对地成像卫星能力

国家地理空间情报局对世界各国商业卫星对地观测能力开展了奥运风格的评估，2021年10月在地理空间情报（GEOINT）研讨会上公布了结果。该评估分9大类给表现突出的国家“颁发”金、银、铜牌，9大类分别是全色分辨率、光学持续监视能力、短波红外能力、SAR分辨率、SAR持续监视能力、中波红外能力、视频成像能力、多光谱成像和高光谱成像能力。结果表明，芬兰冰眼公司的SAR重访速度居全球第一，美国卡佩拉航天公司的SAR分辨率是全球最高。阿根廷卫星逻辑公司（Satellogic）斩获了多光谱图像类的金牌。从该事件可看出，国家地理空间情报局非常重视对国际商业对地成像卫星能力进行评估，从中优化选择可利用的商业卫星。其次，国会和相关管理机构将更加关注商业对地成像卫星的发展，有望从顶层规划方面进行引导，促进国家对商业能力的充分利用。

NRO持续采购多家商业卫星运营商图像

2021年7月，NRO延长并扩大了与行星联盟有限公司（Planet Federal）的商业卫星图像合同。根据这份合同，美国情报和国防部门将继续获得每日3～5m分辨率的图像，同时也将有限地获得该公司的视频功能。8月，NRO与黑色天空公司（BlackSky）签订了合同，以扩大与该公司的业务。

美国麦克萨技术公司（Maxar）于8月宣布，NRO将继续从该公司采购卫星图像，直至2022年8月。早在2018年，NRO与麦克萨技术公司签署了三份为期1年的“增强视景后续”合同，每份价值约3亿美元。目前即将行使的即为第2份合同。

天军寻求地面动目标指示能力转移至天基，取代JSTARS飞机

2021年5月12日，美国天军太空作战部长约翰·雷蒙德（John Raymond）上将表示，美国空军希望利用小型雷达卫星来跟踪地面动目标，而天军将有助于实现这一目标，通过小型雷达卫星星座，实现地面动目标跟踪与指示。天军寻求将地面动目标指示（GMTI）能力从空基转移到天基上，利用GMTI卫星取代空军正在使用的E—8C目标攻击雷达系统（JSTARS）飞机，向联合部队提供战术情报、监视与侦察（ISR）图像，支持空军、海军和陆军加强目标识别、探测和监视能力。

陆军发射3颗枪烟—J系列卫星

枪烟—J（Gunsmoke—J）是美国陆军发展的面向战术应用的试验型小卫星，分别于2021年2月20日、3月22日、6月30日发射了Gunsmoke—J—1、2、3卫星。该系列卫星由美国陆军太空导弹防御司令部（SMDC）发展，用于验证直接支持陆军作战行动的先进信息采集能力。卫星设计寿命3～5年，质量5kg，由太空导弹防御司令部负责运管，由洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）负责研制。卫星由普罗米修斯批次—2（Prometheus Block—2）的1.5U立方体平台（电源和通信系统）和1.5U的试验载荷组成。Gunsmoke—J采用新型电子设备，在要求的响应速度内向作战人员提供战术可行目标数据，验证其载荷在多域作战中提供关键数据和信息的能力。

Gunsmoke—J卫星外形图

NRO罕见公布2颗侦察卫星少量信息

2021年10月，NRO在GEOINT年度会议上罕见公开了2颗2020年发射的侦察卫星的发展和应用情况。这2颗新的侦察卫星在不到3年的时间内完成了从概念到投入使用，该系统捕捉到了阿富汗疏散和海地救灾的图像。

多途径推动军用环境监测卫星发展

在军用环境监测卫星方面，2021年，通用原子电磁系统公司（GA—EMS）和美国雷神情报与空间公司（Raytheon Intelligence＆Space）竞标天军的“光学红外气象系统”（EWS）卫星。同时，美国气候和太空技术研究联盟（ASTRA）为EWS卫星开发“快速重访光学云成像仪”（RROCI）。EWS计划旨在及时满足军方对于云表征和战区图像产品的需求，以取代现有老化的“国防气象卫星计划”（DMSP）。2021年10月1日，美国空军通过其“空军资产战略资金增加”计划发布了一份价值1.93亿美元的合同，由明日io公司（Tomorrow.io）开发一个大约由32颗微波气象卫星组成的星座。

3 欧洲

2021年，欧洲仅有法国发射了军用对地观测卫星。法国成功发射首个业务型电子情报卫星系统——“空间电磁情报能力”（CERES）三星星座，取代已超期服役的“电子情报卫星”（Elisa）星座，标志着法国电子侦察能力从技术验证走向业务应用阶段。CERES项目由法国国防装备局（DGA）负责统筹管理，由空客防务与航天公司（ADS）和泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）共同研制。CERES星座由3颗卫星低轨编队飞行，设计寿命8年，卫星质量446kg，采用时差定位方式，探测和定位地面无线电和雷达信号。

4 俄罗斯

2021年，俄罗斯发射新型光学成像侦察卫星和电子侦察卫星，并持续补网加强原有系统。

发射小型军用光学成像侦察卫星

2021年9月9日， 宇宙—2551（Cosmos—2551）军用光学成像侦察卫星成功发射，该卫星又名Razbeg—1。俄罗斯官方未透露该卫星的信息。俄罗斯太空网披露Razbeg—1源于实验型小卫星（EMKA），基于EMKA卫星平台研制，分辨率0.9m，卫星平台由俄罗斯机电科学研究所（NPP VNIIEM）研制，载荷由白俄罗斯的方位有限责任公司（OAO Peleng）研制。该卫星质量约150kg（也有报道为250kg），运行在轨道高度319km/347km、倾角96.6°的太阳同步轨道。第一颗EMKA卫星（Cosmos—2525）于2018年3月29日发射，于2021年4月1日再入大气层。因此，新发射的Razbeg—1用于接替Cosmos—2525。

加快部署新一代电子侦察卫星系统

俄罗斯持续推进新一代电子侦察卫星系统建设。先后于2021年2月和6月发射了莲花—S电子侦察卫星和首颗Pion—NKS海洋监视卫星。

俄罗斯正在构建由“莲花”电子侦察卫星和Pion—NKS海洋监视卫星共同组成的新一代“蔓藤”（Liana）系统。Pion—NKS是俄罗斯新一代海洋监视卫星，配备有源雷达和电子侦察载荷，旨在同时取代已退役的“雷达型海洋监视卫星”（RORSAT）和“电子型海洋监视卫星”（EORSAT），为俄罗斯军方提供电子情报和目标指示信息。Pion—NKS卫星发射质量6500kg，设计寿命超过3年，采用俄罗斯进步火箭航天中心（TsSKB-Progress）研制的Resurs平台。卫星载有Musson—LS载荷，由矢量科学研究所（NII Vektor）研制的14V228无源载荷和织女星无线电工程股份公司（Vega Radio Engineering Corporation）研制的11V521合成孔径雷达组成，2个载荷可同时工作，共同探测外军军事装备类型和具体位置信息。

正在开发多个新的电子侦察卫星系统

2021年外媒透露俄罗斯正在开发多个新的电子侦察卫星项目，包括新一代海洋监视卫星Pion—NKS的民用版本—Fikus卫星、Repei高轨电子侦察卫星、“蔓藤”后续系统—Akvarel系统、莲花—M改进型电子侦察卫星等。

Fikus卫星将运行在轨道高度500km、倾角81.4°的轨道，质量6250kg，设计寿命7年，带有合成孔径雷达，工作波长9.5cm、23.5cm和65cm，普查模式下分辨率100m，详查模式下分辨率5m。

Repei—V和Repei—S高轨电子侦察卫星将分别发射进入大椭圆轨道和地球静止轨道，用于探测无线电发射源。Repei卫星为信号情报卫星，能够探测雷达、无线电发射和火箭发射等遥测信号。Repei卫星携带了“用于分析干扰的小型星载复合载荷”（MBKAP）以保护卫星免受干扰。2021年，俄罗斯正在对1颗Repei—S和1颗Repei—V卫星进行测试。

“水彩”（Akvarel）新卫星星座能够近实时地向舰船和空军基地发送数据。该系统的一部分还包括分布在俄罗斯联邦全境的至少5个数据接收和传输中心。

5 其他国家

日本、印度及其他国家2021年未发射军用对地观测卫星。韩国于2021年提出发展微小型军事侦察卫星星座。2021年9月，韩国国防采办计划管理局（DAPA）宣布将从2022年起研发一个基于微小型卫星的侦察系统，以增强其探测安全威胁的能力，如朝鲜的移动导弹发射车。该系统将由多个低轨微小卫星群组成，能够快速识别指定探测区域内的异常情况。第一组微型卫星计划在2025年发射。同时，该系统将用于补充韩国国防发展局（ADD）正在开发的较大的军事侦察卫星，这些侦察卫星将配备高性能成像雷达和光学载荷，于2022年开始部署。

6 发展趋势

侦察监视体系向弹性化、多轨道、多类型和军民商盟多属性方向发展

美国新一代侦察监视体系主要由两部分组成，一部分是国家侦察局的传统大型骨干系统，另一部分是商业微小卫星、军兵种战术卫星或载荷等组成的“看护层”。大型骨干系统仍聚集战略侦察；“看护层”系统聚集战术应用，打通遥感器到射手的链路，甚至为部队提供火控数据。新体系与原来体系的区别在于，一是运管机构实现扩展，以往以国家侦察局为主，未来侦察监视体系中天军、陆军等也将拥有侦察卫星；二是新体系增加了“看护层”，带来了弹性化、多样化、智能化、分布化、互联化等新特点。

可军用的商业对地观测卫星将持续快速发展

受国家侦察局采购政策和国家地理空间情报局商业地理空间情报战略等政策带动，商业对地观测卫星将持续快速发展，同时星座化发展还将使商业对地观测卫星数量大幅提升。随着快门控制政策的实施，未来美国商业对地观测卫星战时被军方征用的可能性大增。商业卫星安装星间激光链路与传输层互联后，将使“民参军”卫星更为普遍，可见商业对地观测卫星与军事侦察卫星的界限更加模糊，美国军民融合更加深入。总体来看，商业卫星已成为军事和国防的重要支撑，美国正在逐步形成军商协同发展的侦察监视体系。

美国国防部将高度重视遥感器直连射手的能力

国防部和各军种均高度关注天基遥感器直连射手的能力。在国防部太空发展局七层体系的发展思路下，未来越来越多的商业对地观测卫星将安装激光通信终端，将数据直连七层体系的传输层，从而缩短图像交付作战者的时间。太空发展局和国家侦察局正在研究如何更快地将侦察卫星图像传输到实施目标打击的射手武器平台。美国陆军未来司令部提出“战术空间层”计划，旨在探索利用低轨卫星赋予士兵监视、导航和成像能力。在美国陆军的“汇聚”演习中，演示了商业对地观测卫星支持作战，缩短杀伤链的能力。

新一代信息技术将极大提升军用对地观测能力

美国通过“黑杰克”（Blackjack）、“商业增强空间互联操作”（CASINO）、“七层体系”等计划，积极发展人工智能、云计算等技术，旨在通过人工智能，实现陆、海、空、天数据的融合和处理，将实现敌方目标的自动识别，大大缩短杀伤链的时间。这些新技术在陆军“汇聚”演习中得到了演示验证。美国军方正在Capella和PredaSAR等商业对地观测卫星上安装星间激光通信终端，计划将对地观测卫星与传输层通信卫星或“黑杰克”卫星的激光通信链路连接起来，形成一个传输侦察数据的天基网络，解决对地观测卫星与射手之间的数据传输问题。