美国地基空间目标雷达监视系统浅析

刘璐 王浩 （北京道达天际科技有限公司）

1 引言

英国《太阳报》2021年7月17日报道，美国天军太空与导弹系统中心拟开发“深空先进雷达能力”（DARC）项目，计划在美国得克萨斯州及英国、澳大利亚各部署一座DARC雷达站，预计2027年正式投入使用。该项目中每个基地将部署10～15个直径15m的大型天线，可探测距地球约3.6×10km外足球大小的目标，单座基地占地面积约10km。

此前，美国国防部曾于2017年启动DARC项目计划，每年投资1.4亿～2亿美元用于原型设计和测试，旨在建设新的雷达站，开发可监测地球同步轨道卫星和太空碎片的深空雷达传感器，以探测、跟踪可能对美军高价值资产构成潜在威胁的空间目标。目前，在英项目已获得英国皇家空军批准，美国天军正在考察苏格兰和英格兰南部地区为雷达站选址。

由此可见，近年来，美国在持续发展原有地基空间目标雷达监视系统的基础上，着力研发深空雷达探测能力，积极推动相关项目实施，以增强包括地基空间目标监视在内的空间态势感知能力，强化领域内同盟关系以及威慑潜在对手等战略意图明显，系统架构逐步体系化，装备效能不断提升。本文就美国地基空间目标雷达监视系统进行梳理，系统分析美国在该领域的能力建设情况。

2 空间目标监视系统

空间目标监视系统是对空间目标进行探测跟踪、定轨预报、识别编目、侦收分析的情报获取系统，可通过对空间目标的精确探测和跟踪，确定可能对航天系统构成威胁的航天器尺寸、形状、轨道参数等重要目标特性，进而对目标特性数据进行归类和分发。空间目标主要指卫星，包括在役卫星和退役卫星，同时也包括各种空间碎片，进入地球外层空间的各种宇宙飞行物以及深空天体等。

在侦察手段方面，空间目标监视包括天基空间目标监视和地基空间目标监视。天基空间目标监视是指通过安装在空间平台上的各种成像测量装置，对空间目标进行探测、跟踪和识别，具有机动灵活、探测范围广、不受疆域和气象条件限制、可近距离详测等优点。

地基空间目标监视是指采用由各种地基光电探测器、雷达探测器及无线电信号探测器组成的监视网，对空间目标进行探测和跟踪，受传感器分辨率、地理位置和气象条件等限制，地基空间目标监视系统在监测性能、范围、时效性等方面尚存在诸多局限。目前，该系统主要包括地基空间目标雷达监视系统和地基空间目标光电监视系统。

地基空间目标雷达监视系统是空间目标监视系统重要组成部分，具有全天候工作、广域捕获能力强等优点，主要用于探测人造地球卫星、空间探测器、航天飞机及空间碎片等各种空间目标，预报空间物体轨道、落点，对可能发生的碰撞和空间系统攻击进行预警，也可兼顾对空间内弹道导弹的预警。地基空间目标光电监视系统则通过光学设备接收空间目标反射的可见光或红外光，以观测空间目标，系统主要由各种不同口径的望远镜以及配套设备组成。在多设备协同状态下，采用交叉定位法，可获得空间目标连续位置信息，并进行轨道定位。

在阶段任务方面，随着各国对空间疆域的不断争夺和太空军备竞赛的不断加剧，空间目标监视系统在未来空间对抗中，将呈现不同阶段不同任务的特点。

可以说，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。

空间目标监视系统各阶段主要任务概况

3 美国地基空间目标雷达监视系统概况

美国地基空间目标雷达监视系统，从体系架构上看，主要包括探测系统及太空监视中心；从雷达隶属关系上看，包括专用、兼用和可用三类型雷达；从系统部署上看，典型部署有“空间监视”（SPASUR）雷达系统、AN/FPS-85雷达、GLOBUS-II雷达、“太空篱笆”（Space Fence）雷达系统，以及深空探测雷达等。

系统组成

美国地基空间目标雷达监视系统主要包括探测系统及太空监视中心两部分。其中探测部分即地基雷达监视系统，包括“空间跟踪”（SPACETRACK）与“空间监视”两大系统。“空间跟踪”系统用于监视航天目标入轨及在轨配置过程，设有6个雷达站，对位于地球同步轨道和大椭圆轨道上的空间目标实施观测。“空间监视”系统用于测定新航天器轨道参数，由9个雷达站（3个用于发射、6个用于接收）组成。该系统对轨道倾角在30°～150°范围内的航天器进行搜索。

依据不同性质和隶属关系，美国空间监视系统地基雷达可分为专用型、兼用型和可用型三类。其中，专用型雷达由国防部所属，专门用于空间监视及太空态势感知任务，如AN/FPS - 85相控阵雷达等；兼用型雷达由国防部所属，主要用于导弹预警、情报收集等任务，可兼用于空间目标监测，如弹道导弹预警雷达和情报收集雷达等；可用型雷达由美国国内科研机构或国外相关机构所属，通过合作协议接入美国空间监视网，并为其提供雷达数据，如靶场实验雷达等。

太空监视中心由包括位于科罗拉多州夏延山地下的主中心和位于弗吉尼亚州海军太空监视系统总部的备份中心组成，由美国太空司令部管理，负责接收各类探测器监测数据，并进行目标轨道确定、预报以及目标数据库维护等。其中，夏延山地下主中心是北美航空航天防御司令部（NORAD）与原美国航天司令部（USSPACECOM）共用数据处理与监视警戒中心，备份中心为美国备用太空防御作战中心。

典型雷达系统及部署情况

美国“空间监视”系统是一种连续波多基地雷达系统，由3个甚高频（VHF）雷达发射站和6个接收站组成，工作频率为 216.98MHz。该系统沿北纬 33°线部署，自佐治亚州塔特纳尔至加利福尼亚州圣迭戈，通过建立东西方向数千千米巨大电磁波束，接收在轨空间目标穿过波束时反射雷达信号，测量并确定目标位置、速度、轨道信息等。该系统主站探测轨道高度为24000km，对雷达散射截面（RCS）为0.1m的目标探测距离为3687km，主发射站天线长约3.2km，接收站天线长约1.85km。

AN/FPS-85雷达建成于20世纪60年代末，是世界上最早的有源相控阵雷达，部署于美国佛罗里达州埃格林空军基地，最初用于探测潜射弹道导弹。1988年，佐治亚州洛宾斯空军基地“铺路爪”（PAVEPAWS）雷达正式服役后，AN/FPS-85雷达成为专用空间探测雷达，主要任务是探测、跟踪、识别和编目空间碎片，是美国空间监视系统重要组成部分。

该型雷达为大型多功能相控阵雷达，由计算机控制各个单元相位，波束可迅速移动，阵面倾斜角为45°，雷达波束可覆盖俯仰角 0°～105°和方位角 30°～150°探测空域。其主轴方向为墨西哥湾正南方，可在该轴两侧60°范围内工作。此外，该型雷达还能跟踪近地球轨道和深空空间物体。

GLOBUS-II雷达（AN/FPS-129，原名HAVE STARE雷达），曾部署于加利福尼亚州范登堡空军基地，现作为专用空间监视雷达，部署于挪威北部芬马克郡瓦尔德（Vardo）雷达站，除担负美国空间目标监视任务之外，也为挪威军事情报部门提供数据服务。该型雷达采用27m机械抛物面天线，方位角0°～360°，俯仰角90°，发射功率200kW, X频段10GHz频率工作，具有1GHz信号带宽，可生产25cm分辨率多普勒图像，可探测目标尺寸为1～10cm。

S频段“太空篱笆”地基空间目标雷达监视系统是美国太空态势感知领域骨干装备，于2020年3月27日正式服役。该系统具有太空微小目标探测跟踪能力强、全天候观测等特点，将取代美国原“电子篱笆”监视系统，主要用于跟踪商业和军事卫星、废弃火箭助推器、空间碎片（包括低、中、同步轨道）以及预测空间物体对GPS卫星、“国际空间站”（ISS）等设施存在的潜在威胁等。

“太空篱笆”系统关系示意图

该雷达系统由2处雷达站点及1处作战中心组成。其中，第一处雷达站点位于夸贾林环礁（原计划于2021年交付使用，目前，开源信息尚未披露是否完成交付）；第二处雷达站点或将位于澳大利亚西部哈罗德霍尔特海军基地。作战中心位于亚拉巴马州亨茨维尔，由第20太空控制中队负责系统运行，并将观测数据发送至范登堡空军基地第18太空控制中队进行太空目标编目维护。

“太空篱笆”系统雷达采用S频段全数字化相控阵雷达体制，具有波束合成灵活、覆盖域广、探测精度高等特点，可对低轨、中轨及地球同步轨道上的小型目标，进行搜索、跟踪和记录。该系统雷达工作频率为3.5GHz，具有36000个发射阵元，峰值发射功率可达2.69MW，接收阵元86000个，具有超强的空间监视能力，可探测跟踪约20万个直径大于5cm的太空目标。

夸贾林“太空篱笆”雷达系统组成示意图

深空探测雷达

除持续强化对合作体监视跟踪外，近年来，美国还针对空间非合作目标，不断加强地基深空雷达探测能力建设。例如，美国宇航中心在加利福尼亚戈尔德斯顿(Goldstone) 建立深空站（DSS）探测雷达；美国天文电离层中心在阿雷西博(Arecibo)天文台建立地基探测雷达等。地基深空探测雷达是一种主动雷达，主要针对目标包括太阳系内各行星、小行星、其他物理天体等，与传统雷达相比其典型特点是地面发射功率大，作用距离更远；实施主动探测，灵敏度高。

深空探测雷达的建设与发展，将为美国空间态势感知能力拓宽发展空间，功率更大、作用距离更远、灵敏度更高的深空探测雷达，可对物理天体实施主动探测，这将进一步强化美国空间态势感知能力。

4 发展趋势

近年来，美国着力构建面向空间对抗的体系结构，将太空感知尤其是空间目标监视列为建设重点，不断更新、改建冷战时期发展而来的空间目标监视系统，坚持天地基一体建设，加强包括雷达在内的地基空间目标监视能力，其未来发展呈现以下几方面趋势：

一是巩固地基雷达系统对低轨目标探测识别的骨干作用，通过发展新型高频雷达、升级旧雷达至高频等多种方式，提升雷达的空间目标识别能力，减小太空目标观测数据更新周期，例如，开发新型S频段“太空篱笆”系统。

二是重点增强10cm以下微小目标雷达探测能力。随着空间碎片迅猛增长、在轨航天器激增，探测和跟踪空间目标，保护高价值空间战略系统，成为刻不容缓的重要空间任务。美国或将研制新型地基空间微小目标雷达监视系统，提高对微小目标的探测、跟踪及识别能力。

三是加强多国布站，尤其重视持续推进向澳大利亚部署地基监视装备，缩小空间目标监视网在南半球和东半球的覆盖盲区，例如，建立新一代“太空篱笆”地基雷达站。

四是深空探测向“高频率、高功率、高效率、高可靠性”的“四高”化发展方向。工作频段从以 S 和 X 频段为主，逐渐向 Ka 频段方向发展，提升信噪比及抗干扰能力，增大地面发射机输出功率，实现对超远距在轨航天器遥测，强化技术指标，提升高效率及高可靠性。

综上所述，美国在持续发展原有地基空间目标监视雷达系统的基础上，着力建设深空雷达探测能力，力争实现其在空间态势感知领域的战略意图，即不断增强地基空间目标监视能力，强化空间监视领域同盟关系，以及威慑潜在对手。在深空雷达建设方面，计划累计建造费用将达10亿美元，至少需要建设3个永久性且地理分散的雷达站，部署完成后，性能优于已位英国北约克郡菲林代尔斯空军基地巨型雷达系统，美国将具备全天时全天候地基空间目标监视能力。在同盟合作方面，美国在英国修建大型雷达站，不但可以监视太空安全，还可以为英国卫星系统提供保护。在太空威慑方面，超级地基空间监视雷达站的部署与运行，将对俄罗斯等潜在对手产生强大威慑作用，特别是在应对反卫武器等方面。

5 结束语

目前，美国地基空间目标雷达监视系统已建成较为完善的探测-管理体系架构，拥有可供国防部及国内外相关机构专用或调用的多波段多类型雷达，可对大部分合作体空间目标进行探测、跟踪及编目管理。同时，美国还与盟国合作，加紧部署“太空篱笆”雷达系统以及积极研发深空探测雷达等，不仅可提升对中低轨空间目标探测及跟踪能力，提高探测覆盖率，改善地基中、高轨探测监视能力，还可加强对非合作体深空目标的监视能力，美国空间态势感知能力将得到进一步提升。