「厲兵秣馬」劍指蒼穹,空間目標監視或成太空決勝新趨勢

開運集團 發佈 2022-08-06T19:55:13.320571+00:00

隨著越來越多的國家擁有進入空間和利用空間的能力,空間變得日益擁擠、更加具有競爭性和對抗性,感知空間態勢進而控制空間成為一些大國追求的目標。空間目標監視是爭奪空間「高邊疆」的前提,只有具備較強的空間態勢感知能力,才能確保後續的空間攻防行動的有效展開。

隨著越來越多的國家擁有進入空間和利用空間的能力,空間變得日益擁擠、更加具有競爭性和對抗性,感知空間態勢進而控制空間成為一些大國追求的目標。空間目標監視是爭奪空間「高邊疆」的前提,只有具備較強的空間態勢感知能力,才能確保後續的空間攻防行動的有效展開。空間目標監視系統是監視他國空間資產、空間活動、空間碎片,進而實現空間態勢感知的重要物質基礎,其能力水平直接制約著空間對抗能力的發揮。

空間目標監視是爭奪空間「高戰略邊疆」的前提,是具備較強空間態勢感知能力的保障,是確保後續空間攻防行動有效展開的基石,其能力建設直接制約著空間對抗能力的發揮。

一、空間目標監視系統

1、概念範疇

空間目標監視系統是對空間目標進行探測跟蹤、定軌預報、識別編目、偵收分析的情報獲取系統,可通過對空間目標的精確探測和跟蹤,確定可能對航天系統構成威脅的太空飛行器尺寸、形狀、軌道參數等重要目標特性,進而對目標特性數據進行歸類和分發。

空間目標主要指衛星,包括在役衛星和退役衛星,同時也包括各種空間碎片,進入地球外層空間的各種宇宙飛行物以及深空天體等。

2、手段分類

空間目標監視包括地基空間目標監視和天基空間目標監視兩種手段。地基空間目標監視採用由各種地基光電探測器、雷達探測器及無線電信號探測器組成的監視網,對空間目標進行探測和跟蹤。受傳感器解析度、地理位置和氣象條件等限制,地基空間目標監視系統在監測性能、範圍、時效性等方面還存在諸多局限。


天基空間目標監視是指通過安裝在空間平台上的各種成像測量裝置,對空間目標進行探測、跟蹤和識別。與地基空間監視手段相比,天基空間目標監視具有機動靈活、探測範圍廣、不受疆域和氣象條件限制、可近距離詳測等優點,能夠有效彌補地基空間目標監視不足。

2.1地基空間目標監視系統

地基空間目標監視系統主要包括地基空間目標雷達監視系統和地基空間目標光電監視系統。

① 地基空間目標雷達監視系統

地基空間目標雷達監視系統是空間目標監視系統重要組成部分,具有全天候工作、廣域捕獲能力強等優點,主要用於探測人造地球衛星、空間探測器、太空梭及空間碎片等各種空間目標,預報空間物體軌道、落點,對可能發生的碰撞和空間系統攻擊進行預警,也可兼顧對空間內彈道飛彈的預警。

②地基空間目標光電監視系統

地基空間目標光電監視系統是指利用光學設備接收空間目標反射的可見光或紅外光觀測空間目標的系統。該系統主要由各種不同口徑的望遠鏡以及配套設備組成。在多設備協同下,採用交義定位法,該系統可獲得目標連續位置信息,並進行軌道定位。

2.2深空探測雷達

除持續強化對合作體監視跟蹤外,近年來,美國還針對空間非合作目標,不斷加強地基深空雷達探測能力建設。例如,美國宇航中心在加利福尼亞戈爾德斯頓( Goldstone) 建立深空站(DSS)探測雷達;美國天文電離層中心在阿雷西博( Arecibo)天文台建立地基探測雷達等。

雷達

工作頻段

工作頻率/Mhz

發射功率/KW

天線口徑/m

GSSR

S

2388

13

26

S

2388

100

26

S

2388

400

?

X

8560

465

70

X

8510

1000

70

Arecibo

UHF

430

1000

305

S

2380

420/1000

305

表1 美國深空探測雷達參數比較

地基深空探測雷達是一種主動雷達,主要針對目標包括太陽系內各行星、小行星、其他物理天體等,與傳統雷達相比其典型特點是地面發射功率大,作用距離更遠;實施主動探測,靈敏度高。

3、階段任務

隨著各國對空間疆域的不斷爭奪和太空軍備競賽的不斷加劇,空間目標監視系統在未來空間對抗中,將呈現不同階段不同任務的特點,其主要任務如表2所示:

階段

主要任務

和平時期

●監視空間碎片

●探測發射及新空間目標

●確定空間目標特徵(包括載荷、歸屬、任務、能力、大小、形狀、軌道參數等)

●對各型衛星進行軌道周期內跟蹤

●對各國空間攻防試驗進行監視

空間攻防中

探測並傳送空間衛星系統威脅(包括反衛星武器和彈道飛彈),確定威脅特徵

確定並傳送被攻擊目標特徵(包括軌道、位置、速度等目標信息),支持空間武器系統主動攻擊

對空間攻擊和防禦過程進行監視

空間攻防後

●作戰效果評估

表2 空間目標監視系統各階段主要任務概況

可以說,空間目標監視系統具有重要的軍民兩用價值。在民用方面,其主要作用是保障太空飛行器安全和判斷太空飛行器故障。在軍用方面,該系統可以幫助確定潛在敵方的空間能力,為空間對抗等軍事航天活動提供支持。

二、國外空間目標監視系統的發展現狀與趨勢

美國擁有天地結合的空間目標監視網 美國已建成遍布全球、天地一體的空間目標監視系統,並正在進行更新換代,以實現覆蓋全軌道高度的空間目標監視能力。

在地基方面,美國建立了由30多部地基光學探測系統、無源射頻信號探測系統、雷達探測系統、指揮控制中心組成的空間監視網。美國空間監視網擁有對大部分空間目標進行編目管理的能力,但還不具備在任何時候對所有空間目標進行持續監視的能力,主要根據任務需要在一段時間內對特定目標進行觀測。目前,美國空間監視網可探測的目標直徑:低軌為10厘米,地球同步軌道為1米。目標定位精度:低軌為1千米,地球同步軌道為10千米。

在天基方面,天基空間監視系統具有不受地理位置限制、可全天候工作、可進行廣域空間監視、探測跟蹤深空微小目標能力強等特點。美國在加強地基空間目標監視系統的同時,正在加緊建設天基空間態勢感知系統。

俄羅斯繼續沿用部署在蘇聯國土內的外空監視系統 俄羅斯空間目標監視系統是伴隨著其彈道飛彈預警系統的建設而發展起來的,主要以地基系統為主,包括地基雷達,光學、光電探測器,與空間監視中心共同構成外空監視系統,由俄羅斯航天部隊掌管。俄羅斯空間監視網每天能生成5萬條左右觀測數據,維持8500個目標的編目,其中大部分為低軌目標。俄羅斯空間監視系統目前主要受制於兩個因素:一是沒有形成覆蓋全球的網絡,監視的對象大部分為低軌目標,還無法達到對空域、時域的無縫覆蓋。受地理位置分布局限,無法探測跟蹤低軌道傾角和西半球的空間目標。二是蘇聯解體後,俄羅斯需要租用部署在其周邊鄰國境內的空間目標監視系統。據俄羅斯軍方稱,2001年俄羅斯雷達網僅能覆蓋1/3領土上的空間。

俄羅斯可用於空間監視的雷達包括:部署在俄羅斯摩爾曼斯克、伊爾庫斯克以及哈薩克斯坦巴爾喀什的「第聶伯河」電掃描米波雷達;部署在俄羅斯伯朝拉和亞塞拜然明蓋恰烏爾的「達利亞爾河」相控陣米波雷達;部署在白俄羅斯巴拉諾維奇的「伏爾加河」連續波相控陣分米波雷達,以及俄羅斯聖彼得堡列赫圖西的「沃羅涅日」-DM米波雷達與「頓河」-2N相控陣厘米波雷達。

歐洲主要國家建有各自分立的空間目標監視系統 歐洲主要國家部署了各自分立的地基雷達、光電空間目標監視系統,如法國的「格拉夫」系統、艦載「蒙日」系統,德國應用科學研究所跟蹤成像雷達系統,英國被動成像測量望遠鏡等。另外,歐洲的自動轉移飛行器也能配備光學傳感器執行天基空間監視任務。

歐洲空間目標監視系統一直缺乏整體規劃,目前由各國的國防部門分別管理,沒有實現聯網運行,在布局和協同工作方面都缺乏統一規劃,導致在空間覆蓋上存在缺口,在能力上存在不足,使得歐洲主要依賴美國空間監視網獲取空間監視相關信息。

結語

近年來,我國在航天領域不斷取得斐然成績,但在空間目標監視特別是地基空間目標雷達監視系統建設領域,還存在亟待解決的問題。

在對合作體空間目標監視方面,制定明確的戰略方針是維護我空間安全的重要理論指導和方向指引;夯實雷達技術是地基空間目標監視能力建設的重要基石,加強包括大功率發動機、大功率合成、饋電、數據融合等在內的遠距離雷達監視技術研發和自主智慧財產權建設是核心要務;多渠道多方式培養精、專的專業技術人才是提升領域能力的重要途徑。

在對非合作體深空探測方面,近十年來,我國突飛猛進,大大縮短了與航天強國的距離,但地基深空探測雷達能力建設依舊任重道遠。一方面,充分開展深空雷達探測項目資源規劃和總體研究是確立我國未來深空探測戰略發展方向、組織方式、運行機制的重要舉措,可更好的進行資源整合及技術融合;另一方面,推進如高功率雷達發射機、低噪等關鍵技術研發,是滿足對太陽系內各類行星、小行星、其他各類天體以及物理現象研究的前提基礎。

此外,開展廣泛的國際合作,拓寬雷達監測數據的共享渠道,也不失為發展空間目標監視能力的有效途徑。

開運聯合作為太空數據資產服務商,計劃在建立全球空間目標監測網設立30個地面可見光觀測站,利用天文台可見光數據與軟體定義低空衛星同步觀測數據,組成空間目標編目數據,對空間目標進行追蹤、探測、定規、觀察,獲得精確位置和軌跡數據、地空多視角目標數據、智能合成3D圖像。並基於現有的近2.5萬個空間目標的數據及軌道計算技術開發出了空間目標態勢感知系統、空間目標編目系統、空間目標監測服務、過境預報系統、空間目標數據圖譜等系列空間目標管理產品。未來,開運聯合將繼續秉承弘揚航天精神,鑄就衛星品質的理念,為中國航天事業的發展添磚加瓦!

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