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第13章 三、军用卫星系统的发展

20世纪90年代初,美国军方率先提出了“信息战争”的概念,认为21世纪的战争将是“信息战争”。美国和俄罗斯都认为空间是夺取信息优势的关键,以侦察卫星、预警卫星、军用通信卫星和导航卫星为代表的军用卫星系统是夺取信息优势的重要武器。因此,夺取制天权成为夺取制信息权的保障。

(一)各种军用卫星相协同构成天基综合信息网

20世纪90年代以来,美国加强了不同种类的军用卫星系统之间的合作,如照相侦察卫星与雷达侦察卫星的合作、预警卫星与通信卫星的合作,并初步建成了自己的军用卫星体系。美国的军用卫星体系由侦察卫星、预警卫星、军用通信卫星和导航卫星系列,以及商用通信、遥感卫星等部分组成,已基本具备了在全球范围进行通信、导航、侦察和监视的能力。俄罗斯目前也有与美国相似的军用卫星体系,另外,欧洲国家正在逐步形成和发展自己的军用卫星系统,如法国的“锡拉库斯”、英国的“天网”和北约的“纳托”等。

美国空军在1996年所作的“空军2025”研究报告中提出了天基信息网的新思路。1998年3月,美国航天司令部又出台了“美国航天司令部2020构想”,提出了建立“全球防御信息网(GDIN)”的设想。最近,欧空局与意大利的阿莱尼亚(Alenia)公司已经开始天基信息网的验证研究工作。

21世纪初,军用卫星将形成体系,并与民用、商用卫星系统结合,进一步发展成可支持全球战略、战区和战术应用的天基综合信息网。天基综合信息网将在空间完成全球信息的获取、传输、处理、分配,实现陆、海、空、天一体化信息综合利用。天基综合信息网将是未来战争中夺取信息优势的关键武器。

(二)军用卫星向随时发射、高机动、强生存力方向发展

未来的天战要求军用卫星能够随时发射、不间断地进入空间,在空间能够灵活行动,对突发事件能快速反应、及时机动部署,具备极强的自我防护和系统修复、重组能力,能够在敌方的打击下生存下来。因此,军用卫星将向随时发射、高机动、强生存力方向发展。例如,美国最新的“锁眼”(KH-12)照相侦察卫星已加强了轨道机动能力,扩大了机动覆盖范围,并具备躲避俄罗斯的拦截卫星的能力。今后将加强其应急发射能力,而应急发射能力很强的俄国侦察卫星将提高其机动变轨能力。美国GPS-2R导航卫星的设计要求中有具备经过核战争而生存下来的能力这一项,而将在21世纪初部署的GPS-2F卫星的抗核打击能力将比GPS-2R进一步提高。

现代小卫星对于进行局部突发战争的军事侦察具有得天独厚的优势,已成为航天大国实现军事航天战略的一条最实际的策略。同时,随着现代科学技术的发展,小型战术成像卫星的地面分辨率已达到1米以内,覆盖几百公里的宽度,相当于过去的大侦察卫星,而重量却只有200~300千克,寿命可长达5年。一些国家把退役火箭改装用来发射小卫星,从而把小卫星的发射费用降低到每千克1万美元以下。

(三)侦察卫星系统的综合侦察能力进一步提高

航天侦察是当前发展得最成熟、最有效也是应用最为广泛的军事侦察手段。航天军事侦察,包括从天上对地面和海上目标的监视、对地面战斗情况的观察与分析、对导弹发射及对空间目标的侦察等。例如,侦察卫星可对地面设施进行拍照并通过对同一地区的连续拍照对比,分析得出敌方的军事部署等重要信息。21世纪初侦察卫星的发展方向是加强各种遥感器的综合利用,或是在一颗卫星上搭配几种遥感器,或是几种单一类型的遥感卫星组成系统,目的是提高卫星的综合侦察能力,即增强地区性覆盖率,扩大探测功能(如穿透能力、分辨能力和多种参数搜集能力等),提高实时数据传输处理能力等。美国的KH-12照相侦察卫星和“长曲棍球”雷达侦察卫星一般都是配合工作,KH-12卫星可以提供高分辨率,而“长曲棍球”卫星可以弥补KH-12卫星不能穿透云层观测的不足,两种卫星的组合可以实现全天候、高分辨率侦察。美国计划在2005年开始部署的下一代成像侦察卫星系统“未来成像体系结构(FIA)”将包括可见光/近红外光电成像卫星和SAR成像卫星两部分。同样,欧洲计划在21世纪初部署的“太阳神2”光电侦察卫星系统和“霍鲁斯”雷达侦察卫星系统也将采用这种组合工作模式,日本将要部署的情报收集卫星系统也是这样。

成像侦察卫星的分辨率将进一步提高。美国最新式的照相侦察卫星KH-12的分辨率已由KH-11的0.3米提高到0.1米。欧洲将在21世纪初部署的“太阳神2”光电侦察卫星的分辨率比现役的“太阳神1”卫星提高1倍,达到0.5米。

21世纪初,先进侦察卫星系统的侦察范围将覆盖全球,对特定地区的重访时间将缩短到分钟级,并能够对移动目标实现近连续跟踪。美国计划在2008年开始部署的“天基雷达监视计划”(原“监视、瞄准和侦察卫星计划”)可直接向战区提供战术情报,其基本配置是由24颗低轨小卫星和3颗备份星组成星座,24颗卫星组网形成8个轨道面,每一轨道面上有3颗卫星。星上装有SAR成像传感器和活动目标显示器,24颗卫星完成组网后,可进行全球绘图、成像,特别是能够对移动目标进行连续跟踪。该星座覆盖范围为南北纬65度之间,有90%的把握在15分钟内将地球上这一区间任何给定点的图像直接传送给作战人员。当扩展为37颗卫星组网时,重访时间为8分钟,若是48颗卫星组网则可缩短至5分钟。目前“天基雷达监视计划”系统的演示卫星“发现者2”计划已经进行了两年多时间。2000年7月14日,美国众议院和参议院的拨款委员会在2001年度国防开支提案中取消了“发现者2”计划的提案,虽然“发现者2”计划可能因此夭折,但美国发展探测和跟踪地面活动目标技术的意图并未改变。

(四)预警卫星系统的综合预警能力进一步发展

“预警卫星”在敌方洲际导弹发射场上空的同步轨道上运行,它利用红外线传感器可探测出洲际导弹在发射后60秒喷出的热气,从而发出可能发生战略进攻的警报。先进的预警卫星系统将缩短对所观测地区目标的反应时间,延长预报时间,扩展跟踪范围,提高卫星预警的时效;在保持对战略导弹预警能力的基础上,对中、短程导弹的探测、识别和跟踪能力增强。

美国在21世纪初将重点部署“天基红外系统”,它是美国国防部在1994年底决定要建立的探测与跟踪导弹发射的新一代卫星监视网,其目的是为导弹预警、导弹防御、技术情报和战争形势分析提供服务。该系统由美国空军设计,是一种由高空网和低空网组成的“混成卫星网”。整个系统将由5颗静止轨道卫星、2颗大椭圆轨道卫星和24颗低轨道卫星组成。“天基红外系统”预算为230亿美元,是美国未来一段时期内耗资巨大的航天采办计划之一。高空网计划在2004年发射首颗卫星,低空网计划在2006年发射首颗卫星,整个系统计划在2020年部署完毕。

“天基红外系统”的基本目标是在保持对战略导弹预警能力的基础上,扩展对战术导弹的预警能力,将具备同时发现并跟踪战略、战术导弹的能力,对洲际战略弹道导弹能提供20~30分钟的预警时间。为实现上述能力,“天基红外系统”采取了两大措施:一是采用全新设计的红外敏感器,包括高轨道卫星采用的“扫描与凝视”敏感器和低轨道卫星采用的“捕获与跟踪”敏感器,使卫星具备对燃烧过程更快、射程更短的小型战术导弹的快速发现和对较弱信号的跟踪能力;二是采用复合型星座配置,提高对各种导弹的发现能力,提高跟踪导弹弹道的范围,扩展飞行中段跟踪,实现对导弹发射全过程的监视与预警。

(五)军用通信卫星的战术通信能力进一步增大

未来战争中的卫星通信业务不仅包括下达作战命令、战况报告、后勤保障等的电报电话,还包括卫星云图、卫星气象、卫星侦察照片、多光谱遥感图像、导弹预警信息、数字地图等的数据和图像传输,因此,必须提高军用通信卫星的战术通信能力。目前一些国家已经着手扩大军用卫星通信系统的战术应用范围。美军于1995年2月提出了“全球广播业务(GBS)”系统计划,目的是为美国军方提供新的、革命性的“信息战”能力。GBS系统的工作方式很象民用的电视直播卫星,但它中继传输的是侦察图像和其它军用数据,数据速率和用户数量都超过以往的任何军事卫星。GBS系统通过与“全球指挥控制系统(GCCS)”等国防信息系统互连,可向美军分布在全球的陆海空三军各级指挥员和机载、舰载指挥员快速提供大量的战场信息。按计划,GBS系统的实施分为三个阶段:第一阶段是利用商业直播卫星进行概念演示,已在波黑战争中进行了试验性应用;第二阶段是在UFO-8、9、10三颗卫星上搭载GBS系统。目前,前两个阶段工作已经完成;第三阶段为目标系统阶段,系统将由3颗更先进的GBS卫星组成,按计划首颗卫星最早可能在2004年发射。

为了适应加强卫星系统战术应用的要求,军用通信卫星的通信容量将进一步增长。“军事星2”与“军事星1”相比,增加了32个中数据率信道,总通信容量提高了近百倍。在“军事星2”之后,美国计划发展“先进极高频系统(Advanced EHF System)”作为“军事星”的后继系统。“先进极高频系统”卫星将比“军事星”体积小,但同样耐用,而且通信数据量更大,成本将只有“军事星”的几分之一。“先进极高频系统”将由6颗卫星组成,计划从2006年开始发射。

先进的军用通信卫星将广泛应用高数据率通信、宽带通信、星间链路和星上处理技术,可充分满足陆海空三军战区作战的大数据量、高速通信的战术应用需求。今后,军用通信卫星将普遍采用高数据率通信、宽带通信及跳频技术,从而加强卫星的抗干扰能力。卫星间将采用星间链路技术,减少对地面中继的依赖,提高系统的抗打击能力。美国的“军事星2”采用极高频频段的44/20GHz,使抗干扰能力提高。另外,美国又提出“战鸟”军用信息卫星计划,“战鸟”卫星将具备高数据速率,采用多频段,具备与任何卫星进行信息交换和星间链路的能力。

(六)导航定位卫星的应用更加广泛

“导航定位卫星”的作用就是能使军事人员清楚地知道自身和目标的确切位置,其准确度在大约不到一米的范围之内。这样一来,就大大提高了远程弹道导弹攻击的精确性,使夜间精确轰炸成为可能。美国在1997年7月23日发射了首颗GPS-2R卫星。GPS-2R卫星的设计寿命由GPS-2A的7.5年延长到10年,而美国正在研制的新一代GPS-2F卫星的设计寿命进一步延长到15年。俄罗斯正在研制的新一代GLONASS-M卫星的设计寿命从GLONASS卫星的3年延长到5~7年。只有寿命的提高,才能保证长期稳定的运行,从而降低成本。

GPS-2R卫星与GPS-2A卫星相比,抗核辐射和激光照射的能力有所提高。在GPS-2R的设计要求中就有具备经过核战争而生存下来的能力这一项。另外,卫星的天线经过新的设计,抗干扰能力加强。GPS-2F卫星的抗核打击能力将比GPS-2R进一步提高。

GPS-2F卫星将在2001~2010年部署,2010年后整个GPS系统将全部由GPS-2F卫星组成。届时,GPS系统的定位(CEP)、定时精度将分别达到3米和3纳秒,可覆盖全球地(海)面、空中、低轨道和50%的中轨道。

美国自2002年起取消了GPS选择可用性(SA),这也就是说一般民用信号的精度,从现在的100米提高到10~20米,对于全球GPS用户来说,这无疑是一个好消息。目前GPS卫星导航定位技术在全球已经得到广泛的应用,在野外勘探、陆路运输、海上作业以及航空航天等诸多行业中,占据了极为重要的位置。GPS已成为全球范围内的一项重要的信息源,其用户已经超过400万,相关产品和相关服务市场迅速扩大,发展成为一个重要产业,年产值达80亿美元,就连北京的部分出租汽车上都安装了GPS卫星定位装置,可见市场之广大。

面对丰厚的利润,同样拥有先进宇航技术的欧洲和俄罗斯,不甘心美国独占市场,因此欲在卫星导航定位市场上分一杯羹。首先是俄罗斯推出的格洛纳斯(GLONASS)系统,目前已经完成了部署,开始投入运营。随后欧盟也推出了目前规模最大的卫星导航定位系统伽利略(Galileo)系统,在轨卫星数量达30颗,总投资预计为33亿欧元,现已完成设计论证,正在积极筹措资金,准备近期付诸实施。这两个系统的推出,对GPS形成了巨大的压力。美国的GPS一直掌握在军方手里,其实施选择可用性政策,人为地降低民用信号的精度,主要是为了防止某些极端恐怖主义分子或一些被美国视为不稳定因素的国家,如伊朗、伊拉克、朝鲜等国家,将GPS应用于精确打击武器(如巡航导弹等),来攻击美国的目标。但是随着差分GPS技术的不断完善,已经可以将民用GPS信号的精度从100米提高到10~20米的精度,SA已经无法起到阻止他国将GPS应用于军事用途的目的了,而且随着格洛纳斯系统和伽利略系统的投入使用,降低民用信号精度的SA也就失去了存在的意义。而且人为地降低卫星信号的精度,也使不少用户在使用GPS卫星定位系统时心存顾虑。很显然,SA已经是一种过时的技术,并成为阻碍GPS成为全球卫星导航定位标准的障碍之一,是一块不折不扣的“鸡肋”,于是美国政府决心彻底放弃SA政策。就目前的情况来看,GPS仍是卫星导航定位行业中的龙头老大,尽管俄罗斯的格洛纳斯系统已经部署完毕,但由于受到资金、技术等层面的限制,尚未达到设计中的在轨卫星数量,在运行中也曾有系统不稳定的情况出现,令不少用户现在还持观望态度;而欧洲的伽利略计划目前还未付诸实施,且所需资金巨大,融资将会是一个最主要的难题。据最新消息显示,伽利略计划的融资行动目前陷入了僵局,其所需的巨额资金尚无法完全到位,计划面临着搁浅的危险。在这种情况下,美国试图通过提高GPS民用信号精度,来抢占市场,将格洛纳斯和伽利略系统扼杀在摇篮里,并最终独霸卫星定位市场。美国是想通过取消SA和实施免费政策,打消国外用户在使用GPS时产生的顾虑,并打击各国开发类似系统的积极性,进而促使GPS成为全球卫星定位的应用标准,这样一来美国不但可以维护目前在卫星导航定位市场上的霸主地位,继续获得超额的经济利益,倘若全球各国都以GPS为标准,民用和军用都大量采用美国的GPS信号,一旦发生冲突,美国现在研制的各种阻止、破坏对方使用GPS的手段就会派上用场,使美国军方获得极大的信息优势。由此我们可以看出美国的霸权主义野心。所幸的是我国在这一领域已取得突破性进展,2颗“北斗导航试验卫星”的发射成功,为“北斗导航系统”奠定了坚实的基础,该系统建成后将对我国的国民经济建设和国家安全起到积极的推动作用。由于我国目前对全球定位的需求并不太多,因此系统所需的卫星数量较少,因而不会像格洛纳斯和伽利略系统一样受到资金问题的困扰,并有可能在近期内形成一定的规模,在亚洲区域内成为GPS最强有力的竞争对手。

(七)更多国家和地区拥有自己的军用卫星系统

军用卫星系统发展多极化趋势进一步加强。近几年,为了增强对本国及周边地区的防御能力,减少对美、俄两国的依赖,法国、英国、德国、日本、印度、台湾等国家和地区都开始努力发展和建立自己独立的军用卫星系统,世界军事航天活动多极化趋向开始显露。今后,随着经济的发展和技术的进步,将有越来越多的国家和地区具备发展军用卫星和进入空间的能力,将有越来越多的国家和地区希望拥有自己的空间军事能力,军用卫星发展多极化趋势将进一步加强。

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