【Early Warning Satellites】美太空部队新预警卫星跟踪层计划

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8月24日，在美国2021年度太空研讨会期间，其太空部队宣布下一代“过顶持久红外系统”（OPIR）预警卫星项目的地球静止轨道（GEO）卫星已成功完成关键设计审查（CDR），这验证了设计的成熟度并开启了制造、集成和测试阶段。该项目的初步设计审查已于2019年完成。预计今年秋季将对下一代“过顶持久红外系统”项目地球静止轨道卫星进行全系统关键审查。

下一代“过顶持久红外系统”预警卫星将由五颗卫星组成：三颗在地球静止轨道上，另外两颗在高地球轨道（HEO）上用于极地覆盖。第一颗卫星将于 2025 年发射。目前，美国太空部队正在考虑最早于2022年开始在中地球轨道 (MEO) 上测试下一代“过顶持久红外系统”预警卫星。将预警卫星置于这些非传统轨道将使它们能够比从低地球轨道（LEO）观测潜在导弹发射场的时间更长。此外，将预警卫星和其他导弹防御卫星置于中地球轨道上可以确保太空部队能够以比将星座置于近地球轨道中所需的更少数量的卫星来检测和跟踪威胁。同时，与留在地球静止轨道上的同类卫星相比，它们可以提供亟需的灵活性和保真度。

美国太空部队规划的导弹跟踪卫星星座

据美国防务媒体Breaking Defense今年7月1日率先报道，美国太空部队空间和导弹系统中心 (SMC) 的官员表示，在承包商于2022年11月交付原型卫星的数字模型后，他们可以开始为中地球轨道导弹防御任务建造“真正的飞行硬件”。中地球轨道介于传统的低地球轨道和地球静止轨道之间，范围在5000公里到20000公里之间。对中地球轨道的关注表明，美国太空部队越来越致力于利用更广泛的轨道进行天基任务，这是空间和导弹系统中心负责人约翰·汤普森 (John Thompson)中将在去年强调的目标，当谈到下一代过顶持续红外系统时他表示“所有轨道系统都在讨论中”。

美太空部队关于下一代“过顶持久红外系统”（OPIR）预警卫星架构

雷声情报与空间公司空间与C2系统业务副总裁保罗·迈耶（Paul Meyer）在宣布雷声公司与美国太空部队原型协议的新闻稿中也表示：“打击从巡航、弹道（导弹）到快速飞行的高超音速的未来威胁的能力需要一个多样化的、有弹性的导弹预警/跟踪监护架构。而在中地球轨道运行是该架构中的一个关键层。”

近地球轨道（LEO）、中地球轨道 (MEO)、地球静止轨道（GEO）示意图

作为在中地球轨道中开发导弹跟踪层工作的一部分，空间和导弹系统中心于2021 年5月与雷声技术公司和千禧年空间系统公司签订了导弹跟踪监管原型 (MTCP) 设计数字模型的合同，其中雷声技术公司合同额为2900万美元，千禧年空间系统公司合同额为2800万美元。在建造任何真正的卫星之前，这些模型将用于在数字环境中测试下一代“过顶持久红外系统”传感器设计。

下一代“过顶持久红外系统”传感器旨在检测导弹发射产生的明亮红外羽流并确定其位置，然后将这些数据传递给其他卫星和地面传感器以进行连续跟踪。空间和导弹系统中心将审查这些设计，以确定哪些设计能够满足中地球轨道导弹跟踪监管原型的要求。空间和导弹系统中心太空开发业务战略系统部门负责人、太空部队上校布莱恩·德纳罗 (Brian Denaro) 表示，到那时，该中心可以“理论上转向构建真正的飞行硬件，因为我们将拥有成熟的设计，我们“有信心……可以发射到轨道上。”

洛克希德·马丁公司已分包给两个团队，为前三颗下一代“过顶持久红外系统”地球静止轨道卫星造红外传感器。雷声技术公司和一个由波尔宇航公司诺斯罗普·格鲁曼公司组成的团队将各自提供一个有效载荷，以在其中一颗卫星上运行。洛克希德·马丁公司后续还将选择一家供应商为最后的地球静止轨道卫星提供第三个传感器。

雷声技术公司天基预警解决方案（翻译 & 字幕 by 防务菌）

空间和导弹系统中心空间发展项目执行官、太空部队上校蒂莫西·塞吉巴（Timothy Sejba）在今年5月表示，这些数字原型是“空间和导弹系统中心数字工程战略的关键组成部分，使政府能够在自动化数字环境中整合和连接多个承包商模型。”使用数字原型为空间和导弹系统中心提供了蒂莫西·塞吉巴所说的“数字'先试后买'的方法”，允许太空部队通过精确的计算机建模来估算成本、进度和性能变量。

美国空军部在2018年将其第一批下一代“过顶持久红外系统”卫星指定为“加速”采办计划。作为该计划的一部分，洛克希德·马丁公司在2018年获得了美国空军29亿美元合同，用于开发其中三颗用于地球静止轨道的卫星，太空部队又授予其49亿美元合同用于开始制造。而诺斯罗普·格鲁曼公司在2020年获得太空部队24亿美元合同用于这些方面的设计工作，目前正在建造另外两颗用于极地轨道的卫星。空间和导弹系统中心计划在2025年或2026年发射第一颗地球静止轨道卫星，并在2029年之前将整个星座送入轨道。

诺斯罗普·格鲁曼公司天基导弹防御架构艺术概念图

美国太空部队2022财年预算申请的文件显示，该军种为下一财年的下一代“过顶持久红外系统”计划申请了24.5亿美元：

美国太空部队2022财年预算申请关于下一代“过顶持久红外系统”计划部分

美国现有天基预警能力的主要支柱是数量相对较少的大型地球静止轨道卫星，称为“天基红外系统” (SBIRS)。“天基红外系统”传感器足够灵敏，可以检测从弹道导弹发射到炮火或飞机在空中爆炸等各种事件。此外，美国空军还运行了“国防支持计划”（DSP）红外预警卫星——它在绕行地球35000公里的地球静止轨道上运行。

“天基红外预警系统”（SBIRS）任务概览（翻译 & 字幕 by 防务菌）

尽管如此，仍有一些新兴威胁，例如高度机动的高超音速助推滑翔飞行器，现有的地球静止轨道卫星并非设计用于检测和跟踪这些新兴威胁。根据美国智库国会研究服务处资料显示，美国国防部负责研究和工程的前副部长迈克·格里芬过去曾表示：“高超声速目标比美国通常通过地球静止轨道卫星跟踪的目标隐晦10到20倍。”

在最后组装和测试期间的“天基红外系统”卫星

因此，除了现有的地球静止轨道“天基红外系统” 卫星外，美国太空发展局 (SDA) 在2020年还拨款近3.5亿美元用于开发低地球轨道跟踪层，该层由能够进行宽视场 (WFOV)“过顶持久红外系统”探测的小型卫星星座组成。这些低地球轨道卫星可用于为发射拦截器提供火控跟踪数据，以消除高超音速滑翔飞行器带来的新兴威胁。

然而，低地球轨道中的每颗卫星都非常快地过顶，这意味着广域覆盖需要大量卫星。在战争期间维护这些大型分布式星座可能需要快速的太空发射能力，因此美国太空部队一直在以惊人的速度发展这些能力。

美国太空发展局 (SDA) 计划中的国防太空架构图解，其中包含一系列轨道上的卫星和资产

美国太空部队最近将重点放在非传统轨道上的任务上，包括一些在轨道空间最远端的任务，这凸显了太空资产将在未来的广泛行动中发挥越来越重要的作用。许多不同层的天基传感器和卫星仍然是美国导弹防御的关键推动因素。

现有的预警卫星系统主要设计为保持静止以凝视全球大片区域以寻找弹道导弹发射产生的红外羽流。但即使有这些卫星助力，一旦弹道导弹脱离助推器，在飞行的中段阶段“冷却”，也很难跟踪它们。因此，美国军方正在开发一个中途跟踪传感器系统来帮助解决这个问题，但该系统何时可以投入使用仍然未知。

美太空部队规划的集预警探测、通信传输、指挥控制、段拦截、毁伤评估为一体的反导流程

与低地球轨道系统相比，中地球轨道卫星在更广阔区域的更长停留时间可以提供更好的持久性和跟踪潜力，而它们更接近地球可以帮助它们更好地检测和跟踪较隐晦的物体，例如高超音速助推滑翔飞行器。对于现有的地球静止轨道卫星来说，跟踪助推后阶段是困难的，甚至是不可能的。这将使包括中地球轨道卫星层的导弹防御体系能够跟踪弹道导弹和高超音速助推滑翔飞行器以外的威胁，这里面可能包括高超音速巡航导弹（即使这是一种超越其主要预警功能的次要能力，且与低地轨道跟踪星座相重叠）。与低地球轨道甚至地球静止轨道相比，中地球轨道还为卫星增加了一层生存能力。可与之相比的话，在低地球轨道上的大型小型卫星群在弹性和生存能力方面也有其优势。

美国防部设想快速跟踪新技术“计划”以阻止高超音速导弹攻击

总而言之，对于任何与导弹防御有关的卫星层来说，持久性和总覆盖范围以及跟踪能力和生存能力等事项都是关键的考虑因素，而不同的轨道能够实现它们自己的独特能力。最终，没有一个层或星座会被优化来探测和跟踪每一种类型的威胁。由于这个原因，看起来导弹防御职责将越来越少地依赖组成“天基红外系统”等现有系统的少量地球静止轨道卫星，而是落在低地球轨道、中地球轨道和地球静止轨道的卫星分层网络上，从多个空间层面提供广泛的能力和覆盖范围，其中一些可能会重叠。