美“地球同步轨道太空态势感知计划”卫星概况

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美“地球同步轨道太空态势感知计划”卫星概况

远望智库技术预警中心  慕枫

2019年4月4日，世界安全基金会（SWF）发布了2019年版的《全球太空对抗能力》报告。该报告基于开源信息，深度评估了全球正在开发的太空对抗和反卫星能力。其中，报告称美国的“地球同步轨道太空态势感知计划”（GSSAP）卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的军用和民用航天器，并对其进行检查。

“地球同步轨道太空态势感知计划”（GSSAP）卫星是一系列工作在近GEO轨道的卫星，它作为美军太空监视网络的天基传感器，为战略司令部太空监视行动提供支撑。GSSAP计划的内部名称可能为“大黄蜂”，它充分汲取了美空军从先前的“徘徊者（Prowler）”、“微卫星技术实验（MiTEx）”卫星任务中所获的经验。

目前，GSSAP星座有4颗卫星在轨。首对GSSAP卫星（编号为USA 253，2014-043A；USA 254，2014-043B）于2014年7月28日发射，2015年9月29日美军宣称其具备初始作战能力；第二对卫星（编号为USA 270，2016-052A；USA 271，2016-052B）于2016年8月19日发射，2017年9月12日进入工作状态；第三对卫星预计在2020年发射。GSSAP卫星由美空军卫星控制网地面站提供测控通信支持，其日常运行由第50太空联队的第1太空操作中队负责。

GSSAP一直处于高度保密状态，直到2014年初美空军才承认该计划的存在，但详细的技术指标和细节仍处于保密之中。当问及承认的原因时，美空军航天司令部司令谢尔顿（Shelton）将军称，“希望表明我们实际上正在观察GEO轨道上发生了什么——非常近地观察。它将有望产生威慑和劝阻影响。”

GSSAP卫星部署在GEO轨道之上和之下的漂移轨道中，能对通信和监视卫星等进行检视。GSSAP卫星成对工作，一颗略高于GEO轨道，另一颗略低于GEO轨道；GSSAP卫星在该轨道位置检视驻留太空目标（RSO）具有明显的优势，不会如地基系统那样受天气和大气畸变的限制。此外，GSSAP卫星能够执行交会与抵近操作（RPO）。RPO能使卫星机动到“所关注的目标”附近，据报道能到达距目标10km的位置。GSSAP卫星在目标卫星处于地球阴影时接近它，这样通过地基望远镜看不到GSSAP的活动。GSSAP表征太空目标的特性能到非常精细的程度。GSSAP的数据可用于精确和及时的轨道预报，增强对GEO轨道环境的了解，以及进一步实现太空飞行安全，包括卫星碰撞规避。

由于美空军未透露GSSAP卫星的位置或机动信息，因此关于这4颗卫星在轨活动情况的公开信息非常有限。但其他跟踪数据来源表明了它们在GEO轨道带内的活动非常活跃。由俄罗斯科学院管理的“国际科学光学监测网”（ISON）的数据表明，2014年以来GSSAP卫星已经实施了数百次机动，并对十几颗GEO卫星实施了近距离靠近或抵近操作，如表1所示。2018年，美国实施多次GEO轨道的近距离靠近与抵近操作。

表1  GSSAP靠近的卫星

日期	靠近的目标卫星	卫星所属国	靠近距离
2016.9.13	通信技术实验卫星-1（TJS-1）	中国	15km
2017.7.13	“快车AM-8”（Express AM-8）	俄罗斯	10km
2017.9.14	射线（Luch）	俄罗斯	10km
2017.9.21	巴基斯坦通信卫星-1R（Paksat 1R）	巴基斯坦	12km
2017.9.29	尼日利亚通信卫星-1R（Nigcomsat 1R）	尼日利亚	11km
2017.10.5	“钟鸣”（Blagovest，宇宙-2520）	俄罗斯	14km
2017.11.17	“彩虹-1 M3”（Raduga-1M 3）	俄罗斯	12km
2018.5.14	“彩虹-1 M2”（Raduga-1M 2）	俄罗斯	13km

GSSAP已经对多颗美军事卫星、多颗俄罗斯或中国军事卫星，以及由中国制造、其他国家运营的商业卫星（如“巴基斯坦通信卫星-1R”、“尼日利亚通信卫星-1R”）实施了近距离靠近。据俄罗斯消息来源称，这些靠近行动的其中一些涉及GSSAP卫星在较短时段内实施多次小型调相机动，或者在两颗卫星通过地球阴影区时实施靠近操作，从而地面光学望远镜无法跟踪它们。这些事情表明非常难以估计GSSAP卫星及另一目标的当前和未来位置，从而造成难以确定安全的靠近以及难以弄清靠近的意图。俄罗斯消息来源也称，GSSAP在针对WGS-4（2012-003A）的抵近操作期间，实施了14次以上的单脉冲和双脉冲机动，这引起了对它是否在测试共轨技术的担心。

关于卫星及其有效载荷细节目前不清楚，但根据GSSAP卫星主承包商是轨道ATK公司、卫星是由德尔它-4 M+（4，2）运载火箭发射等信息，可做如下推测：

考虑到德尔它-4 M+（4，2）运载火箭的GEO漂移轨道运载能力为1550~1650kg，扣除有效载荷适配器和次要有效载荷的质量，那么2颗GSSAP卫星的质量应为1300~1400kg，即每颗卫星的质量为650~700kg量级，这意味着每颗卫星可以携带大量的推进剂，能进行频繁的轨道调整和位置保持机动，以在作战需要时卫星进行漂移或停留在新位置上。基于卫星的质量，GSSAP卫星很可能采用的是轨道ATK公司的GEOStar-1平台。该平台作为一个紧凑、敏捷的GEO卫星平台，有5~8年的寿命。

GEOStar-1平台是为国家安全太空应用设计的，可搭载功率需求达200W的150Kg有效载荷。GEOStar-1平台适合于许多应用，包括地球观测，情报监视侦察（ISR），太空态势感知（SSA），定位、导航、授时（PNT）和战术通信。该平台可利用两个展开的太阳能帆板向有效载荷提供达200W的功率，增大帆板并增加平台尺寸能够将功率提升至1.5kW。GEOStar-1平台的主推进系统为310秒比冲的双组元推进剂主发动机，依据有效载荷质量，GEOStar-1具有最高可达1000m/s的ΔV预算，从而使其能完成任务期间的大范围机动和轨道变化；单组元推进系统用于轨道微调和位保机动；姿态确定利用恒星跟踪仪和陀螺仪完成，同时GPS单元提供轨道确定和授时；利用高扭矩高反作用轮，支持达1度每秒的转速。总体上，GEOStar-1能实现优于0.4毫弧度的指向误差和50m的位置精度；利用高速X频段终端（具有Ka频段下行链路可选项）可支持达100Mbps的下行链路数据速率。

在有效载荷方面，星上载有光电传感器，能跟踪GEO卫星的光学特征、运动和其他活动，从而了解其身份并研究其活动；另一可能的载荷是射频传感器，可表征卫星的射频辐射特性，用作卫星身份和活动的一个指示器。

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