空间目标监视系统——让空间目标无处遁形

    不久前，美国媒体透露，美国空军已于2019年11月7日完成“太空篱笆”地基雷达试运行，该雷达预计在12月达到可用阶段。几乎在同时，美国空军太空与导弹系统中心发言人也表示，空军已完成“太空篱笆”地基雷达和指控系统之间的互操作试验，试验时它运行状况良好。这预示着，美国空军新“太空篱笆”（第二代“太空篱笆”）很快将投入使用，并进一步完善美军空间目标监视系统，大幅提升美军太空目标跟踪和特征描述能力。

    现有信息显示，在空间目标监视方面，美国无疑技术最先进，系统最全面，能力也最强，俄罗斯则仅次于美国，而紧随美国和俄罗斯之后的就是中国。中国经过几年的建设和发展，空间目标监视系统初具规模，水平实现了跃升，成为世界上第三个有能力对直径10厘米以上空间目标进行监视跟踪的国家。普遍的观点认为，只要经过持续努力，用不了多久，中国在空间目标监视方面将实现与美国和俄罗斯并驾齐驱。那么，趁此机会，本文就来对空间目标监视系统进行一下简要介绍。

空间目标监视系统是空间态势感知

的重要手段

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    空间目标是指在空间运行或过往的各类空间物体，包括航天器、弹道导弹、天基武器以及空间碎片、空间垃圾和宇宙飞行物（如彗星和小行星）等。而空间目标监视系统是指对空间目标进行探测跟踪、定轨预报、识别编目和侦收分析的一种情报获取系统。在军事应用方面，它所针对的空间目标，重点应该是军用卫星、弹道导弹和天基武器等。

    空间目标监视系统的主要任务，就是对空间目标进行系统而持续地观察和信息收集，包括空间目标的形状尺寸、进入空间的时间、在空间运行的轨道参数、离开空间落向地球的过程，以及用于确定空间目标用途的其他有用数据，实现对空间目标的发现、识别、分类、编目和预报并建立数据库，进而为航天活动、轨道安全、威胁预警、目标指示、攻击拦截和杀伤评估等提供有效支持。所以，空间目标监视系统是国家战略防御系统的一个重要组成部分，是掌控空间态势和获取空间战略情报不可或缺的手段，更是进入空间、控制空间和利用空间的重要基础和强大保障。空间目标监视系统的建立和发展，有利于极大提升国家的空间监视水平，增强态势感知能力，从而能更好地为军用卫星和其他航天器保驾护航，并有力地促进反导、反卫星和天基武器的研究、发展和应用。

 • 美国公布的2007年中国反卫星试验图

空间目标监视系统是从地面和空间

布设的大网

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    空间目标监视系统是上世纪60年代，美国和苏联为弹道导弹早期预警的目的发展演变而来的。目前，它主要包括地基空间目标监视系统和天基空间目标监视系统两大类。

    地基空间目标监视系统主要由地基雷达、光学望远镜以及无线电信号侦测装备等组成，采用“坐地观天”的方式监视跟踪空间目标。如美国构建的空间探测和跟踪系统，其中就有50多部（陆基和海基）雷达和包括深空望远镜在内的光电探测装备，还有几十部大型无线电信号侦测装备，由它们构设起以美国本土为主、分布在世界17个地域的近30个监视台站，通过组网工作的方式来完成对空间目标的监视和跟踪。其中，雷达通常用于探测中低轨道上的空间目标，而光学望远镜主要用于观测地球同步轨道等高轨道上的空间目标，无线电信号侦测装备则利用其功率大、灵敏度高和作用距离远的特点，通过接收无线电信号监视跟踪高、中、低轨道上的卫星等空间目标。

 • 美国太空篱笆的地面天线

    天基空间目标监视系统主要由若干颗部署在低轨道上的卫星组成，采用“倚天望天”或“居高临下”的方式监视跟踪空间目标。如美国中段空间试验卫星系统和其天基监视系统，就是通过部署在不同低轨道上、搭载有可见光、红外、紫外和多光谱等光电探测器的多颗卫星组网或编队飞行，以所有卫星协同工作的方式，实现对空间目标的监视跟踪——既可“仰视”中、高轨道上的空间目标、又可“俯视”或“平视”低轨道上的空间目标。

    相对于地基空间目标监视系统，天基空间目标监视系统受卫星发射和承载能力的限制，虽然探测和观察设备种类比较少、功率不能很大、可靠性要求高、信息处理能力弱、维护保障困难，但空间不受大气和光照的影响，观测时通透性好、视场广阔、作用距离远、重访周期短、全天候工作，真正是“站得高、看得远”，能以近实时和连续方式覆盖空间目标，特别是能更有效捕捉和精确定位高轨道上的空间目标。况且，天基空间目标监视系统战时生存能力强，还能完全摆脱地基系统境外设站所带来的地理、政治和外交等因素的限制。

• 美国空间探测和跟踪系统中的深空望远镜

• 美国空间探测和跟踪系统中的监控站

    由此看来，地基和天基空间目标监视系统各有优势，因此如果把两者整合一体并有机融合起来，就能以优势互补的方式，构建天地一体化的空间目标监视系统，形成天地合一的一张立体大网，协同完成对空间目标的监视跟踪，实现让空间目标无处遁形。

空间目标监视系统未来将具备

更强的监视能力

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    50多年来，随着航天活动、弹道导弹发射、反导拦截试验、反卫拦截试验和空间武器试验等不断进行，航天器、天基武器、空间碎片和空间垃圾等猛增，给空间活动带来日趋严重的威胁，从而使空间目标监视系统在世界范围内广受重视。如今，美国、俄罗斯、加拿大、法国和日本等国以及欧盟都在强力推进和发展，尤以美国最为突出——美国始终走在世界前列，无疑是这一领域的领头羊。所以，美国的空间目标监视系统技术最先进、系统最完善、功能最强大、成熟度最高，应用也最广泛，代表了当今的发展水平和未来的发展趋势。多年来，全世界发生的多起空间目标碰撞和空间不明物体入侵事件，基本都是由美国空间目标监视系统监测到的，比如2007年中国地基反卫星试验、2008年美国海基反卫星试验、2009年美俄两国卫星空间相撞事件、2013年俄罗斯失控军用卫星向中国境内坠落的预警过程和2019年印度地基反卫试验击落光学侦察卫星后形成碎片带的过程等。

    美国现役的地基空间目标监视系统主要是其空间探测和跟踪系统，它由美空军的第一代“太空篱笆”、空间跟踪系统和导弹预警雷达系统等部分共同组成；核心是从美海军空间目标监视系统演变而来的“太空篱笆”。“太空篱笆”，是由多个大型地基相控阵雷达站构成的一个空间目标探测系统，系统中的雷达产生并向太空发出一个个与地面垂直的扇形波束，就好像在太空设立的围栏，形成一道延续数千千米，同时将整个北美大陆笼罩起来的波束“篱笆”；照射穿越“篱笆”的空间目标，通过接收来自这些空间目标的反射回波，就能实现对空间目标的监视跟踪。美国的空间探测和跟踪系统，正是利用其多部雷达、各种光电探测装备和无线电信号侦测装备，平均每天能实施15万次空间观测，保持对约1万个空间目标的监视跟踪，其分辨能力对中低轨空间目标可达到10厘米，而对地球同步轨道基本为1米。

• 美国太空篱笆概念示意图

• 美国太空篱笆控制中心

    由于第一代“太空篱笆”部署时间太久，设备老化，性能已经严重下降，因此美空军早在2014年就在着力打造第二代“太空篱笆”。它主要通过部署性能更强、数量更多的S波段陆基雷达，来实现在更广阔的空间区域、对体积更小的空间目标的探测。据悉，第二代“太空篱笆”由洛克希德·马丁公司研制，部署于太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁，其数据要汇入美国“联合太空作战中心任务系统”，或将于2020年正式投入使用（原计划在2018年前后）。届时，它不仅可将日益增多的空间垃圾纳入监控范围，每天追踪超过20万个直径大于2厘米的空间目标，而且能及时捕获在部署地上空飞行的弹道导弹，为美国反导系统提供更为实时准确的预警情报信息。

    除了加强和提升地基空间目标探测系统外，美国还在构建新的天基空间目标监视系统，其中比较有代表性的是其天基监视系统。该系统的核心是一个由4至8颗低轨道光学遥感卫星组成的星座，卫星的轨道高度1100千米，每90分钟绕地球一周，设计寿命7年。这种卫星对美国过去的中段空间试验卫星进行了改进，性能更优，可提供实时的卫星精确定位信息，在24小时内完成对整个地球同步轨道区域的扫描，快速获取和更新目标轨道的位置变化信息，有效监视跟踪卫星、天基武器和空间碎片之类的空间目标——甚至是正在进行机动和变轨的卫星，也可执行对地面目标的预警侦察任务。2004年3月，美国天基监视系统开始构建，共分两个阶段逐步推进。2012年11月，第一阶段的首颗卫星已经开始工作，天基监视系统具备了初始作战能力。一旦第二阶段工作结束，性能得到进一步提升的卫星全部部署完成后，天基监视系统将能实现对整个空间的搜索和监视，把对高轨道上空间目标或深空目标的跟踪能力提高50%，空间目标编目的更新周期由现在的5至7天缩短为2天，对空间目标的定轨精度提高10倍，并能与美空军第二代“太空篱笆”融合组成立体的空间目标监视网，覆盖更多的空间目标，大大增强美国的空间监视水平，增强它空间目标跟踪和特征描述能力，达成它所期望的空间态势感知任务

• 美国天基监视系统构想图

THE END

文字 | 王群（国防科技大学国防科技战略研究智库，[e-mail]）

编辑 | 遥天明

审阅 | Q、黄洋

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