新一代的反导“天眼” ——美国“天基红外系统”_风闻
钢铁沧澜-01-03 11:47
作者：兰顺正
首发自：《太空探索》
“国防支援计划”的继任者
天基预警系统是美国核作战体系以及反导系统的重要组成。1995年美国提出发展“天基红外探测系统”（SBIRS），取代冷战时期部署的已经日渐老化的“国防支援计划”（DSP）预警卫星。SBIRS 最初构建方案包括高轨部分（SBIRS-High）和低轨部分（SBIRS-Low），其中高轨部分负责导弹助推段探测与跟踪，低轨部分负责导弹中段和再入段跟踪，以及弹头识别。不过在2002 年，美国调整天基预警卫星发展计划，将低轨部分拆分成独立的“空间跟踪与监视系统”（STSS），高轨部分则保留“天基红外系统”的名称。
其中，STSS 主要设计用于跟踪全球范围内的、从发射到再入的弹道导弹，并将处理后的数据提供给拦截弹，以引导拦截弹的飞行，此外还可辅助用于空间态势感知、技术情报以及战场评估等。但在2022年随着两颗STSS演示验证卫星退役，该项目正式终止。
而SBIRS承担了导弹预警、导弹防御、战场态势感知和提供技术情报(描述导弹特征所需的数据及其他目标数据) 四类任务，具体包括: 提供更快、更准确的战略和战区导弹发射报告；为导弹防御系统作战能力提供有效支持；分析各类红外信号的特征数据以进行快速判别；更好地了解战场态势，为打击任务规划、作战力量防护提供支持等。
SBIRS的组成及功能
SBIRS由空间和地面两部分组成，空间部分包括4颗地球同步轨道(GEO) 卫星和4颗大椭圆轨道(HEO) 载荷，地面部分包括主用和备用控制站、主用和备用中继站、固定式和移动式处理系统等。
GEO卫星主要用于探测和发现处于助推段的弹导弹，该型卫星的载荷约450 kg，包括高速扫描红外探测器和高分辨率凝视红外探测器，它们均为近红外、中红外和地面可见光波段三色红外探测器，使用被动辐射制冷方式，并通过短施密特双光学望远镜观察地面，指向灵敏度高达 0.05°。扫描探测器采用小平面阵列不断扫描地球的北半球和南半球，可全天候、全天时提供整片区域的大体图像；视型传感器使用一个正方形或长方形焦平面阵列连续地观测一个特定区域，并检测其红外辐射的变化。
HEO 载荷的主要任务在于对北极附近地区进行战略和战区监视，以大幅扩大SBIRS的侦察范围。该载荷也为扫描型红外传感器，质量270kg，集成了近红外、中红外和地面可见波段三色探测器芯片。该传感器通过双轴驱动的施密特望远镜观察地面，利用万向节灵活设置观察方向，从而获得发射点、轨迹和落点准确的红外数据，所采集的原始数据会以100Mbps的速率全部直接下传到地面处理中心后再进行处理。HEO载荷使用闪电轨道(Molniya Orbit)，该轨道由苏联闪电型通信卫星首次使用而得名，特点是在远地点附近停留的时间很长，而且远地点附近在北半球有很好的可见度，适用于对北半球进行监视任务。HEO载荷提高了SBIRS对北半球高纬度地区（如俄罗斯本土和中国北部地区），尤其是北极地区洲际导弹和潜射导弹发射的监视能力。根据模拟，2颗搭载了HEO载荷的卫星即可保证任意时刻都有一颗卫星对北纬75度以北的北极地区进行监视。
SBIRS在地球上的控制和中继设施分为地面固定式和机动式两大类。固定式系统作为主力装备由美空军太空司令部第460部队管理运行；机动式系统作为辅助装备由美空军国家警卫队第233部队负责，以提供可生存、可持续的任务支援。SBIRS 最核心的地面设施位于科罗拉多州巴克利空军基地的主任务控制站，该控制站负责接收和处理 BIRS信息与数据，并统管卫星和载荷的任务规划与分配。一旦检测到国外导弹发射等重大活动，地面控制站会先将信息传输到太空司令部，随后再传送到北美航空防御司令部和军方其他相关部门，由他们判定威胁等级并给出防御对策。
相比于DSP，SBIRS的预警能力得到了大幅提高。早期的DSP系统使用短红外和可见光探测，无法克服云层反光的虚警问题，后来虽然演进到双色红外波段，但6000单元一维线阵列的视场和分辨率都并不理想，虽然足以满足探测巨大尾焰的远程和洲际弹道导弹的需求，但对中短程战术弹道导弹则有些力有不逮。而SBIRS卫星解决了DSP系统预警时间短、虚警率高、漏报多的问题，它结合了扫描型和凝视型探测器的优势，扫描速度和灵敏度比DSP系统提高了10倍以上，可在导弹发射后10～20s内将预警信息传递给指挥控制系统，并对助推段导弹进行稳定、可靠的跟踪，为后续反导传感器提供关键的目标指示；同时，SBIRS在设计时一并考虑了对洲际导弹、远程导弹和中近程战术导弹的探测跟踪能力，它 对陆基洲际导弹的预警时间达26min，对潜射导弹的预警时间为15min，对陆基战术导弹的预警时间为4～5 min；另外，SBIRS荷弥补了DSP在北极附近的探测盲区，实现了导弹预警的全球覆盖。
2011年美国发射了SBIRS的首颗地球静止轨道卫星GEO－1，随后数年中又相继发射了2至4号，这4颗卫星采用了洛马公司研发的A2100卫星平台。2021年5月第5颗地球静止轨道卫星发射升空，以替换2011年部署的第1颗地球静止轨道卫星。GEO－5采用了LM2100卫星平台，是A2100平台的现代化版本，共有26项改进，增强了动力和灵活性，如霍尔（Hall）推进器和多用途太阳能电池阵列。此次发射的第6颗地球静止轨道卫星据估计也应该采用了LM2100卫星平台，为的是替换2013年部署的第2颗地球静止轨道卫星。
而HEO-1和HEO-2载荷分别安装在NROL22和NROL28信号情报卫星上，分别于2006年和2008年发射升空。HEO-3有效载荷于2014年被集成至NROL35卫星上发射升空，HEO-4载荷据估计于2017年集成到卫星NROL42发射入轨。
从之前的报道看，SBIRS的高椭圆轨道和静止轨道卫星性能都有超出预期的表现，此次SBIRS的部署完毕无疑将显著提高美国及其盟友对弹道导弹袭击的预警能力，从而削弱潜在竞争对手的相关威慑能力。