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美国天基红外系统

来源:互联网 责编:大嘴 作者:冯芒 时间:2004-08-12

系统名称(英):space-based infrared system (SBIRS)

研制国家:美国

关键词:红外监视系统,国家导弹防御系统

1.系统简介

天基红外系统是由美国空军研制的下一代天基红外监视系统,也是美国国家导弹防御系统的一个组成部分。天基红外系统的任务是:战略和战区导弹预警;跟踪从初始助推阶段到飞行中段的导弹目标,为导弹防御指示目标;提供技术情报;增进战场态势感知。

在冷战期间,为了对苏联的第一次核打击的进攻提供预警,美国建立了一张由监视站、雷达站和卫星系统组成的巨大监视网。其中包括“国防支援计划”(DSP)卫星系统,该系统由地球同步轨道上的红外卫星星座组成。DSP系统的主要任务是探测助推阶段的火箭并向国家最高指挥当局报告。

冷战结束后,随着苏联的解体,导弹威胁已发生了改变,美国认为虽然来自俄罗斯或中国的洲际弹道导弹攻击的可能性仍然存在,但已不是主要的威胁,取而代之的是来自所谓“无赖”国家和恐怖组织的带有核生化弹头的战区弹道导弹的攻击。因此,需要改进现有的预警系统,美国的天基红外系统(SBIRS)就是为此而研制的,它将取代现有的国防支援计划(DSP)卫星系统,为美国部队提供更准确、更及时的弹道导弹预警。

2.系统组成和功能
天基红外系统将是一个包括多个空间星座和地面设施的综合系统,它由高轨道卫星、低轨道卫星和地面设施组成。

 

2.1 天基红外系统的高轨道部分

天基红外系统的高轨道部分将为美国最高指挥当局和作战部门提供全球和战区的有关战略或战区导弹或其他红外事件的发射、助推飞行阶段和落点区域的红外数据。

高轨道卫星包括4颗地球同步轨道卫星(GEO)、2颗大椭圆轨道卫星(LEO)。地球同步轨道卫星上带有凝视型(staring)和扫描型两种红外探测器。扫描型探测器采用一种小型阵列扫描整个地区以建立整个地区的完整图像,它用于提供快速的全球覆盖。在凝视型探测器中,一个正方形或长方形焦平面阵列连续地观测一个特定的区域以及红外辐射的变化。它用于精确的战区探测和跟踪。扫描型探测器对导弹在发射时所喷出的尾焰进行初始探测,然后将探测信息提供给凝视型探测器,后者进行精确跟踪。

天基红外系统的高轨道卫星扫描速度和灵敏度比DSP卫星高得多,而且,它能够穿透大气层和在导弹刚一点火就能探测到其发射,因此对较小导弹发射的探测能力比DSP卫星强得多,它可在导弹发射后10~20秒内将警报信息传送给地面部队。

1996年,洛克系德.马丁导弹和空间公司获得高轨道SBIRS工程、制造和开发(EMD)的合同,价值18亿美元。HEO卫星将于2002财年交付,而GEO卫星由于预算的改变,第一次发射由2002财年推迟到2004财年[2]。到2008年,天基红外系统的高轨道卫星将取代DSP卫星[5]。

2.2天基红外系统的低轨道部分

天基红外系统的低轨道部分是“亮眼”(Brilliant Eyes)的后续计划,1994财年“亮眼”系统由美国弹道导弹防御局移交给空军。低轨道卫星的任务主要是提供弹道中段的精确跟踪和识别,它将跟踪世界范围的从发射到再入的弹道导弹并将引导数据提供给导弹拦截弹。低轨道卫星将与高轨道卫星共同提供全球覆盖能力。

天基红外系统的低轨道部分将由约24颗小型、低轨道、大倾角卫星组成。飞行在多个轨道面上的低轨道卫星将成对地工作,以提供立体观测。每对卫星通过60GHz的卫星间链路进行相互通信。每一颗卫星将包括两种探测器,一种是捕获探测器,它是一种宽视野扫描短波红外探测器,用来观测助推阶段的导弹尾焰。一旦搜索探测器锁定了一个目标,信息将传送给另一种探测器-跟踪探测器,后者是一种窄视野、高精度凝视型多色(中波、中长波、长波红外及可见)探测器,它能锁定一个目标并对整个弹道中段和再入阶段的目标进行跟踪。这些探测器将按从地平线以下到地平线以上的顺序工作,一捕获和跟踪目标导弹的尾焰及其发热弹体、助推级之后的屋檐和弹体以及最后的冷再入弹头[3]。如图2所示。此时,卫星上的处理系统将预测出最终的导弹弹道以及弹头的落点。该数据被传输给导弹连,用于拦截来袭的导弹或弹头。

 

整个低轨道卫星星座将利用卫星内部的交叉链路连接在一起,这样,每一个卫星都能与星座中的其它卫星通信。当一个卫星所跟踪的导弹离开它的视线,它可以将目标的位置告知第二个卫星,第二颗卫星将继续跟踪目标并将有关引导信息提供给导弹连,在必要的情况下,这种传递可以在整个星座中继续下去,直到目标被摧毁或无法再探测到目标。

低轨道卫星的特点是:

(1)由于轨道低,低轨道卫星更接近战场,具有更高的分辨率。

(2)将提供精确、及时的发射点估计,使得战区部队能够在更多的导弹发射前摧毁其发射装置。

(3)能够为拦截弹提供超视距制导,使拦截弹能够拦截射程在雷达作用范围之外的导弹,并在远离友军和人口中心的地方击落来袭导弹。这样就能够对来袭导弹进行多次拦截,提高拦截的成功率。

(4)能够精确地引导地面雷达捕获来袭导弹和弹头,使地面雷达在敌方导弹进入其作用范围时才开始工作。这就减少了现代战场常常使用的武器——反辐射导弹的威胁。

在和平时期,低轨道卫星通过搜集导弹威胁的研制、部署、特征和弹道数据等信息来监控全世界的弹道导弹试验。此外,它还可用于监视空间的物体,帮助避免卫星、飞船和空间碎片之间发生碰撞[2]。

低轨道SBIRS计划目前处于采办研制周期的第一阶段,即项目定义和降低风险阶段,有时也称为演示和论证阶段,该阶段的系统称为空间和导弹跟踪系统(SMTS)1。由于预算的改变,低轨道卫星的第一次发射由2004财年推迟到2006财年。此外,由于费用超支,空军取消了原有的两个“概念论证”演示卫星系统[2],取而代之的是进行大量的地面试验。天基红外系统的低轨道卫星将在2010年完全投入使用[5]。

天基红外系统的低轨道卫星的部分参数:

星座:由位于低空的多个卫星环上的约24颗卫星组成

卫星:每一颗<1500磅

运载火箭:德尔塔7920 (每次最多运载4颗卫星)

有效载荷:宽视野捕获探测器(SWIR)

窄视野跟踪探测器(MWIR、MLWIR、LWIR和可见光部分)

通信:卫星之间为60Ghz

卫星与地面之间为44/20Ghz

卫星到卫星控制网络为S波段

电能:1.5kw太阳能硅板

40安培/小时的镍氢电池

使用寿命:>10年 [4]

2.3 地面设施

地面设施包括:美国本土(CONUS)的任务控制站(MCS)、一个备份MCS、一个救急MCS;海外中继地面站(RGS)、一个救急RGS;多任务移动处理系统(M3P)和相关的通信链路;培训、发射和支持性基础设施。地面设施通过三个阶段来完成,第一阶段将把DSP和对战区的攻击和发射早期报告(ALERT)地面站联合成一个CONUS任务控制站,并使用DSP的卫星数据;第二阶段改进第一阶段的软件和硬件,以满足高轨道SBIRS卫星以及保留的DSP卫星的所要求的功能。此外,多任务移动处理系统将取代战区内陆军联合战术地面站并满足SBIRS战略处理的要求。第三阶段将为SBIRS低轨道卫星提供所需的功能[2]。

信息来源:

1. Space Based Infrared System (SBIRS) Department of Air Force Space and Missile System Center

2. DOT&E FY'99 Annual Report, Missile Defense and Related Programs, submitted to Congress February 2000

3. 李智勇等。美国弹道导弹预警卫星系统的发展概况。863航天技术通讯 1998年第9期

4. http://www.fas.org/spp/military/program/warning/smts.htm

5. Congressional Budget Office (CBO), Budgetary And Technical Implications Of The Administration's Plan For National Missile Defense, April 2000,

6. FY 97 RDDS -Space Based Infrared System (SBIRS)