導彈預警衛星

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更新時間: 2013-12-12

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導彈預警衛星就是對敵人核導彈的發射進行儘早預報的衛星。導彈預警衛星上最主要的探測器是紅外探測器。導彈在點火發射時,發動機會噴射出長長的烈焰,這種由高溫氣體形成的噴焰會輻射強大的紅外線。衛星上裝的紅外探測器對紅外線非常敏感,它能在導彈剛剛發射時就探測到其尾部噴氣,可以提前向地面報警。

導彈預警衛星 -簡介

蘇聯第一代導彈預警衛星蘇聯第一代導彈預警衛星「眼睛」
導彈預警衛星是一種監視、發現和跟蹤敵方彈道導彈,進行早期報警的遙感類偵察衛星,美、俄均有。同時又是一種較特殊的成像衛星,它利用天基探測器,通過對導彈發射主動段羽焰的紅外輻射(一切物體,只要其溫度高於絕對零度,就會有紅外輻射)等探測成像,將紅外輻射圖像信號變換為數字化電信號傳輸,經處理識別後提供敵方導彈襲擊的預警信號。在作戰中,對來襲彈道導彈的整個彈道進行跟蹤,並將彈道估算數據提供給攔截導彈,以便使其在中段實施攔截。應用導彈預警衛星可以贏得約半小時的預警時間,從而給指揮部門以應變和準備的機會。預警衛星通常運行在同步靜止軌道或大橢圓軌道。

導彈預警衛星 -作用

導彈防禦系統示意圖導彈防禦系統示意圖
預警衛星作為反彈道導彈武器的預警系統的重要組成部分,用於早期發現彈道導彈及其發射陣地、測定彈道參數、判定導彈將要攻擊的目標,為國家戰略防禦決策提供預先警報的系統。位於太空的預警衛星不受地球曲率的限制,居高臨下,覆蓋範圍廣,能及早發現在空間運動的彈道導彈或其它飛行器。在洲際彈道導彈發射起飛后5分鐘即可報警,並預測其彈道參數,預警時間可達25min(射程8000~13000km的彈道導彈飛行時間約30min)。

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導彈預警衛星 -關鍵技術

紅外掃描望遠鏡

它基於內光電效應進行光電探測。它需要由專門的製冷器對其進行低溫製冷來保證其具有足夠的探測靈敏度以收集導彈噴焰的紅外輻射。

可見光電視攝像機

導彈預警衛星導彈預警衛星
高解析度可見光電視攝像機,可防止把高空雲層反射的太陽光、地球上的火災等誤認為是導彈噴焰而造成虛警,沒有發現目標時,攝像機每30s向地面發送一次電視圖像。一旦紅外望遠鏡發現目標,攝像機就會對準目標,並向地面發回圖像,粗略顯示導彈的主動段運行軌道。

中子計數器和X射線儀

它們都是核爆炸輻射探測器,用於監視核試驗情況,並可精確測定核爆炸位置。

凝視感測器

天基紅外系統的凝視感測器採用精確的兩維陣列跟蹤導彈,可將導彈運動的畫面拉近放大,並能在10~20s內將預警信息傳給地面防禦系統,其掃描速度和靈敏度比DSP(只裝備紅外掃描感測器)高20倍以上。

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紅外望遠鏡

由紅外探測器陣列和施密特望遠鏡組成。施密特望遠鏡由球面主反射鏡和消球差校正透鏡組成,結構簡單,容易校正和安裝,成像質量好。消球差校正透鏡裝在望遠鏡的底部,紅外輻射能量就是通過它來收集的。DSP衛星上配有由6000個硫化鉛探測元組成的焦面陣列,能探測到波長為27μm左右的紅外輻射;焦面陣列的末端還固定著一組碲鎘汞探測元,能探測到43μm波段的輻射。這樣,探測器不僅對導彈助推段而且對導彈飛行中段都具有很強的探測能力。

導彈預警衛星 -缺陷

導彈預警衛星經過幾十年的發展和應用,暴露出一些嚴重的缺點。衛星上沒有自衛裝置,易受反衛星武器的攻擊,生存能力差;衛星地面站是大型固定場區,也易受到攻擊;衛星上的紅外探測器採用圓錐掃描,靈敏度得不到充分發揮;紅外掃描儀只能探測導彈主動飛行段噴出的尾焰,不能探測導彈彈體,因而基本上不具有跟蹤導彈的能力;另外,它對戰術導彈和作戰飛機等紅外輻射相對較小的目標的探測能力較弱。

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導彈預警衛星 -實際應用

在海灣戰爭中,美國「國防支援計劃」導彈預警衛星系統探測到伊拉克「飛毛腿」導彈發射,向以色列和沙烏地阿拉伯提供預警。

導彈預警衛星 -各國發展情況

美國

美國導彈預警衛星美國導彈預警衛星
導彈預警衛星是由美國率先研製的。1960-1966年,美國先後發射了12顆米達斯號試驗型預警衛星。1966年底至1970年9月,美國又發射41顆新型預警衛星,作為部署工作型衛星之前的過渡性措施。從1970年11月開始,美國實施綜合導彈預警系統計劃即647計劃,在地球靜止軌道部署工作型衛星。該系統1972年投入使用時只有2顆衛星,後來又發射多顆衛星進行完善和衛星的更替。一般情況下,該系統由5顆647衛星、兩個大型地面站和簡化處理站組成,其中3顆衛星工作,兩個備用。工作衛星能在導彈發射后90s內向地面接收站傳送警報信息。分別定位於赤道上空3.6萬公里、依次為東經60度、西經0度和西經134度的3顆工作衛星組成的預警網,已觀測到美、法等國數以千計的從地面和潛艇上進行的導彈發射。在海灣戰爭中,美國愛國者導彈以較高的命中率攔截了伊拉克的飛毛腿導彈,這種預警衛星起了很大作用。

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美國於20世紀70年代初將「國防支援計劃」(DSP)導彈預警衛星送上太空。第一代共發射了7顆,第二代共發射了8顆,從1970年11月開始陸續發射第三代DSP衛星,迄今(2012年)共發射了18顆。第三代DSP衛星系統採用地球同步軌道,DSP-Ⅲ衛星重2360kg,設計壽命9年,外形為長10m,直6.74m的圓柱體,首顆衛星於1989年6月14日發射。

「天基紅外系統」是由美國空軍研製的下一代天基紅外監視系統,也是美國國家導彈防禦系統的一個組成部分。天基紅外系統的任務是戰略和戰區導彈預警;跟蹤從初始助推階段到飛行中段的導彈目標,為導彈防禦指示目標;提供技術情報;增進戰場態勢感知。它由高軌道和低軌道兩大部分組成:高軌道部分由5顆靜止軌道衛星(其中1顆為備份)、2顆大橢圓軌道衛星組成,主要跟蹤導彈主動段,也就是導彈點火階段的偵察和跟蹤。定向和控制設施(PCA)是「天基紅外系統」高軌道部分地球同步軌道衛星的一個重要的、高度綜合的設備,它可以確保衛星的兩個光學系統對指定的區域進行掃描和凝視,使操作人員能夠根據國家優先權修改需要監視的區域。它的主承包商洛克希德-馬丁公司,和有效載荷提供商諾斯羅普·格魯曼公司已經完成了高橢圓軌道衛星有效載荷的研製,首顆地球同步軌道衛星在2008年發射。

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與「國防支援計劃」衛星相比,「天基紅外系統」衛星將能完成更多的任務,包括導彈預警,為防禦導彈指引目標,提供技術情報和戰場態勢信息等。

俄羅斯

導彈預警衛星導彈預警衛星
與美國相比,俄羅斯的導彈預警衛星計劃起步稍晚,於1967年開始發射預警衛星,大部分採用大橢圓軌道,遠地點在北半球,軌道高度約4萬千米,近地點在南半球,軌道高度約600km,衛星運行周期約12h,其中8h位於北半球上空,如要提供24h監視,需在這樣的軌道上等距離部署3~4顆衛星。俄羅斯已有9顆大橢圓軌道預警衛星在軌工作,已形成對美國全境洲際導彈發射場的全天時覆蓋,其預警能力與美國相當。

俄羅斯的導彈預衛星主要由兩個系列組成,分別是「眼睛」和「預報」系列,其中「眼睛」系列計劃採用9顆衛星組網工作,軌道面間隔40度,下發頻率在2274~2304MHz之間。20世紀90年代以來,由於俄新衛星的發射未能及時彌補舊衛星的退役,致使「眼睛」系列在軌工作的衛星數量大為減少,目前(2012年)僅有2顆「眼睛」系列衛星在軌工作,都為2002年發射,已無法對北半球大部分國家和地區實施24h不間斷的覆蓋,但仍然有一定的預警能力。而俄「預報」地球同步軌道導彈預警衛星採用4星組網工作模式,主要監視來自美國東部和歐洲大陸的陸基導彈以及來自大西洋的潛射導彈對莫斯科構成的威脅。這種組網模式可以形成橫貫美國東海岸至中國東部的導彈發射監測帶,與設計中的9星大橢圓衛星組網模式相互補充,進一步提高導彈預警能力。

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中國

2012年7月,美國智庫2049計劃研究所的一篇研究報告稱,中國工程師正在致力於研發彈道導彈早期預警衛星,這將為導彈防禦系統提供導彈發射助推段的數據。儘管沒有證據表明中國已經在太空部署了彈道導彈早期預警衛星,但是技術基礎是存在的:如風雲系列氣象衛星攜帶的紅外感測器。509所研製的實踐七號衛星就是紅外感測器陣列的測試平台。據稱,中國科學院上海技術物理研究所已經研製出了紅外感測器。

日本

美軍衛星預警系統在2012年4月朝鮮試射導彈時反應遲緩引致廣泛批評,因此日本考慮放棄對美軍預警系統依賴。日本政府有意自主發布預警以提高對朝鮮火箭試射的預警時效性,並將批准導彈防禦系統進行攔截以防其墜落在日本境內。

2012年6月,據俄羅斯《觀點報》報道,日本眾議院內閣委員會通過《宇宙航空研究開發機構法》修訂案。據分析,這表明日本將著手開發超靈敏的導彈預警衛星,從而協助美國強化對華戰備體系。日本眾議院內閣委員會此次通過的修訂案,其核心是刪除宇宙航空研究開發機構「限於和平目的」進行活動的規定,使其可以出於安全目的研製人造衛星和利用太空。報道指出,修訂案獲得通過就意味著承認日本「不排斥太空軍事化」。

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