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监视卫星的卫星:美国天基监视系统(二)

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自从1957年第一颗人造卫星发射以来,太空就不再平静。卫星占据着太空制高点,因此冷战时期美苏双方侦察彼此地面军事部署的重任就交给了侦察卫星,因此侦察卫星也被称为“间谍卫星”。美国即将发射的天基太空监视系统则可侦察这些太空中的间谍卫星,可谓“谍中谍”。

2006年4月14日,SBSS执行委员会与美国空军太空与导弹系统中心司令官迈克尔•海默将军进行了会晤,商讨解决数千万美元的成本增长以及进度滞后的问题,以完成"探路者"项目的调整。诺斯罗普•格鲁曼公司同意,在其作为美国空军太空对抗任务领域主承包商的管理角色问题上做出让步,将项目监督权归还给军方,从而使空军能够与建造实际硬件的工业团队——波音公司及鲍尔公司直接进行交流。尽管诺斯罗普•格鲁曼公司被解除了项目监管权,但其太空对抗任务领域主承包商合同依然存在,因此授给波音及鲍尔公司的子合同无须花费额外的成本重做,也不会遭到推迟。不过,太空对抗任务领域主承包商合同将在“探路者”卫星发射后终止。

2006年9月,SBSS团队选定卫星光学载荷的关键部分——电荷耦合器件(简称CCD)供应商——半导体技术联合公司(STA)。CCD是卫星上收集图像的光学载荷的重要部件,其研发被认为是SBSS项目中技术风险最高的工作。为了获得高质量、达到飞行级别的CCD,STA与亚利桑那大学成像技术实验室进行了合作,后者负责原料晶片的处理和涂层。STA公司的CCD最终成功通过了环境试验和寿命试验。

推迟至今仍未升空的SBSS系统首颗试验卫星

2007年1月,经历了2006年的一系列设计评审后,SBSS“探路者”终于进入关键设计评审。在为期4天的评审过程中,来自政府和工业界的100多名代表对“探路者”系统的体系结构、设计、集成、总装与测试方法以及运行方案进行了审议。1月8日,“探路者”系统成功通过关键设计评审,也意味着该系统已由研发阶段转入工程制造阶段。

2007年12月12日,波音公司成功完成了天基太空监视系统一系列的试验。完成的试验包括:用可见光探测器记录首幅图像、首次减少卫星舱的动力消耗、对可见光探测器望远镜进行成功的热真空试验。波音旗下的太空情报系统公司副总裁称,随着这些试验的成功完成,波音公司将继续满足为美空军制造高质量太空态势感知系统的要求。

2008年4月21日,波音和鲍尔公司领导的天基太空监视系统Block 10团队宣布,已经完成了有效载荷电子装置、高速陀螺框架的研制工作,试验了太空飞行器的可见光探测器,启动了载荷集成和试验工作。

SBSS卫星的陀螺框架和可见光探测器能够在太空中响应任务。波音公司提供的星载计算机具有快速探测太空目标的特性,并能为改良的Block 10性能提供未来能力。集成前,成功的陀螺框架功能试验检验了其最大转速、加速度和机动范围等能力,这个两轴系统可旋转和支撑226.8千克的有效载荷。

可见光探测器、陀螺框架和有效载荷电子装置的完成,标志着SBSS卫星已有85%的飞行硬件完工。具有里程碑意义的集成工作,验证了SBSS团队研发先进系统的能力。硬件与相关软件的完成是SBSS计划的一个重大里程碑,也是支持太空态势感知技术升级的一次大飞跃,由此向发射就绪又靠近一步。

美国“锁眼”侦察卫星,天空中有数百个各国的军用卫星,随时掌握这些卫星的动向一直是美国军方的希望

2008年5月,波音公司表示,已经完成SBSS的卫星操作中心(简称SOC)硬件安装,并开始与哈里斯公司、麻省理工学院的林肯实验室合作研发SBSS的地面系统。

2009年2月初,波音公司宣布,成功完成SBSS的首次卫星测试,显示出SBSS系统具备地面系统和空间系统“端到端任务功能”的集成能力。鲍尔公司负责执行卫星的集成和功能测试,测试结果表明卫星满足所有的性能要求,而此前卫星的有效载荷在测试中则全面超过了模拟环境的要求。但是直至3月底,SBSS系统的地面部分仍未完工,这也一定程度延误了原本定于4月的发射计划(当然,此次发射计划的流产,运载火箭未能及时交付是主要原因)。

2009年6月,波音公司成功完成SBSS地面部分的首次测试,至此SBSS的研制工作总算功德圆满,只待发射指令下达。

性能要求——犹抱琵琶半遮面

SBSS虽已名声在外,但其技术要求和具体性能至今都没有公开,在此也只能透过波音公司透露的消息以及其前辈MSX卫星搭载的可见光(即SBV)探测器的性能参数,对其稍作揣测。

美国国防部的MSX卫星是1996年由弹道导弹防御组织(简称BMDO)发射的导弹防御试验卫星。MSX卫星上安装有可见光、紫外线、红外线和光谱成像探测器。到2002年,紫外线、红外线和光谱成像探测器相继失效,只有可见光探测器还能够仍然可以利用可见光搜索和跟踪地球同步轨道(简称GEO)上的卫星,有效降低了GEO轨道上未被发现的物体数目。BMDO曾对MSX卫星上包括SBV在内的探测器的工作状况进行确认,观察其能否识别出飞入太空的弹道导弹的火箭残骸。实验证明,SBV探测器在追踪太空中的火箭残骸方面具有很好的能力。

SBV探测器(a)有一台高质量的杂散光抑制望远镜,包括一台像素为420×420像素的电荷耦合器(简称CCD),生成一幅粗糙的图像框架(b);星载信号处理器(c)将此焦平面图像进行处理,生成恒星和条纹的报告,最终构建出框架图像(d)。

SBV探测器由两部分组成:一是73磅重的太空望远镜(视轴与其他探测器相同),二是位于卫星尾部的电子部件。

SBV探测器有两大优点,第一在轨道平台上其能够接近整个地球同步轨道带;第二,探测器的视野较宽,搜索效率高,能够同时对多个太空常驻物体(简称RSO)进行探测。SBV探测器依靠RSO反射的恒星光线对其进行探测,因此其收集数据模式类似于恒星的轨迹,打个比方,恒星就是个点声源,而RSO就是声波传播时障碍物所反射的条纹。监视数据随后交由星载信号处理器提取数据。

SBV探测器性能参数

光谱范围 300-900nm

空间分辨率 12.1弧度秒/像素

每个CCD的视角 1.4°×1.4°

光圈 15cm,f/3

平均每秒的帧数 4-16帧

每帧图像生成所用时间 0.4秒,0.625秒,1秒,1.6秒

图像像素 420×420像素

标准-3导弹发射,完备的监视信息意味着更高效率的拦截

作为MSX/SBV先进概念技术演示(简称ACTD)的继承者,SBSS的首颗卫星“探路者”也将搭载可见光(SBV)探测器,以及必不可少的C4设备。虽然SBSS所搭载的可见光(SBV)探测器性能尚未公开,不过可以肯定的是,其性能必然有较大提高。早期的先进概念技术演示(简称ACTD)便已经开始改进MSX卫星,通过开发冗余处理能力来提高卫星的数据处理能力,提高卫星同时探测多个RSO的效率,这些改进极有可能也会应用于SBSS。据称与MSX/SBV系统相比,SBSS卫星的探测能力提高了80%。SBSS卫星上的摄像机重226.8千克(约500磅),用于跟踪太空物体,并辅助其它系统,如太空篱笆。而在对SBSS系统可见光(SBV)探测器、有效载荷电子设备、高速万向接头的试验中,进一步验证了SBSS改进后能力将比目前在轨运行MSX的能力快一倍,精确度是目前的10倍,这将大大提高美国的太空探测能力。此外,SBSS的升级空间很大。波音公司SSA领域主管,托德•雪铁龙说,SBSS卫星可以进行技术升级,即便是发射之后,也可以通过软件升级来提升卫星的整体性能。

用美国人的话说,SBSS“将是太空态势感知的革命”,是实现太空态势的实时感知能力的必要组成部分,是提升全维空间态势感知能力的基本要素。SBSS星座将为美国提供所需要的监视覆盖范围,确保压倒性的太空优势。美军对SBSS卫星的期望是,确保战时的制太空权,至少让对手明白,尽管美国依赖太空设施,但是美国有能力探测和跟踪任何太空中的物体——特别是被视为威胁的。

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