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静止轨道的天眼:光学侦察卫星

导读: 目前光学侦察卫星一般在太阳同步轨道等低轨道上运行,虽然多数光学侦察卫星运行在太阳同步轨道上,能保证卫星每天都在特定的时刻经过特定地区,有利于在最好的光照条件下拍摄高质量的地面图像,但卫星相对于地面的位置变化就就相当复杂了。

  说起光学侦察卫星,人们首先想到的就是美国“锁眼”系列卫星。以“锁眼”为代表的光学侦察卫星,为了保证成像效果尤其是分辨率,基本都运行在地球低轨道或是太阳同步轨道上,卫星的轨道高度普遍只有数百千米到一千千米左右,只有极少数光学侦察卫星为了追求幅宽的,才会运行在高度超过两千千米的轨道上。光学侦察卫星是人类拥有的前所未有的高效侦察手段,但现阶段光学侦察卫星也存在一个致命的缺点,那就是缺乏对时间敏感度目标的持续侦察跟踪能力。为了获得持续的天基侦察能力,以美国为首的航天大国先后开始了静止轨道光学侦察卫星的研究,静止轨道光学侦察卫星可以实现全时段的持续监视,把人类航天侦察能力提高到一个新的水平。

  静止轨道光学侦察卫星的主要特点是持续监视能力。对比航空侦察等手段,光学侦察卫星虽然具有侦察范围大等特点,而且没有侵入他国领空的法律问题,但它却很难实现持续的侦察观测,要想弄清这个问题,我们首先要了解一下侦察卫星的轨道。

  中低轨道卫星星下点在地面不断移动,它们不可能持续监视一个区域,这是目前航天侦察的一个重要不足。

  目前光学侦察卫星一般在太阳同步轨道等低轨道上运行,虽然多数光学侦察卫星运行在太阳同步轨道上,能保证卫星每天都在特定的时刻经过特定地区,有利于在最好的光照条件下拍摄高质量的地面图像,但卫星相对于地面的位置变化就就相当复杂了。根据卫星的运动公式,我们很容易发现低轨道卫星不可能相对地面保持静止,如果我们用STK或是Orbiton等软件模拟,可以看到卫星星下点在世界地图上绘成了错综复杂的画面,这就意味着卫星无法停留在某个目标上空提供持续的侦察,只能用于对固定战略或是战术目标的间断性侦察。持续侦察能力在现代战争中却是不可缺少的,能否让航天侦察在具备大幅宽的同时,再实现持续侦察能力呢?

  为了实现持续的航天侦察能力,人们已经做了很多研究,提出了小型侦察卫星网或是静止轨道侦察卫星等方案。卫星组网是一种一力降十会的笨办法,既然单颗侦察卫星的视野是有限,那么就发射多颗卫星,组网接力探测实现对特定范围内目标的持续跟踪。美国类似构想的“智能卵石”方案曾计划部署约1000个天基拦截器,可以接力不间断的实现任何时间对任何地面发射的弹道导弹的拦截,太空光学侦察卫星高精度成像的幅宽小于“智能卵石”的拦截半径,即使降低对实时性的要求,所需要部署的卫星数量更是极为庞大。如果使用目前质量数百甚至数吨的大型侦察卫星,不仅对航天发射能力要求很高,大量侦察卫星的研制生产费用更是任何国家都无力承担的天文数字。为了实现近实时性的侦察,美国等国家曾设想研制微型侦察卫星,降低卫星的研制生产和发射运营成本,但目前进展十分缓慢。考虑到具有战术价值的高分辨率光学侦察卫星的成本并不会随着质量成线性降低,微卫星组网实现近实时观测无论是成本还是技术上,都存在很大的技术障碍,当然要降低实时性的要求,将侦察周期延长为数十分钟,卫星组网还是具有一定可行性的。

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