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美国研制3.6万公里高的静止轨道光学侦察卫星

导读: 现役光学侦察卫星为了保证分辨率,大多都运行在地球低轨道或是太阳同步轨道上。而“间谍卫星之王”的面世将颠覆现有光学成像侦查卫星的态势,理论上三颗地球静止轨道光学侦察卫星即可完成对全球的实时覆盖。

  随着武器装备技术和战场环境的演变,各航天大国对战场持续侦察和监视的需求延伸到天基侦察平台,开始寻求具备持续侦察和监视能力的光学侦察卫星。现役光学侦察卫星为了保证分辨率,大多都运行在地球低轨道或是太阳同步轨道上。而“间谍卫星之王”的面世将颠覆现有光学成像侦查卫星的态势,理论上三颗地球静止轨道光学侦察卫星即可完成对全球的实时覆盖。

  日前,有媒体报道称,美国国防部正在研究地球静止轨道光学侦察卫星,该卫星运行在3.6万公里高的地球同步轨道,可对地球40%的面积进行持续侦察。由于地球静止轨道光学侦察卫星拥有超强的持续侦察能力,因此有“间谍卫星之王”的称号。目前,光学成像侦察卫星作为许多国家重要的天基信息获取系统,一直是各主要航天大国重点发展的装备。

  站得高看得广

  静止轨道光学侦察卫星优势大

  目前,世界各国现役的光学侦查卫星的运行轨道高度一般集中在几百公里至一千公里左右。有些光学侦察卫星为了获得更大的侦察视场,覆盖更广的范围,运行轨道会高于1000公里。例如,美国的“8X”混合成像侦察卫星,其运行轨道高度为2000公里。还有声名远扬的美国KH-12“锁眼”侦察卫星,该卫星全色分辨率可达0.1~0.15米,运行在近地点398 公里,远地点869公里的太阳同步轨道上。

  光学成像侦察卫星因在低轨道运行,从而获得了较高的分辨率,但从另一方面来讲,低轨道的特性也使得常规光学成像侦察卫星具有周期长、覆盖范围小等缺点。以KH-12为例,其绕地球轨道运行一圈的时间为90.56分钟,加上地球公转和自转的因素,KH-12每天飞行至某一特定地区上空只有1~2次机会。因此,只要根据卫星的运行周期计算出过顶时间,采取相应的措施就可以逃避KH-12卫星的侦察。

  随着武器装备技术和战场环境的演变,各航天大国对战场持续侦察和监视的需求延伸到天基侦察平台,开始寻求具备持续侦察和监视能力的光学侦察卫星。虽然通过光学侦察卫星组网是实现持续侦察能力的一个途径,但这种方法存在耗资大等缺陷。

  俗话说,站得高,看得远,现在站得高不仅要看得远,还要看得广。由于提高卫星轨道可使卫星在侦察目标上空驻留更长的时间,因此如果将卫星轨道提升至地球静止轨道,侦察卫星就可实现对目标的长时间监视和侦察。且人造地球卫星静止轨道只有一条,轨道倾角为零,只要在轨道上均匀分布3颗卫星,理论上就可以基本覆盖全球。

  重量大口径宽

  静止轨道光学侦察卫星研制难点多

  地球静止轨道光学侦察卫星的高时效性和持续监视侦察能力,已成为当前光学侦察卫星的一个重要发展方向。目前,部署静止轨道光学侦察卫星的难点主要集中在光学系统。根据相关资料,如果将全色分辨率为0.1米的低轨道光学侦察卫星调到静止轨道,其理论分辨率将会降到18米左右。但即便是这种分辨率,卫星仍可以发现桥梁、公路等大型地面目标。

  扩大光学系统口径是提高分辨率的重要途径,相对于低轨道光学侦查卫星,要得到同等分辨率,如果采用增大光学系统口径的方法,静止地球轨道光学侦查卫星的口径需要比低轨道光学侦查卫星的口径大将近100倍。这不仅在物镜光学加工制造上有极大的难度,而且卫星庞大的体积和重量也会使目前的火箭让其无法发射到太空。

  因此,为了适应未来静止轨道光学侦察卫星高分辨率侦察的需求,就需要在光学技术上有所创新突破,在目前火箭最大静止轨道运载能力的前提下,研制出符合战术需求的光学侦察卫星系统。

  现在静止轨道光学侦察技术主要有可展开光学技术、稀疏孔径成像技术等。目前,美国研制的衍射光学薄膜技术就是一种可展开光学技术。卫星入轨后展开直径为20米的衍射光学薄膜,卫星的凝视视场超过一千万平方公里,分辨率可达2.5米。根据美国国防先进研究项目局的计划,美国将分阶段预研衍射光学薄膜技术,到2015年左右发射口径为20米的原型验证系统,力争在2020年前后发射首颗卫星。

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