美國國家偵查局的「幽靈天眼」—揭秘「鎖眼」系列間諜衛星

主頁菌說

今天是第二個中國航天日，正好趕上天舟一號成功發射和對接，以及在軌加註試驗正式開始，可喜可賀。不過咱今天聊點兒別的，SpaceX下一次發射NROL-76暫定於4月30日，距離上次發射整整一個月，之所以沒有繼續堅持半月一發的高密度發射，是因為這一發是SpaceX首次為「臭名昭著」的NRO（美國國家偵查局）執行絕密發射，NRO旗下的發射任務具體內容均為保密，僅有NROL的公開編號，而要求上自然也比一般商業客戶「苛刻」一些，所以發射準備上自然也耗時更長。說起NRO，最出名的就要數旗下的「鎖眼」系列間諜衛星了，有關它的傳聞可謂五花八門，今天我們就來根據已有的公開資料，好好聊聊這座「天眼」的傳奇，本文原載「軍武位次面」，作者：Saturn V，正文略有修改。而在此之後，我們可以抽空再聊聊「鎖眼從良」的故事，也就是由NRO捐贈的「鎖眼」改造成的WFIRST（寬視場紅外巡天望遠鏡），由於經費上的捉襟見肘，在面對WFIRST最終發射升空的這個難題上，NASA終於想起了那個報價低廉（跟D4H比起來）並且目前正在德州測試場試車的重型獵鷹火箭。

格林尼治標準時間2013年8月23日下午6點03分，「德爾塔」IV型重型火箭從美國加利福尼亞州范登堡空軍基地騰空而起，此次代號為USA-245的任務把KH-11系列的最後一顆間諜衛星送入軌道。KH-11系列衛星別名「迦南」或者「水晶」，KH則是Key Hole(鎖眼)的簡寫，用以指代一系列光學監視衛星。隨著USA-245發射成功，這個在蒼穹之上為美國監視了全世界近半個世紀的「鎖眼」天網，正式宣告完成。今日，就讓我們來領略下這龐大監視網路背後的故事。

「鎖眼」天網最初並不叫鎖眼，由於冷戰的開始，美國迫切需要蘇聯方面的各類監視情報，而軌道技術的發展使得光學監視衛星成為和著名的U-2，SR-71偵察機一同開發的秘密項目。美國空軍和CIA分別於1959年6月和1960年10月先後發射代號為「Corona」（科羅納）和「Samos」（索莫斯）衛星，而後由於索莫斯系列衛星的屢次發射失敗，最終在1962年底併入科羅納衛星項目。日後的KH-1,2,3,4系列衛星指代的便是科羅納間諜衛星。

科羅納衛星軌道示意圖

此時的間諜衛星和大家熟知的不同，由於照片處理技術的限制，科羅納衛星必須將膠片以物理形式送回地面以便回收分析。當科羅納衛星入軌並抵達目標上空後，其位於衛星中部，直徑30厘米長1.5米的相機便開始拍攝，如果需要還可使用70度的廣角鏡頭完成大面積的廣角拍攝。拍攝完畢的膠捲隨後被儲存在衛星前端的返回載具內，在適當的時機與衛星分離並回收。

科羅納間諜衛星攝像裝置。圖中左側的兩個圓形

物體便是兩部膠捲和他們的返回載具

隨著1960年5月1日U-2在蘇聯領空被擊落，科羅納間諜衛星由於其無人的特性開始受到格外重視。早期的科羅納衛星，即KH-1,2,3系列，每次發射僅攜帶一部返回載具和一部高解析度相機，也就是拍攝完一次後即成為太空垃圾。為了提高效率，CIA在後續的KH-4上安裝了兩部廣角相機，並配備有兩部返回載具。以發射次數最多的KH-4A間諜衛星為例，其可以在拍攝完目標地點並發射一個載具後改變軌道進入「冬眠」狀態，在最多21天的等待後到達新的目標地點上方進行第二次拍攝。

在回收載有機密膠片的載具上，CIA也是下盡了功夫。科羅納衛星的返回載具由運輸機在空中直接勾住其降落傘回收，以這看似空中特技的方式避免載具被其他任何人發現。而如果回收失敗載具落入海中，位於底部的鹽栓會在兩天後溶解于海水，使得整個載具沉入海底，避免被非美國海軍的任何人發現。

更有意思的是在1964年路透社報道委內瑞拉農夫在自家農田中撿到降落失敗的載具後，所有科羅納返回載具全部取消了在外側的「機密」標示，而是換上了由八種語言書寫的「返還給美國政府有獎」的標語。（有意了解空中回收的可以參見文末的往期相關文章）

科羅納衛星所拍攝的某導彈發射基地

隨著太空偵查逐漸頻繁，專門負責設計，建造，維護以及操作間諜衛星的美國國家偵查局（NRO）在1961年正式成立，此情報機構神秘到美國媒體都花費了足足10年才發現其存在的證據，而美國參議院則直到1973年10月才正式承認NRO的存在。

NRO徽標

科羅納間諜衛星自然毫無懸念的在1962年劃歸到美國國家偵查局的管理之下，由於發射次數和種類逐漸增多，NRO決定為科羅納系列衛星改名以便管控，「鎖眼」的代號便正式誕生了。在KH編號中，發射次數已不再記錄以避免暴露更多信息，KH後所接編號代表著科技級別，即如果間諜衛星使用新的光學攝像技術，則採用下一個數字命名。截止到1972年5月25日KH-4B的最後一次發射，科羅納間諜衛星總共發射144次，其中102次成功返回有價值的膠片。至此，龐大的「鎖眼」天網完成了其第一塊基石。

在實驗性間諜衛星KH-5「氫」和KH-6「系索」測試完畢後，NRO建造的新型KH-7「話題」間諜衛星在1963年7月12日首次投入使用。和其前輩科羅納衛星一樣「話題」衛星攜帶有小型返回載具將膠片送回，不過KH-7所攜帶的攝像裝置遠比科羅納衛星先進。科羅納的解析度最小可以辨析地面上1.5至3米的物體，KH-7則把此精度縮小至0.61至0.91米，這意味著「話題」衛星已經可以分辨地面小型載具。

KH-7所使用的攝像裝置圖解

KH-7所拍攝的某衛星發射中心

而以KH-7間諜衛星為基礎進一步升級，並在1966年7月29日首次投入使用的KH-8「話題-3」衛星，則將此精度進一步提高到了驚人的0.1米，這意味著NRO甚至可以通過對導彈影子的大小和拍攝時的地理位置來計算導彈的確切尺度，進而估算出其性能。

KH-8所使用攝像裝置圖解

KH-7間諜衛星總共發射38次，其中30次返回了有價值的膠捲，而KH-8總共發射54次，具體回收情況未知。「話題」衛星可謂是美國60年代末至80年代初的間諜衛星主力，成就了「鎖眼」天網的第二塊基石。

KH-8所拍攝的蘇聯N-1火箭

NRO公布的KH-8衛星所攜帶的攝像裝置照片

KH-7,8系列有著出色的性能，不過由於其自身體積限制，用以供給相機所使用的電池攜帶量有限，「話題」間諜衛星的活動周期很短。體積較大的KH-8有著最長31天的活動時間，而體積較小的KH-7則只有8天，這就意味著NRO必須在確定情報後再發射間諜衛星，不僅增長準備時間，還無法進行大面積監視或根據需求完成對某一目標的多次拍攝。鑒於此缺點，NRO研發了可長時間待機並攜帶多達4個返回載具的KH-9「六邊形」間諜衛星。

KH-9的構造透視圖，四個白色球體即為返回載具

圖解KH-9攝像裝置所能覆蓋視角

這個11餘噸重的間諜衛星總共發射20次，除一次發射失敗外其餘19枚衛星均順利入軌。第一枚KH-9便以52天的在軌紀錄打破了KH-8的31天，而最後一枚KH-9更是在其軌道上足足飛行了275天。根據NRO的解密報告，KH-9可分辨地面上至少0.6米的物體，雖不如KH-8極致的0.1米，但超長的在軌時間足以讓NRO在發現情報後再定點發射KH-8以取得更清晰畫面。至此，NRO想看哪裡看哪裡，想看多少次就看多少次的「美夢」終於成真，「鎖眼」天網的第三塊基石鋪設完畢。

正在洛克希德馬丁工廠中組裝的KH-9間諜衛星

1976年12月19日，泰坦IIID型火箭從美國加利福尼亞州范登堡空軍基地騰空而起，KH-11系列衛星的歷史至此開始。如果在入軌後能對衛星拍照，估計很多人會把其誤認為是14年後發射的哈勃太空望遠鏡。不過和哈勃不同，「迦南」間諜衛星不是「向上」聚焦宇宙盡頭，而是「向下」緊盯著地球表面。攜帶著當時最先進的電子光學觀測器械和多重無線電加密裝置，作為次時代產物的「迦南」將徹底改變人們對間諜衛星的所有認知。

1976年12月19日發射入軌的KH-11「迦南」是美國首枚也是全世界首枚採用感光耦合組件攝影技術，並使用超高頻通訊傳輸數據的間諜衛星。和KH系列前9款衛星採用膠捲攝影並將膠捲送回地面的方式不同，KH-11將拍攝到的畫面以數據鏈的形式發送到位於更高的地球同步軌道通訊衛星，而後由通訊衛星網路將數據轉發到位於弗吉尼亞州玻利瓦爾堡的第58區地面接收站。顯然和其餘「鎖眼」衛星相比「迦南」的任務不再受返回載具數量限制，節省下的空間用來安裝更大型攝影器械，同時近乎實時的數據傳輸也為NRO提高了監視效率。

第58區衛星控制中心

其實說到這裡有人會好奇了，按照KH系列的命名邏輯，上一款光學間諜衛星是KH-9，下一款應為KH-10，為何直接跳到了KH-11？其實KH-10是確實存在過的間諜衛星計劃，代號「多利安」。原計劃KH-10將會是首款載人間諜衛星，其前部安裝有類似於雙子座飛船的載具，入軌後可與載人飛船對接，由宇航員負責回收和更換膠捲，以此來延長間諜衛星的任務時間。

KH-10設計圖，前端為雙子座B飛船

顯然如此腦洞大開的設計對衛星本身體積的要求過高，且並沒有從根本上解決需要頻繁發射的問題。在1966年以雙子座II飛船為原型的無人發射測試後，KH-10便被取消，研發光學間諜衛星的資源被悉數用來開發更具革命性的KH-11。

KH-11內部構造

沒有了返回載具占空間，KH-11比KH-9短了許多，重新設計的大面積太陽能電池板移到了衛星兩側為衛星提供更多電力，1990年發射的哈勃太空望遠鏡也參考了此設計。而作為間諜衛星的核心，增粗的KH-11內部安裝有直徑2.34米的第一級鏡片，後續的KH-11將此直徑進一步增大至3.1米。在最佳大氣條件下採用2.4米鏡片的KH-11的理論地面解析度能達到15厘米，後續衛星除了進一步提高解析度以外，還提高了鏡片所能反射的電磁光譜，使得KH-11具備一定程度的遠紅外監視能力。

KH-11各部分構造圖

獲得如此「神器」的NRO怎能不將其「發揚光大」？KH-11分為四個批次共計發射16枚，後續批次先後將「迦南」代號改為「龍」，「水晶」，「升級水晶」等，現今仍有四枚在軌工作。除了性能的提升以外，KH-11的衛星軌道也和其餘「鎖眼」系列衛星大不相同。

KH-11的軌道

KH-11拍攝的建造中的基洛夫級巡洋艦

「鎖眼」系列間諜衛星的極致，莫過於在KH-11基礎上改進的，有可能編號為KH-12的「迷濛」間諜衛星。「迷濛」衛星確認有兩次發射，分別在1990年2月28日由亞特蘭蒂斯號太空梭和1999年5月22日由泰坦IVB火箭發射，大量旁證顯示2012年6月28日由德爾塔IV型火箭發射的代號NROL-15的負載為第三顆「迷濛」間諜衛星。

神秘的NROL-15任務徽章

根據部分泄密的資料，「迷濛」有兩點特別之處。和以往所有的位於近地軌道範圍內的光學間諜衛星不同，「迷濛」的三次發射均把衛星送到了軌道高度是國際空間站105倍的地球同步軌道上。雖說此軌道高度讓「迷濛」的拍攝解析度大幅度下降，但在距離地表35786千米的同步軌道上，「迷濛」衛星的旋轉速度和地球自轉完全相同，這意味著其可以對地面上同一區域進行不間斷拍攝，獲取近乎實時的情報。

「迷濛」衛星可能的構造圖，

注意前端的圓錐形罩

除了特殊的軌道，「迷濛」另一大特點在於其是第一個被NRO劃歸為「隱身衛星」的間諜衛星。由於和地表旋轉同步，地面上的雷達和光學器械也可觀測到「迷濛」。部分泄密信息顯示為了不被發現，「迷濛」在朝向地表端安裝有圓錐形罩子用以折射雷達的電磁波，同時衛星體使用了能吸收高達99.965%可見光的碳納米管黑體材料，使得除鏡頭和太陽能電池板以外的整個衛星呈絕對黑色，因此地面上的光學觀測裝置幾乎不可能發現衛星的存在。

KH-11在科索沃戰爭空襲前所攝

位於貝爾格萊德的塞爾維亞軍隊總部

幾乎沒有人會認錯的太空望遠鏡，其形狀其實完全繼承自間諜衛星

更為有趣的是現在對KH-11及其後續發展型間諜衛星的信息，除了NRO公開的資料以外，便是來自NASA公布的在2011年8月接收的兩枚NRO捐贈的間諜衛星資料。由於科技的進步，NRO認為原本用作發射失敗備份的兩枚早批次KH-11衛星已經過時，於是將其捐贈給正好卻少經費建造新太空望遠鏡的NASA使用。儘管這兩枚待在倉庫里的衛星早已拆除了感光耦合組件和電子設備，但NASA的工程師在研究完沒有拆除的光學鏡片組件後，認為這些組件依然非常先進（請注意「依然」兩個字，有媒體稱這批捐贈的衛星光學鏡片研磨時，蘇聯還未解體，也就是說這批鏡片在倉庫內已經放置了將近30年），並計劃將其改裝成即將發射到地日第二拉格朗日點的廣域紅外探測望遠鏡（WFIRST），用以觀測暗物質和尋找類地行星。KH-11「迦南」間諜衛星的強大性能可見一斑。

NASA計劃中的點的廣域紅外探測望遠鏡

龐大的「鎖眼」天網隨著2013年8月28日的USA-245發射而宣告完成，KH-11系列的實際造價也終於浮出水面。根據NRO在2014年4月發布的報告，最後兩枚KH-11間諜衛星總共價值50億美金，這意味著這兩枚衛星比一艘尼米茲核動力航母還要貴5億美金。這便是為了監視全球而造的「鎖眼」天網的價格，或者說，這便是偵查目標，收集情報，獲取信息的價格。

光學薄膜材料

隨著「鎖眼」天網的結束，新的「天網」已提上日程，美國國防高等研究計劃署（DARPA）正在研發光學薄膜間諜衛星（MOIRE）。鑒於衛星拍攝清晰度受到第一級鏡片大小制約，而難以摺疊的第一級晶體鏡片又受到火箭發射空間的制約，MOIRE衛星將採用光學薄膜為第一級反射鏡。在發射時大幅度摺疊的光學薄膜可在入軌後展開成直徑20米的超大鏡面，屆時MOIRE會以接近甚至超過KH-11「迦南」的解析度，和KH-12「迷濛」一同在地球同步軌道進行間諜任務。

「鎖眼」龐大的光學監視天網，將會在未來由另一批衛星構築編製，繼續著那不存在的間諜任務。

「鎖眼」系列間諜衛星全家福

（全文完）

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