太空鷹眼，聊聊美國的天基紅外預警衛星

軍情 08-13

和紅外線有關，一定要先膜拜一下赫歇爾爵士！

威廉.赫歇爾爵士，恆星天文學之父，他發現了天王星和紅外線

弗里德里希·威廉·赫歇爾爵士（Friedrich Wilhelm Herschel，1738年11月15日—1822年8月25日）是人類歷史上最會數星星的人，沒有之一。他早年從漢諾威逃難到了英國巴斯，白天當音樂家，夜裡用他親手磨製的天文望遠鏡尋天觀測數星星，尋天觀測是比和尚打坐還辛苦，要坐在望遠鏡前一動不動N多天，連吃飯都要他妹妹喂，他一顆一顆數星星，終於在1781年3月13日發現太陽系的第六顆行星天王星，改寫了千百年來人類只知道太陽系有金木水火土五顆行星的歷史。

除了在天文學方面的豐碩成就，威廉·赫歇爾也研究光學，他用稜鏡把太陽光分解成彩色光帶，用溫度計去測量光帶中不同色光所包含的能量。·1800年一次偶然的機會，他發現放在光帶紅光外的溫度計，比室內其它溫度計的指示值都要高，經過反覆驗證，位於光帶最邊緣處紅光的外面還有看不見的熱線，赫歇爾宣布，太陽發出的光線中除可見光外，還有一種人眼看不見的「熱線」，這種看不見的「熱線」位於紅色光外測，因而叫做紅外線。

視頻，偉大的天文字家威廉.赫歇爾爵士簡介

任何有溫度的物體都會發出紅外線，彈道導彈其實就是受控的大號火箭，起飛的時候必然發出強烈的尾焰，輻射出豐富的紅外線特徵，所以利於衛星進行紅外早期預警，是彈道導彈預警的最重要手段。

DSP天基紅外預警衛星

劍拔弩張的冷戰時期，為了防備前蘇聯的彈道導彈，美國從1960年2月份到1966年10月份，發射了12顆早期導彈紅外預警衛星，就是紅外預警衛星的發端。隨後，美國實施國防支援計劃，從1970年11月到2007年11月，發射了23顆DSP天基紅外預警衛星。

DSP天基紅外預警衛星，圖片來自小火箭，此處鳴謝

DSP衛星在很高的地球同步軌道上飛，用廣角紅外感測器，每6分鐘掃描一次地球。

DSP天基紅外預警衛星常用頻段

天基紅外預警衛星主要工作2.7μm、4.3μm和6.3μm波段上，這樣充分利用大氣層的過濾效果，減少火災、煙花之類的誤報警，不過等導彈飛出了1.5萬米的稠密大氣層，在天基紅外衛星眼中，就是祼奔，很容易發現，霧霾對抗紅外預警衛星的說法是不靠譜的。

DSP天基紅外預警衛星的實戰表現

海灣戰爭期間，許多人都看到了愛國者導彈大戰飛毛腿的影像，但實際上，幾乎所有的早期預警都是由DSP衛星提供的，而且當時美軍曾經吹噓過，DSP天基紅外預警衛星多次探測到伊軍發射的薩姆-2防空導彈的發射信號。

DSP天基紅外預警衛星儘管表現合格，但也存在著系統日益老化的問題，而且預警時間還不夠，只能DSP天基紅外預警衛星只能探測穿透雲層後彈道導彈，以7000米高度為例，彈道導彈已經是發射後44秒，再加上20秒延時，攔截彈最快只能在64秒後發射，無法攔截固體燃料洲際導彈，對助推段短程彈道導彈也無法實現助推段攔截。

於是從上世紀九十年代末，美國開始開發第第二代天基紅外預警系統，並被列為最優先順序空間項目，命名為SBIRS天基紅外預警系統，目前已耗資125億美元以上。

SBIRS天基紅外預警系統

SBIRS天基紅外預警系統衛星

以防禦洲際彈道導彈來說，SBIRS衛星比現有的DSP衛星敏感得多，可以可以透過雲層監視，在導彈一點火發射即可探測到，同時探測範圍也有質的增強。

SBIRS天基紅外預警系統

天基紅外系統共有約30顆衛星組成，其中2顆高橢圓軌道衛星(HEO)和4顆靜止軌道衛星(GEO)，主要用於接替DSP紅外預警衛星探測發射助推段的彈道導彈。除高軌衛星之外，還有24顆低軌道衛星，最早源自亮眼(Brilliant Eyes)計劃，主要用於執行對彈道導彈飛行中段的精確跟蹤任務，並提供了將彈頭從誘餌和彈體碎片中區分出來的識別能力，並可直接向攔截彈提供目標引導數據。天基紅外系統的高軌道和低軌道部分合作提供了覆蓋全球的探測跟蹤能力。

SBIRS高軌衛星採用的掃描探測器採用一維陣列對地球南北半球進行掃描，探測到強紅外輻射後交由24000單元的凝視焦平面陣列進行二維跟蹤。以APS報告設定的7公里雲層高度為例，由於可以穿透雲層探測，對於固體洲際彈道，探測時間可以提前30秒，對於液體洲際導彈則提前45秒。

低軌衛星也稱空間目標跟蹤和監視系統(STSS)，採用廉價的小衛星平台，但是紅外感測器的性能也十分出色。以作為試驗的中段空間實驗(MSX)搭載的設備為例：寬視場短紅外探測器波段在1~3微米之間，口徑在50厘米以上；中長波紅外探測器波段在4~16微米之間，口徑在50厘米以上；可見光探測器波段在0.3~0.7微米之間，口徑超過20厘米。根據瑞利公式，短紅外探測器對於1500公里外的目標仍然具有3米左右的分辨能力，可以有效識別導彈尾焰。不過同樣根據瑞利公式，中長波紅外探測器在1000公里外對目標分辨能力已經大於10米，無法對2米左右尺寸的彈頭進行成像。不過探測距離要遠得多，對於300K溫度的典型目標，中長波紅外探測器具有高達30000公里的理論探測距離，即使降溫到200K溫度，也有高達7000公里的理論探測距離。

視頻，美國洛馬公司SBIRS天基紅外預警系統簡介。視頻大意，全球導彈預警監視系統，事關美帝安危，用於對中短程和洲際彈道導彈的監視，鑄就了冷戰時代的傳奇，時間在前進，新的紅外預警系統，已經在兩個高軌衛星上使用（HEO），下一步還有更高的地球同步軌道衛星（GEO）來補充，每顆衛星有兩種紅外感測器，一種是廣角的掃描式，一種是發現有情況後的看仔細的聚焦式。