紅外導彈預警衛星三足鼎立

原標題：紅外導彈預警衛星三足鼎立

作者：張 強 來源：科技日報

2013年3月19日，一枚阿特拉斯V型運載火箭發射升空，將美國空軍的SBIRS GEO-2送入預定軌道。

SBIRS系統雙軌道工作示意圖，黃色為地球同步軌道，白色為高橢圓軌道。

由火箭攝像機拍攝的SBIRS衛星投入外太空現場圖。

美國空軍天基紅外系統SBIRS GEO-2衛星太空作業想像圖。

導彈預警衛星是反導系統最重要的組成之一，沒有它，對彈道導彈攔截就無從談起。近日，美國空軍成功發射天基紅外系統（SBIRS）的第四顆紅外導彈預警衛星。美國空軍強調，這顆偵察衛星的成功發射將初期的天基紅外偵察星座發展到一個高峰，其發展與更新將大大強化美軍應對洲際彈道導彈襲擊的信心與能力。

天基紅外系統主要任務是為美軍提供全球範圍內的戰略和戰術彈道導彈預警，對彈道導彈從助推段開始進行可靠穩定的跟蹤，為反導系統提供關鍵的目標指示功能，主要用於為美國政府與軍方提供導彈預警、導彈防禦、技術情報偵察與作戰空間特徵描述。

軍事研究員蘭順正介紹：「美國空軍的天基紅外系統提供了更為強大、可靠和靈活的彈道導彈預警信息，不僅可以更早地探測到遠程和洲際彈道導彈的發射，增加了對飛行中段彈道導彈的探測跟蹤能力，還在設計之初就考慮到對中短程戰術彈道導彈的探測跟蹤能力。」

紅外技術在導彈預警上具有天然優勢

隨著隱身技術的發展，導彈和各類作戰飛機平台的雷達反射截面積越來越小，增大了無線電探測的困難。然而，此類目標運動時與空氣的摩擦和其發動機的尾焰均會產生強烈的紅外輻射，有利於紅外系統對目標的探測。不論是戰術還是戰略層次，紅外預警系統都體現了無可替代的技術優勢。

「彈道導彈發射時，火箭發動機會噴出數千度的火焰噴流，在飛行軌跡上留下長數公里、直徑數百米、溫度幾十到數百度的高溫尾氣。由於彈道導彈會一直向上飛出大氣層，所以這條高溫尾跡會一直延伸到大氣層頂端，使用紅外探測器更易於發現目標。」蘭順正說。

紅外導彈預警衛星就是利用衛星上的紅外探測器探測導彈在飛出大氣層後發動機尾焰的紅外輻射，並配合使用電視攝像機跟蹤導彈，及時準確判明導彈並發出警報。

資料顯示，最初人們選擇用雷達對來襲彈道導彈發布預警信息。由於地球是圓的，因此雷達只能發現高空目標。再者，雷達不能連續開機，而天基紅外導彈預警系統以被動方式工作，則不用考慮這方面的因素，也因此被稱為不疲憊的「哨兵」。位於太空的預警衛星不受地球曲率的限制，居高臨下，覆蓋範圍廣，能儘早發現彈道導彈或其它飛行器。從導彈發射到發動機關機，紅外預警衛星都可以進行持續跟蹤。

天基紅外系統是美國冷戰時期國防支援計劃（DSP）紅外預警衛星系統的後繼，是20世紀80年代計劃用於取代DSP系統的先進預警系統、助推段情報與跟蹤系統和稍後的早期預警系統等方案的自然延伸。

「早期DSP衛星使用短紅外和可見光探測，無法克服雲層反光的虛警問題，後來雖然演進到雙色紅外波段，但其視場和解析度都並不理想，同時對中短程戰術彈道導彈力不從心。」蘭順正介紹，「而天基紅外系統衛星的紅外平面陣列視場視野寬廣，有利於發現中短程戰區彈道導彈目標，大面積凝視陣進一步提高了對戰術目標的探測跟蹤能力。掃描平面陣紅外探測器和凝視平面陣紅外探測器的結合使用，使天基紅外系統靜止軌道衛星的探測跟蹤能力比國防支援計劃衛星有了巨大的提高。」

將有助於提升應對洲際導彈能力

在海灣戰爭美國「愛國者」反導系統大戰伊拉克「飛毛腿」彈道導彈的戰役中，美國的國防支援計劃導彈預警衛星發揮了不可替代的作用。也因此，它的後繼者SBIRS更是受到廣泛關注。

去年美軍首次進行了洲際彈道導彈攔截測試。此次成功發射第四顆紅外導彈預警衛星後，美國空軍強調，天基紅外偵察星座的發展與更新將大大強化美軍應對洲際彈道導彈襲擊的信心與能力。

蘭順正介紹，SBIRS採用雙探測器體制，每顆星上裝有掃描型和凝視型兩台探測器。高軌衛星主要用於探測助推段導彈，掃描速度和靈敏度比DSP衛星高10倍以上。它的掃描型探測器在導彈點火時就能探測到噴出的尾焰，然後在導彈發射後10—20秒內將警報信息傳送給凝視型探測器，由凝視型探測器將目標畫面拉近放大，獲取詳細信息。這種工作方式能有效增強探測戰術彈道導彈的能力。低軌衛星主要用於跟蹤在中段飛行的彈道導彈和彈頭，引導攔截彈攔截目標，與現有系統相比可將防區範圍擴大2—4倍。通過掃描和凝視兩種方式的觀測，對陸地、海上和空間導彈的發射、類型、誘餌的撒布都有一定的觀測和識別能力。

「這些探測器將按從地平線以下到地平線以上的順序工作，捕獲和跟蹤目標導彈的尾焰及其發熱彈體、助推級之後的尾焰和彈體以及最後的冷再入彈頭，實現對導彈發射全過程的跟蹤。」蘭順正指出，「其探測距離可達1萬千米左右，解析度為幾十甚至幾米。通過對導彈和彈頭彈道的跟蹤，可以獲得導彈彈頭的空間位置、飛行速度、加速度，從而根據資料庫數據進行識別判斷真假目標和導彈碎片，衛星上的處理系統將預測出最終的導彈彈道以及彈頭的落點，並及時通知地面雷達系統和反導系統，使其防禦區域擴大、能力增強。」

「隨著美國天基紅外偵察星座的不斷發展，其應對洲際彈道導彈襲擊的能力必然會相應提高。」蘭順正說。

紅外導彈預警衛星或已呈現三足鼎立

國防承包商洛克希德·馬丁公司在發射成功後表示，他們正在研製第五和第六顆紅外導彈預警衛星，以不斷提升美國天基紅外偵察星座的能力。

「SBIRS前三顆衛星GEO-1、GEO-2、GEO-3分別在2012年、2013年、2017年發射。GEO-5和GEO-6預計在2020年和2021年交付空軍，發射日期預計為2021年和2022年。」蘭順正表示，「美空軍還於2017年底發布了一份信息徵詢書，為GEO-6後的下一代SBIRS衛星徵集方案。目前的計劃是在2025—2029財年發射五顆下一代SBIRS衛星。」

實際上，除了美國之外，俄羅斯在導彈預警衛星方面的研究也比較深入。

蘭順正介紹，與美國相比，俄羅斯的導彈預警衛星計划起步稍晚。俄羅斯的導彈預警衛星主要由兩個系列組成，分別是「眼睛」和「預報」系列，其中「眼睛」系列計劃採用9顆衛星組網工作。20世紀90年代以來，由於俄新衛星的發射未能及時彌補舊衛星的退役，致使「眼睛」系列在軌工作的衛星數量大為減少，目前僅有2顆「眼睛」系列衛星在軌工作，都為2002年發射，已無法對北半球大部分國家和地區實施24小時不間斷的覆蓋，但仍然有一定的預警能力。

2016年3月科技日報上刊登的一篇文章指出，我國有「尖兵」系列偵察衛星和「前哨」系列紅外預警衛星兩大類軍用遙感衛星。據稱這是我國首次公開證實預警衛星的存在。

對此，蘭順正表示：「有關『前哨』系列衛星目前公開的資料極少，不過據推測其性能應該與美國國防支援計劃衛星相似，不及美國天基紅外系統。可以肯定，未來隨著我國反導系統的發展，天基紅外導彈預警衛星將迎來比較大的發展。」

反導攔截技術原理和難點

作者：靳科 來源：區塊鏈與AI

最近一則新聞佔據了各大媒體軍事版塊的頭條——中國成功進行了陸基中段彈道導彈攔截實驗。下面結合自己之前在航天系統的工作經驗介紹一下，介紹一下該反導攔截技術的核心內容：

一、什麼叫中段反導攔截：定義、目標

定義： 就是導彈飛出大氣層外，在大氣層外向目標區域飛行的過稱，一般稱為飛行中段。

目標：

彈道導彈在大氣層外的中段飛行的飛行高度是很高的。一般而言，中段攔截彈的攔截高度和範圍通常都在幾百公里以上。中段攔截技術所攔截的目標是針對中遠程乃至洲際彈道導彈。

二、中段反導攔截技術原理：

中段攔截導彈其實是一個小導彈，是由一個大型的助推火箭和攔截彈頭這兩部分組成。助推火箭相當於運載火箭，把彈頭送到大氣層。彈頭是什麼樣的呢？實際上，中段攔截的彈頭相當於一個小的"導彈"，不過這個彈頭在外觀上看起來與一般的導彈有所不同，因為是在外太空飛行，沒有空氣阻力，所以外型不像在大氣層內飛行的導彈那麼"講究"，不需要做空氣動力學等方面的考慮。

小導彈的結構：雖然外型有所不同，但"麻雀雖小，五臟俱全"。這個"小導彈"有動力、跟蹤、目標識別等系統，同時有自己的殺傷部分。動力系統要推動彈頭，最終瞄準目標彈；制導系統捕捉目標導彈的物理特徵，特別是紅外特徵，對它進行跟蹤、識別，引導帶有動力的彈頭和目標彈相撞，將其摧毀。

三、中段攔截武器系統的技術難點

中段攔截的武器系統就是由助推火箭和彈頭組成的，而技術難點就在攔截彈頭。由於不能做得很大、很重，因此，攔截彈頭擁有小型化的結構。同時，彈頭的飛行精度要求很高，要有很靈敏的目標捕獲的制導系統。另外，指揮系統計算機的計算能力也要很強，速度要很快。一般是FPGA+DSP+ARM技術架構，有時間可以單獨就這一塊人工智慧處理技術單獨展開。

當然，助推火箭也要有一定的要求，最好是速燃火箭，這樣才能在儘可能短的時間裡把反導攔截彈頭送入到大氣層。另外，助推火箭的控制精度要求也相當高，如果誤差超過彈頭制導系統所能捕獲的範圍，也不能達成攔截效果。

中段反導攔截是一個實戰系統

中段反導攔截系統，不僅有導彈，還要有強大的預警和監測網路，是一個實戰系統。

彈道導彈從發射到進入中段飛行的時間很短，如果想要在中段實施攔截，就要儘可能提前發現對方發射的彈道導彈，同時要在其上方進行跟蹤、計算飛行彈道，這樣才能計算出最佳攔截點，緊接著將中段攔截彈發射到攔截點的位置，釋放攔截彈頭。這樣才算完成一個完整的攔截過程。

因此，構成一個完善的中段反導攔截系統是很複雜的工程，要有強大的導彈預警監測系統，而構成這個預警監測系統的核心就是導彈預警衛星，還要輔助於一些遠程測控雷達，同時還要有高效、快捷指揮系統。

信息系統獲取的信息進入到指揮系統後，要通過計算機快速處理，為攔截段設計攔截諸元、設計攔截彈；攔截彈以足夠的精度進入到空間位置，釋放彈頭，彈頭工作，捕捉到目標彈；彈頭的推進系統推進攔截彈頭，在制導系統的制導下，精確地到達攔截目標附近，摧毀所要攔截的彈道導彈。

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