美军空间侦察发展现状与趋势分析

摘  要：      空间侦察已经成为现代化作战体系的重要一环， 是获取高技术战争制信息权继而掌握战场主动权的关键。 以美军空间侦察体系为例， 从空间光学成像侦察体系、 空间雷达成像侦察体系、 定轨空间信号侦察体系、 变轨空间信号侦察体系等方面梳理其发展现状。 结合美军运用实例， 从中心网络、 平战转换、 联合监视、 预先侦察4个方面分析其技术运用。 从异构侦察网络协同技术、 情报数据高速传输技术、 高分辨率穿透成像技术、 高精度目标定位技术4方面总结美军空间侦察关键技术。 最后， 从空间侦察卫星小型化、 侦察网络平战联合化、 侦察体系抗扰抗毁化、 侦察情报一体共享化、 情报处理决策智能化5个角度分析空间侦察发展趋势， 为未来空间侦察体系建设、 运用与发展提供参考。

关键词：     空间侦察体系； 侦察卫星； 异构网络协同； 情报共享； 高分辨率成像; 作战体系

中图分类号：      TJ760;  V19

文献标识码：    A

文章编号：     1673-5048（2024）05-0025-09

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2024.0079

0  引  言

现代化作战体系中， 侦察系统是战略C4ISR系统进行军事指挥、 重大战略决策的“耳目”系统， 是获取高技术战争制信息权的“先锋部队”。 空间侦察既承载“空天地”跨域作战思路， 同时具有全天时、 全天候、 无限制及广范围等优点， 成为作战优先抢占的战略制高点［1］。

2017年至2023年美国共发布十三条太空政策指令。 2019年美国太空军正式成立， 2020年发布首份太空条令出版物（Space Doctrine Publication， SDP）《太空力量》。 2023年， 先后发布SDP2-0《情报》与SDP3-0《作战》。

美军在现代战场对空间侦察技术深刻理解与高度重视， 本文将从美军空间侦察技术发展现状、 技术运用、 空间侦察体系关键技术与发展趋势等方面， 结合相关资料以及美军现代化战争进行梳理与分析。

1  美军空间侦察技术发展现状

从1959年美国发射世界首颗侦察卫星至今， 其空间侦察技术已经历65年发展［2］。 随着卫星技术与信息技术更新换代， 美军已建立强大、 完备的空间侦察力量体系， 侦察卫星关键指标世界领先， 光学、 雷达、 电子侦察等技术手段协调发展、 有力配合［3］。 2019年美国太空军的建立， 标志着空间领域正式成为美军现代联合作战的新战场， 其2023年发布的太空条令《情报》更将空间侦察从战术信息支援层面推向战役战略实战化层面。 表1为近年美军空间侦察相关文件。

收稿日期：  2024-05-16

基金项目： 国家重点研发计划资助（2023YFF0717400）

作者简介： 夏兆宇（2001-）， 男， 湖北十堰人， 硕士研究生。

*通信作者： 林玉洁（1989-）， 女， 山东威海人， 实验师。

像侦察体系与信号侦察体系， 三者相辅相成［5］。 空间侦

察体系的情报获取对战争的胜负乃至全球的政治、 经济、 军事、 科技产生重要影响［6］。

空间侦察体系具有先察先打、 全局共享能力， 由情报获取系统、 指挥控制系统、 信息传输系统和综合保障系统4个部分构成［7］。 其中， 情报获取系统是基础， 指挥控制系统是核心， 信息传输系统是纽带， 综合保障系统是后盾［8］。 图1为空间侦察体系示意图， 包含信息侦察、 信息传输、 信息分发、 信息处理四个环节。

在信息侦察环节， 通过卫星侦察监视网络， 针对不同侦察目标将各种类型侦察卫星在轨道、 周期、 覆盖范围、 信息清晰度等方面进行科学合理编配， 从而协调整个侦察卫星网络的侦察活动。 在信息传输方面， 发展“指挥+中继”战术模式， 直接由战场指挥员进行信息调度， 提高侦察时效性。 在信息分发方面， 美军采用联合战术信息分配系统（Joint Tactical Information Distribution System， JTIDS）完成实时信息分发， 最大限度满足情报用户需求［9］， 最大化空间侦察效益， 提高C4ISR系统多功能条件下灵活性与多源信息条件下可靠性。 在信息处理方面， 战略、 战役、 战场三个维度信息融合， 分别通过各类空间侦察情报信息融合、 空间侦察与常规侦察情报信息融合、 军用情报与民用情报信息融合等方式处理信息， 获取海量空间侦察信息。 4项信息侦察环节环环相扣， 与4个空间侦察体系组成部分相结合， 构建具有“全球信息优势”的空间侦察体系。

1.1  空间光学成像侦察体系

空间光学成像体系利用卫星搭载光电遥感器， 对地面重要目标， 如机场、 交通枢纽、 码头、 军事要塞和工业基地等战略目标进行拍照， 以研判战场动向与军事信息。 空间光学成像侦察体系主要由光学成像侦察卫星完成， 利用光学、 光电成像遥感器获取目标图像信息［10］。 在各类成像侦察体系中， 光学成像侦察体系使用的卫星发展较早、 发射数量多， 技术也较为成熟［11］。 美军光学成像卫星体系主要以图2所示的“锁眼”（KeyHole）系列为主， 从1959年发射第一颗光学侦察卫星KH-1以来， 共发射六代不同性能的成像侦察卫星［12］。

第一代“锁眼”卫星将普查与详查功能分离， 以胶片返回型卫星为主。 第四代侦察卫星KH-9“大鸟”兼具普查与详查业务， 代表美军侦察卫星向综合型卫星发展， 同时也是侦察卫星由胶片返回型到图像传输型的里程碑。 1989年8月， 美国开始发射KH-12第六代光学成像侦察卫星， 该型卫星抛弃胶片形式， 使用大口径光学镜头， 配合电荷耦合元件相机拍摄地面场景图像， 并将图像传送给地面， 是当今最先进的光学成像侦察卫星之一。 同时， 该卫星采用自适应光学成像技术， 分辨率可达0.1 m［13］。 该卫星还加装防核效应护甲和防激光武器设备， 搭载防碰撞探测器， 提高了太空作战生存能力， 保证战时侦察的稳定性与可持续性。

即使“锁眼”光学成像卫星已经在美军战场的侦察环节起到决定性作用， 但仍具有一些不足。 一是拍摄视野狭窄： “锁眼”系列卫星主要集中在低轨道面， 每天只能飞行至某一特定地区上空1～2次， 给被侦察方提供充足的隐蔽时间， 导致再先进的“锁眼”也面临“目中无物”的窘境。 二是真假分辨能力有限： “锁眼”卫星若想具备真正辨清目标外形特征、 大小尺寸的能力， 需要进一步提高分辨率至0.01 m级， 且光学成像易受地面烟雾、 雨雪等天气干扰， 被侦察方通过投放烟雾与尘埃的方式能够极大程度地阻碍卫星侦察， 掩护军事行动与军事设施。 三是防护能力薄弱： 卫星轨道相对固定， 一旦被反卫星武器瞄准就在劫难逃。 目前反卫星武器可以对低轨道卫星实现高速精准打击， 受限于卫星体积与重量限制， 很难应对所有攻击， 一旦被袭击就会造成网络中断、 侦察失效等问题。

1.2  空间雷达成像侦察体系

空间雷达成像侦察体系通过星载合成孔径雷达， 对地面进行观测遥感， 甚至穿透部分地面物体进行侦察。 雷达成像侦察体系能够弥补光学成像侦察体系无法全天候、 全天时进行侦察的不足， 并有一定的穿透能力， 可穿透云层， 识别部分伪装［14］。 此外， 雷达成像扫描范围更广， 时间分辨率更高， 运行轨道更高， 安全性更强。

美军雷达成像侦察卫星体系以“长曲棍球”系列为主， 1988年美国发射“长曲棍球-1”卫星［15］， 开启雷达与光学成像联合侦察时代。 2005年美国发射“长曲棍球-5”卫星， 运行在712～718 km的近地轨道， 具有更强的隐身性能与雷达成像性能。 其核心部件星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）能以标准、 宽扫、 精扫和试验等多种波束模式对地面轨迹两侧的目标成像（见图3）， 既能以高分辨率对几十千米见方的小面积区域成像， 又能以较低分辨率对几百千米见方的大面积区域扫描［16］。

“长曲棍球”系列的前两颗卫星在以标准模式成像时分辨率为3 m， 以精扫模式成像时分辨率为1 m。 这虽与

KH-12号卫星上的光学成像相机0.1 m分辨率相距甚远， 但对于识别和跟踪体积较大且活动范围广阔的高机动军事装备已经能达到军方要求［17］。 后两颗改进型卫星的精扫模式分辨率被提高到0.3 m， 与KH-12卫星能力相差无几， 甚至可以对弹道导弹与伪装目标进行分辨。 表2为美军在轨空间成像侦察卫星的技术特点。

当前， 美军在空间同时部署“锁眼”系列KH-11、 KH-12卫星与“长曲棍球”系列卫星， 并联合小型卫星星座， 形成具有直观资料发布能力的情报侦察体系。 美军空间成像侦察卫星已经形成全天时、 全地形、 全范围、 全角度、 详查普查灵活结合的世界顶尖太空侦察兵阵容， 实现全球范围无死角侦察。

1.3  定轨空间信号侦察体系

对于有明确形状与明确地理位置的情报信息， 成像侦察卫星通过“看”的方式完成侦察任务， 面对无形的情报， 需要空间侦察体系通过“听”的方式进行侦察［18］。 定轨空间信号侦察体系通过固定轨道上信号侦察卫星， 对雷达信号、 导弹遥测信号等进行侦察与捕获。 该体系包含的卫星按照轨道高度不同可分为低轨道、 大椭圆轨道与地球静止轨道信号侦察卫星。

低轨道信号侦察体系主要以多数量、 自组网方式进行侦察， 定位快、 精度高， 能够频繁经过地面重点区域， 对地电子信号捕获能力较强。 美国在低轨道同时部署详查型、 普查型与特殊型侦察卫星。 1960年， 首颗低轨道信号侦察卫星“掠夺”号发射升空， 主要用于获取苏联的地面防空雷达与舰载雷达情报。 1962年5月， 美国正式列装“侦探”系列卫星， 开启空间信号侦察时代。 随后美国更新换代， 80年代中后期列装新型“孤独者”系列卫星， 在原先星载信号侦察接收机基础上， 新增红外传感器作为辅助侦察载荷， 整个星座由6颗卫星组网工作， 目前仍为美国情报部门传输截获的信号情报。

低轨道信号侦察体系虽然能够捕获大量电子信号， 但对于接收远距离传输地面信号， 则面临接收天线过大、 接收机灵敏度较低、 信号回传困难的问题。 因此， 美国在大椭圆轨道同样建立了空间信号侦察体系， 在卫星经过远地点过程中， 能够长时间观测重点区域， 侦察范围广、 监听信号多。 在大椭圆轨道上， 美军主力为“军号”系列信号侦察卫星， 卫星轨道远地点约36 800 km， 近地点约300～400 km， 倾角63°［19］， 主要任务是对全球中高纬度地区实施长时间监听。 “军号”系列卫星由3颗卫星组成， 装载有与其他卫星不同的复杂宽频带相控阵窃听天线， 并配备极高频中继系统， 实现连续信号情报侦察工作。

地球静止轨道信号侦察体作为美军常年值守型信号侦察环节， 其卫星具有轨道高度高、 侦察范围广、 时效性好等优势， 能够时刻监视固定地面区域。 20世纪90年代， 美国空军和中央情报局分别在地球静止轨道布置“水星”系列卫星与“顾问”系列卫星。 “水星”系列卫星主要用于截获通信情报， 侦听低功率手机通信信号， 并重点监视各国导弹实验数据［20］； “顾问”系列卫星则用于进行绝密监听任务， 并截获关键无线电信号， 同时具备视距微波链路能力与雷达信号侦察能力。

1.4  变轨空间信号侦察体系

变轨空间信号侦察体系通过灵活变轨的信号侦察卫星， 在空间对信号进行隐蔽灵活侦听。 随着各国反卫星手段不断成熟， 定轨空间信号侦察体系的侦察效率与能力受到削减。 步入21世纪， 美军在“集成化过顶信号侦察体系”（IOSA）的指导下， 对变轨空间信号侦察体系展开研究， 第五代信号侦察卫星“入侵者”应运而生［21］。 该卫星在传统定轨空间信号侦察体系基础上开发变轨运行能力， 能够在地球静止轨道与大椭圆轨道中相互切换， 其运动规律更难判断、 侦察范围更大、 侦察任务更为灵活。 2009年第一颗“入侵者”卫星一经投入使用， 便成为美军空间信号侦察体系核心成员。 “入侵者”卫星能够侦察监听到微弱信号， 一切开放电子通信系统发出的信号都能被截获。 同时， “入侵者”卫星融合“流纹岩”与“漩涡”系列卫星优势， 具备离散通信情报和信号情报集成能力。 美军研制的“徘徊者”系列卫星针对性更强， 其任务直接瞄准侦察、 定位、 监视重点战略目标， 变轨能力更强并具有极强隐身性能， 能够与定轨卫星联合完成更复杂的侦察任务， 是美军太空间谍的主力军［22］。 表3列出美军在轨空间信号侦察卫星的参数与任务。