1.7 国外空间目标探测系统的发展

随着航天技术的发展，空间在政治、军事、经济等领域的战略地位日益提高。在以信息战为核心的未来高科技战争中，空间将发挥越来越重要的作用。不论是在和平时期还是在未来高科技战争中，“制天权”将成为争夺军事优势的重要手段。空间目标探测和识别是达到这一目的的重要技术手段之一。发达国家非常重视该技术的发展，努力达到和平时期和战时能够实时对空间目标进行监视、跟踪和识别，掌握和实时提供空间目标态势，必要时对危险空间目标作出反应，以便在未来高科技战争中掌握主动权。

目前，最先进的空间目标探测系统还是冷战时期美苏两国为监视敌方导弹进攻和侦察卫星而建造的地基跟踪系统。在两大系统中共有五十多部雷达及各种光学和光电探测器，平均每天进行15万次观测，以保持对约一万个空间目标的跟踪。

目前，编目的空间目标数大约是16 000个左右，这些编目空间目标的观测数据和轨道参数均来源于美国战略司令部的SSN。SSN对LEO上尺寸为10cm左右的空间目标、GEO上尺寸为1m左右的空间目标进行例行监视。监视任务包含常规检测、确定来源、特性分析及轨道参数计算。这些任务主要由地基雷达（主要针对LEO目标）和光学望远镜（主要针对 LEO 以上的目标）完成。美国的地基 SSN 所属传感器的地理分布如图1.21所示。除了美国以外，只有俄罗斯也有类似的空间监视系统，它编目的空间目标数约为6000个。由于俄罗斯的SSS传感器主要分布于较高纬度及有不同的检测门限， SSS编目的空间目标数比美国大约少30%。此外，法国也有一个试验型的空间监视系统——双基地 Graves。该系统只编目了 LEO上大于等于 1m的目标，编目总数约为2500个。

除了完成日常空间监视任务的传感器（SSN和SSS）以外，还有一些传感器对编目目标进行跟踪以获得更高精度的目标参数，如美国的Millstone Hill和Goldstone雷达、德国的TIRA雷达、法国的Armor雷达。此外，传感器还可以得到待编目、小尺寸目标的统计信息，如美国的Haystack和Goldstone雷达、德国的TIRA雷达、欧洲的EISCAT雷达网及ESA的空间碎片望远镜。

1.7.1 地基雷达系统

为了进行例行观测，美国的SSN使用了3类空间探测传感器：①属于美国国防部所有、专门用于空间监视的传感器，称为“专用空间监视系统”；②属于美国国防部所有、主要任务不是用于空间监视但可以用来担负空间监视任务的传感器，称为“兼用空间监视系统”；③属于其他机构所有、可以用于空间监视的传感器，称为“可用空间监视系统”。除了光学空间监视系统（包括4个GEODSS及两个比较陈旧的贝克-朗恩望远镜），属于SSN的专用空间监视系统还有佛罗里达的Eglin单面相控阵雷达、挪威的GlobusⅡ雷达、电磁篱笆NAVSPASUR。兼用空间监视系统有弹道导弹早期预警系统（BMEWS）的雷达网、相控阵雷达预警系统（PAWS）的雷达网及“丹麦眼镜蛇”雷达。BMEWS雷达分别位于格陵兰岛的Thule（图勒）、阿拉斯加的Clear（克利尔）和英国的Fylingdales（菲林代尔斯）。PAWS雷达分别位于马萨诸塞的Cape Cod、加利福尼亚的Beale和佐治亚的Robins。可用于空间监视系统的传感器中，最重要的是麻省理工学院林肯实验室的“磨石山”/“干草堆”雷达，该雷达包含两个抛物面天线。SSN传感器由夏延山（Cheyenne Mountain）的USSTRATCOM负责，此外在弗吉尼亚的Dahlgren还有一个备份控制中心。

1）美国空军Space Track系统的AN/FPS-85空间目标探测相控阵雷达

AN/FPS-8 5 雷达是一部由计算机控制的大型空间探测多功能相控阵雷达，建于20世纪60年代（如图1.17所示）。该雷达主要用于空间目标（卫星等）的探测，完成空间目标探测、跟踪、识别和编目，也兼负对潜射弹道导弹的预警，同时也是弹道导弹防御系统中最重要的目标信息提示源。它对空间目标的探测距离可达 5600km乃至7000km。

AN/FPS-8 5 雷达平均每天进行 5 0 000次跟踪，是 SSN主要的 LEO空间目标跟踪数据来源。SSN跟踪数据的另一个主要来源是战略司令部的电磁篱笆 NAVSPA-SUR。电磁篱笆NAVSPASUR的主要任务是空间目标检测和相关，采用的原理是干涉三角法，每天可以进行 30 000 次检测。NAVSPASUR的检测门限与 SSN的其他专用传感器的跟踪能力一致，新检测出的目标送往跟踪雷达或望远镜以确定更精确的轨道数据。

2）AN/FPS-108“丹麦眼镜蛇”（Cobra Dane）相控阵雷达

AN/FPS-108“丹麦眼镜蛇”相控阵雷达是美国空军为获取前苏联向堪察加半岛发射洲际弹道导弹的试验数据及为空间目标探测和跟踪、弹道导弹早期预警而提出的一项雷达工程研制计划。1973年开始由Raytheon公司进行研制，1977年投入工作，设置于离前苏联大约500km的谢米亚岛上。它是构成美国Space Track系统中的关键雷达设计，采用了多项先进相控阵雷达技术。它采用了脉冲宽度为1000μs、带宽为200MHz、脉冲重复频率为30Hz的宽带探测波形，以获取、分析、识别前苏联远程弹道导弹试验数据，并采集再入大气层时弹头和碎片等的目标信号特征数据、目标形状和尺寸数据，实现（执行）有关的数据关联，进行目标的分类和识别等。

该雷达进行情报收集和战略预警时的作用距离为3600km，空间目标探测和跟踪距离为135～4600km，在对远距离目标探测测量中具有较高的目标距离分辨率[约为2.5ft （1ft=0.304 8m）的距离分辨率]。它能对100个目标中的20个进行搜集，战略预警时能同时跟踪200个空间目标，空间跟踪时能在30s之内处理完300个已知目标的空间数据和200个未知目标的空间数据。这种用于洲际弹道导弹和卫星预警探测的相控阵雷达自建立以来，对前苏联的弹道导弹发射试验进行过千余次的观察。

3）AN/FPS-115“铺路爪”（Pave Paws）导弹预警相控阵雷达

AN/FPS-115相控阵雷达是潜射弹道导弹目标预警雷达，同时也具有对空间目标跟踪的功能。随着“侏儒”（Midgetman）弹道导弹、“爱国者”（Patriot）导弹、海对陆攻击潜射“战斧”（Tomahawk）弹道导弹研制的成功，1976年美国Raytheon公司开始AN/FPS-115相控阵雷达的研制和建造。该雷达主要用于监视前苏联SS-N-8、SS-N-20、SS-NX-23潜射弹道导弹和SS-NX-21潜射巡航导弹及ST-1至ST-4洲际弹道导弹，负有潜射弹道导弹预警和空间目标监视的双重任务。

该两面阵相控阵雷达工作于400～450MHz的频率，具有检测、跟踪和识别多目标的能力。它能准确地测量出弹道导弹目标的弹发点、弹着点及目标的空间坐标位置和速度矢量信息。

属于BMEWS的图勒、克利尔、菲林代尔斯3个空军基地的新型空间探测相控阵雷达，都是AN/FPS-115的改型。图勒站是两面阵的，而菲林代尔斯站是三面阵的相控阵雷达，而且许多雷达参数都作了新的改进。这些雷达都具有弹道导弹早期预警和空间探测能力及精确的多目标跟踪能力，而且还能对小型核弹头多目标进行探测和跟踪。菲林代尔斯站将改善核弹头对北约（NATO）诸国攻击的预警，也可改善SLBM（海上发射弹道导弹）对北美的攻击和对空间目标探测的能力。

BMEWS中空间探测相控阵雷达的T/R组件和工作频率与AN/FPS-115相控阵雷达相同之外，其阵列单元（有源单元）为2560个，雷达的峰值功率为850kW，平均功率为255kW，波形的占空比为30%，比AN/FPS-115雷达的占空比增加5%。

4）林肯实验室的“磨石山”雷达、“干草堆”雷达和“干草堆”辅助雷达

在SSN的可用传感器中，林肯实验室的“磨石山”（Millstone Hill）雷达、“干草堆”雷达（“干草堆”远距离成像雷达或称为Haystack雷达）和“干草堆”辅助（HAX）雷达是对空间碎片研究最感兴趣的。Haystack雷达天线为 36m的抛物面天线，工作于 X波段（10GHz），3dB波束宽度为0.058°，平均功率为0.4MW。HAX雷达也是一部X波段雷达（16.6GHz），天线为12.2m的抛物面天线，3dB波束宽度为0.1°，可以检测到2cm的空间目标。Haystack雷达可以检测到6mm的物体，可以跟踪轨道高度为900km、小于5cm的目标，例如，Haystack雷达曾经跟踪并确定了RORSAT卫星泄漏的钠化钾冷却剂颗粒；应用合成孔径雷达成像技术，可以用于确定空间目标的特性，成像分辨率可以达到分米量级。加利福尼亚的 Goldstone 雷达位于北纬 35.24°，是双基地 X 波段雷达（8.5GHz）。Goldstone雷达发射天线阵面口径为70m，波束宽度为0.03°，接收天线阵面口径为34m，与发射天线的距离为497m。Goldstone雷达可以探测 LEO上 2mm的目标。由于Haystack雷达是单脉冲体制，因此在提取RCS信息方面，Haystack雷达优于Goldstone雷达。

俄罗斯和法国、德国的地基空间目标探测雷达系统详见第9章。

1.7.2 天基系统

美国空军认为在其现在最优先的使命中，控制太空很快将与控制天空具有同等的重要性。美国在战争中一直依靠空中优势，现在也必须要依靠空间优势。而要取得空间优势，空军必须着手提高和扩展其对太空态势的感知，并使其在保护和保卫美国的卫星方面变得更具能力。

美国SSN的设备系统几乎都是地基系统，到目前为止还没有主要使命是监视卫星的任何空间系统。但也不能说美国就完全没有天基空间目标探测能力。1996年发射的中段太空实验卫星（MSX）上安装的天基可见光（SBV）传感器到目前为止仍处于良好的工作状态，已经成为SSN对地球同步轨道目标实施监视的重要设备。正在研制中的天基红外系统（SBIRS）据报道将具有某种探测空间目标的能力。美国计划中的天基空间监视（SBSS）系统，最终形成由4～8颗卫星组成的星座，使其成为SSN的基础。