美国追求军事领域绝对防御,面对导弹技术的扩散、以及快速发展的各种电子干扰技术,不断更新的反导预警系统成为美国保持军事领先的重要手段。美国拥有全球最为齐全和先进的卫星系统,有超过50颗可以进行导弹预警的卫星。寻求绝对防御,对美国来说,就要求建立从水下、水面、地面、天空一直到太空的,遍布全球的综合立体导弹防御系统。
在弹道导弹防御领域,美国有国家弹道导弹防御/NMD和战区导弹防御/TMD两个系统。国家导弹防御系统由天基预警系统、陆海基大型雷达、作战管理、指挥控制、导弹拦截系统、大气层外动能拦截系统组成。美国的弹道导弹防御包含从近程到洲际全部的导弹。美国的导弹防御系统实际上以俄罗斯、中国为主要防御对象,在中国和俄罗斯周边,美国和北约及其盟国部署了导弹监视、跟踪的大量设备,但是这些设备的时效性和可靠性对美国来说都不够完美。特别是对中国和俄罗斯这种大国,仅靠这些设备是不够的,这也是美国大力发展天基导弹防御系统的根本原因。要有效防御首先需要做的是有效监控。其天基监控平台就是红外预警卫星,重要组成是基于红外探测器的红外探测系统,是美国现代立体战争中不可替代的重要装备。
美国的DSP(国防支援计划)系统在上个世纪60-70年代开始使用至今。DSP同步卫星误/漏报率高,预警时间少的问题一直得不到改善,对监控飞行中段的导弹、中近程弹道导弹的能力有限,而且信息系统也有传输和协作的问题。
因此,美国新的SBIRS(天基红外系统)是满足2030年前需求的系统。在美国的设想中,天基红外系统是包括地球静止轨道,大椭圆高轨道,圆形低轨道三种轨道卫星,应用各种波段的传感器,构成一个全时空无缝连接的探测网。才能有效的支持国家和战区导弹防御。
SBIRS计划从1992年开始一直持续到今天,包括了空间段和地面段两部分,空间段设计有SBIRS-LOW(低轨卫星星座),SBIRS-GEO(同步轨道卫星星座),SBIRS-HIGH(高轨道卫星星座),其中 SBIRS-LOW又纳入了“空间和导弹跟踪系统/SMTS”,SBIRS-HIGH则放进赫赫有名的“战区高空区域防御/THAAD”计划。在SBIRS的设计中,系统利用DSP卫星对导弹发射进行粗略监控,由SBIRS-HIGH进行发射位置定点详查,系统对导弹进行跟踪和测算弹道轨迹。在SBIRS的计划中,还有很多附属的子系统发展计划,简单来说有提高DSP卫星数据速度的“战区空袭和发射预报”计划、“高水平先进红外探测器”计划(眼镜蛇响声计划)、移动地面站计划(联合战术级地面站计划),所以说SBIRS计划是当今世界规模最大、技术最先进的导弹预警系统。在SBIRS的系统设计目标中,不但有导弹预警,还有导弹防御策略支援、目标技术情报支援、战场态势实时监控、战区信息支援等等功能,不但能够对导弹导弹进行全程跟踪,还能对飞行在中段的导弹进行探测识别、跟踪,最后引导拦截弹拦截目标。
SBIRS-LOW卫星可跟踪弱红外信号弹头
2001年,五角大楼对SBIRS进行了重新调整,SBIRS-LOW系统从美国空军转交给国家弹道导弹防御局,命名为STSS(太空跟踪与监视系统),这样国家导弹防御局就有全部三种SBIRS的控制权。SBIRS-LOW计划是目前美国久攻不下的项目,从1995年至今,第一颗试验卫星在2002年发射成功,2004年提供服务。SBIRS-LOW系统设计发射24颗1吨的小卫星,这些卫星的灵敏度要远高于现有DSP卫星,到2009年才发射了两颗新平台的小卫星;而SBIRS-GEO方面,2011年发射了第一颗由洛克希德A2100卫星平台设计的GEO-1卫星,设计寿命12年,重量约为4.5吨,设计发射4颗。由于SBIRS计划投资大、项目风险大,推进中问题不断,目前只部分完成。
SBIRS(天基红外系统)执行作战空间特征、导弹预警、导弹防御、技术情报侦察等任务。设计采用独特的先进的红外探测器,在高、低轨道卫星上都配置“扫描”、“凝视”两种可以协同工作的红外敏感传感器。在高轨道和大椭圆轨道上的卫星上还加装紫外线和可见光探测器。这些卫星都可以同其他卫星系统联网,以扩展红外预警卫星系统的能力。
如果展开说,SBIRS-HIGH,一共两颗,采用了双波段双传感器方案,扫描速度是DSP卫星的10倍,分辨率也提高了10倍,上面的传感器可以穿透大气层,具备导弹初段探测识别的能力,而SBIRS-H还强化了对小型导弹的探测能力,还弥补了之前说过在南北极顶端的盲区。我们叫SBIRS-H为天基红外系统接力赛的第一棒,它要跑完全程不断接力给低轨道SBIRS-LOW卫星,不断把预警信息传给地面站和控制中心,对发现的目标只需短短10-20秒就能发送预警信息。
红外预警卫星作战图(红、绿、蓝表示导弹飞行段)
SBIRS-LOW卫星主要用于捕获、跟踪飞行中段的弹道导弹、分辨真假弹头,更主要的是为拦截弹提供目标位置诸元和超视距指导,增加拦截导弹的防御区域。SBIRS-LOW是相当庞大的规划、计划发射24-30颗卫星、每颗卫星设计寿命10年。卫星一般会先从地平线/海平面以下开始上升逐步扫描探测,一旦探测到导弹目标的尾焰就交给SBIRS-H进行全过程跟踪,通过4颗SBIRS-LOW的协同工作,实现对导弹弹头的精确定位,争取在弹头进入陆基海基雷达范围内之前引导发射拦截弹,这样能够做到多层拦截,提高拦截率。SBIRS-LOW的探测区域比DSP扩大了2-4倍,除此之外SBIRS-LOW还能对冷目标进行探测,分辨弹头、弹头母仓、轻重光学雷达诱饵的能力。对真伪目标探测是SBIRS-LOW的一个很重要的功能,但原理还是对目标的温度进行测算,加上对目标体积面积的测算,区分目标大小,区分目标是弹头还是碎片。
SBIRS是美国新一代天基红外预警系统,其卫星分辨率高得多,还可以透过云层监控,不但在导弹点火就可以探测到,而且增加了探测范围,甚至可以对目标进行分离速度、旋转、滚动情况进行测算。天基红外预警系统因可靠性原因还不能代替陆基雷达,但是如果没有SBIRS,地面雷达就存在盲区,探测距离也有限,进一步失去中段拦截能力。
不同高度的预警卫星和攻击手段
在地面站方面,天基红外系统主要任务控制站设立在科罗拉多州奥罗拉巴克利空军基地,备份站在科罗拉多州的普林斯空军基地。
目前已发射的美国新一代天基红外预警系统的卫星有全部的2颗高轨卫星,大部分的同步卫星,小部分低轨试验卫星:2006年SBIRS-H1发射;,SBIRS-H2发射;,SBIRS-LOW替代计划ATRR试验卫星,ATRR-1发射;,ATRR-2发射;,SBIRS-G1发射;,SBIRS-G2发射;2017年SBIRS-G3和