美军地基空间态势感知系统的现状与趋势
郝雅楠 陈 杰 祝 彬 王阳阳 / 文
当前，美军空间态势感知装备体系经历了50多年的发展，在体系完整性、技术成熟度、投资规模等方面具有明显优势，逐步具备了“天地一体、全球覆盖、高低轨兼顾”的空间态势感知能力。在最新发布的2018版《空间联合作战条令》中，美军将空间态势感知能力作为太空作战十大能力之首，进一步彰显了空间态势感知装备建设的重要意义。美军空间态势感知装备包括地基和天基空间态势感知系统。这里着重从主要任务、发展历程、性能指标、部署情况等方面研究美军地基空间态势感知系统的现状与趋势。
地基空间态势系统总体概况
目前，美军运行着约30部地基空间态势感知系统，这些系统广泛遍布于美国本土、英国、挪威、大西洋、印度洋、太平洋等多个地点。根据工作方式和工作平台不同，地基空间态势感知装备主要分为地基雷达系统和地基光电系统。其中地基雷达系统又进一步分为机械雷达和相控阵雷达。
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机械雷达部署情况与能力
机械雷达在观测近地天体轨迹方面非常精确，但其一次只能追踪一个物体，不能非常有效地“搜索”目标。为提升搜索能力，一些机械雷达改进了雷达波束的移动模式。目前，美军主要的机械雷达如表1。
其中，C波段空间目标监视雷达探测距离达11000km，每天可准确跟踪约200个目标，还可鉴别卫星及其轨道的潜在异常。作为美军在南半球部署的首个空间目标监视系统，C波段地基雷达可提供非常准确的卫星位置数据和特征描述数据，能够更早探测到飞经覆盖区域上空的空间目标，更准确地跟踪空间碎片和亚太地区空间发射活动，大幅提升了美军对亚太地区空间目标的探测跟踪与识别能力。
表1 美军主要的机械雷达
地基电光望远镜依靠被跟踪物体反射的光波来形成图像，因此需要被跟踪物体处在阳光下且具有反射属性。目前，美军部署的主要电光望远镜如表3。其中，空间监视望远镜预计将于2020年实现初始运行。
相控阵雷达部署情况与能力
相控阵雷达通常有数千个小型发射/接收（T/R）天线，可以同时形成多个波束来跟踪多个目标，分别执行搜索、跟踪、识别、制导等多种功能。同时，相控阵雷达对复杂目标环境的适应能力强，抗干扰性能好。但相控阵雷达也存在建设成本高、维护复杂等缺点。目前，美军部署的主要相控阵雷达如表2。其中，空间篱笆预计将于2019年实现初始运行。
限幅机构是一种安装在钻具轴向中间位置的定点解锁外部支撑装置[17]。如图3所示，限幅机构在钻取采样过程中的动作时序主要包括：1)飞行工作阶段钻杆限幅；2)浅层钻进阶段钻杆扶正导向；3)解锁触发；4)深层钻进阶段避让钻机；5)抵达预定钻进深度。
表2 美军主要的相控阵雷达
铺路爪相控阵雷达
按最初计划，“空间篱笆”系统拟通过全球分布的3个S波段相控阵电扫描雷达，对近地轨道和中地球轨道目标进行监视，并对优先级高的目标进行跟踪测量。3个布站地点分别位于：太平洋夸贾林环礁、澳大利亚西部哈罗德.霍尔特海军基地，以及南大西洋英属阿森松岛。其中，夸贾林环礁场站部署的首部“空间篱笆”雷达安装工作于2017年4月由美空军启动，2018年底完成“空间篱笆”夸贾林雷达站安装及“空间篱笆”美国空间操作中心的整合测试。后续“空间篱笆”雷达站选址和部署数量将根据夸贾林站探测效果等因素综合确定。
埃格林相控阵雷达。 是唯一专门用于跟踪空间物体的相控阵空间监视系统，方位角达120°，探测距离超过40424km，可跟踪近地轨道附近0.1m大小的目标，可探测低轨道上接近95%的物体；可同时跟踪深空中0.3m大小的目标。埃格林相控阵雷达建于20世纪60年代中期，1969年初开始运行，是最早的相控阵雷达之一。早期，埃格林相控阵雷达的主要任务是潜基弹道导弹预警，在1987年改为专用空间态势感知设备。该雷达虽建造较早但设计独特，至今仍然发挥着重要作用。埃格林相控阵雷达位于佛罗里达州埃格林空军基地，由美国空军航天司令部第21空间联队下的第20空间监视中队运营。
新一代“空间篱笆”系统
其次，环保限产的政策压力可谓全年贯彻到位，尿素行业下半年整体开工率仅维持在53%-55%的水平，综合以往国内尿素表观消费量分析，市场供求基本处于平衡或略微过剩的环境下。导致大多数经销商逢涨必追，促使尿素涨跌交替的频繁出现。
2)听障类微课重视听障学生语言康复及生活心理教育的较多，针对培养听障学生信息素养能力，培养他们在现代信息技术手段的协助下康复训练、发表观点、交流感情、沟通合作以及解决日常生活、学习中实际问题的能力，形成与信息社会相适应的价值观与人生观的较少。
地基光学深空监视系统。 在追踪距离地球10000km～45000km的深空轨道物体方面发挥着至关重要的作用。该系统可以跟踪32000km以外篮球大小的物体，只能在夜间使用，能够检测比人眼感知亮度低10000倍的物体。与其他光学系统一样，该系统的运行效果受到云层和当地天气条件影响。20世纪80年代以来，地基电光深空监视系统一直是美国战略司令部空间态势感知任务的重要组成部分。多年来，该系统经历了几次翻新和升级，其中最重要的升级是2005年增加了“深空凝视”相机。这次升级为地基电光深空监视系统提供了世界上最精确和最灵敏的光学望远镜。地基电光深空监视系统由第21空间联队第20空间控制中队所属的三个支队进行运行控制，这三个支队分别是位于新墨西哥州索科罗的第1支队、位于英属印度洋领地迪戈加西亚岛的第2支队和位于英国菲林代尔斯皇家空军基地的第3支队。每个工作站有三个望远镜：两个主望远镜和一个辅助望远镜。主望远镜孔径约为1.0m，视场角为2°；辅助望远镜孔径约为0.4m，视场角为6°。该系统获取的观测数据可以即时传送到第21空间联队第18空间控制中队。
新一代“空间篱笆”系统是世界上最大的S波段单基地相控阵雷达，采用调频脉冲信号，频率为2～4GHz，可对中、低轨道高度目标进行探测，最佳状态可跟踪低地球轨道1cm大小的空间目标。该系统每天可探测150万次，探测目标数量为20万个。部署于低纬度地区，可实现对全部轨道倾角的低轨目标的跟踪与编目。
弹道导弹预警系统。 主要向美国和加拿大提供的洲际弹道导弹预警和评估，向欧洲提供潜基弹道导弹、洲际弹道导弹预警和评估。同时，其任务还包括作为空间监视网络中的兼用传感器进行卫星跟踪。部署在三个站点：位于格林兰图勒空军基地的站点1由空军第21空间联队的第12太空预警中队管理，初始运行于1960年10月，其原始设备由四个探测雷达和一个跟踪雷达组成。位于阿拉斯加州克利尔空军基地的站点2由第13太空预警中队于1961年开始运营。站点原始设备由四个探测雷达和一个跟踪雷达组成。目前，上述两个站点的探测雷达和跟踪雷达均已拆除并升级为双面相控阵雷达。该雷达系统有两个面，幅宽240°，可探测轨道高度达4828km。位于英国菲林代尔斯皇家空军基地的站点3最早由三台机械跟踪雷达组成，后来这些雷达已拆除并升级为三面相控阵雷达。菲林代尔斯站点的相控阵雷达可以在全天空范围内搜索可能的导弹威胁。
铺路爪预警系统。 主要向美国和加拿大提供潜射弹道导弹攻击预警和评估，也能用于空间监视，提供卫星跟踪数据。但这种雷达只能探测和跟踪低轨道上比较大的目标。部署在两个站点，一部部署在马萨诸塞州科德角空军驻地，由第21空间联队第6太空预警中队运营；另一部部署在加利福尼亚州比尔空军基地，由第21空间联队第7太空预警中队运营。这两个工作站都使用工作在UHF频段的双面相控阵雷达。目前，两个站点的系统均完成了预警雷达升级，其卫星跟踪数据主要发送到联合太空作战中心。
地基电光望远镜部署情况与能力
C波段空间目标监视雷达是美国专用于空间目标监视的AN/FPS-14型单脉冲蝶形机械跟踪雷达，工作频段5.4～5.9GHz。2014年，美国开始将原本部署在加勒比海的安提瓜岛的C频段雷达逐步迁移至澳大利亚西部哈罗德霍尔特海军通信站。2017年3月，美空军在澳大利亚部署的地基C波段空间目标监视雷达具备全面运行能力。
地基电光深空监视系统
表3 美军主要的电光望远镜
“空间篱笆”。 新一代“空间篱笆”是空间态势感知能力重大升级中的主要系统，旨在提高美军太空目标探测与跟踪能力，尤其是环太平洋太空活动感知能力。升级完成后，新一代“空间篱笆”将使空间监视网的目标跟踪能力提高10倍，地球同步轨道目标的跟踪量级达10cm，低地球轨道目标的跟踪量级将达到1cm。该项目包括四个阶段。2005－2008年为概念研究阶段；2009－2013年，完成项目可行性研究，项目设计和初始设计评审；2014年，进入研发阶段，空军选出洛马公司作为“太空篱笆”主承包商，建造“空间篱笆”雷达样机，并在马绍尔群岛夸贾林环礁建造全尺寸雷达。预计该项目于2019年底获得初始运行能力，2022年具备全面运行能力，从而显著提升美军空间态势感知能力。
莫隆光电空间监视系统。 莫隆光电空间监视系统于1998年在西班牙莫隆空军基地投入使用。MOSS系统与地基电光深空监视系统网络一起运行。MOSS系统是按照GEODSS网络要求部署在地中海，以提供连续的地球同步带度量和特征识别覆盖。MOSS系统由一个高分辨率电光望远镜和MOSS空间操作中心指挥车组成。望远镜的标称孔径为55.88cm，焦距为129.54cm（f2.3）。该相机内置一个电荷耦合器件焦平面阵列。
空间监视望远镜。 着重提升美军地基中高轨探测监视能力，是世界上最多产的地面观测工具。该望远镜具备地球同步轨道上10cm的目标分辨率，一晚能对整个地球同步轨道带进行多次观测，几个晚上收集的观测数据量相当于现有地基装备几周甚至几个月提供的数据量。2002年，美国高级研究计划局启动了空间监视望远镜立项工作。2008年，空间监视望远镜在新墨西哥州白沙导弹靶场动工建设；2013年，美国空军在白沙导弹靶场对空间监视望远镜进行了试验鉴定。2016年，美国麻省理工学院林肯实验室和空军等机构联合对空间监视望远镜进行了技术升级，该望远镜初步形成作战能力并完成1000余万个空间目标探测。2016年10月，美国正式启动转移工作，将原本部署在新墨西哥州白沙靶场的空间监视望远镜转移至澳大利亚西部哈罗德霍尔特海军通信站，并在转移前完成了对望远镜相机、微弱目标监测算法及搜索速度的升级工作，预计该望远镜将在2020年完成重新组装、校准工作，届时将实现初始运行。
空间监视望远镜使用世界最快的望远镜相机快门，采用电机驱动，可快速稳定地探测高轨道目标，具有广域空间探测与识别能力，是目前世界上探测最快和最敏捷的大型望远镜。一旦部署在澳大利亚，该望远镜可有效改善美军对地球同步轨道区域目标的观测能力，增强美军对南半球及西太平洋上方广域搜索、探测跟踪空间暗弱目标及快速探测小型目标的能力，提升近实时态势感知能力。
首先,在表1中给出了f30(表1的第一行表示顶点ui(1≤i≤10)的色集合,第二行表示顶点ui(1≤i≤10)的颜色,第三行的34(4)表示顶点v1着色4,v1的关联边u1v1,…,u10v1分别着色3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,以下如此类推)。当10≤j≤30时,K10,30的6-VDET染色f30在由X∪{v1,v2,…,vj}所导出的子图上的限制显然是K10,j的6-VDET染色fj。
随着航天活动的日益增多，太空环境日益复杂，美军大力发展空间态势感知能力，升级了一批既有的空间态势感知装备，研制了一批新型空间态势感知装备，同时还加强了与民用和商业领域的空间态势感知数据的融合。预计2020年前后，美军空间态势感知将实现革命性变化，观测盲区显著缩小，太空事件提示与预警时间显著缩短，编目管理空间目标数量大幅提升，可探测精度、定位精度进一步优化，为未来太空活动提供更加有力的支持。（中国航天系统科学与工程研究院）
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