谢苏明
中国社科院地区安全研究中⼼⾼级研究员
【导读】本篇⽂章编辑节选⾃《知远防务评论》No.05即将刊出的《⼤国太空对抗时代的空间安全管理》⼀⽂。2019年3⽉27⽇，印度总理莫迪在电视讲话中宣布印度是继美俄中之后第四个成功使⽤反卫星武器击中在轨卫星的国家，从⽽再次掀起⼤国太空对抗时代的波澜。这⼀事件所制造出的400余块空间碎⽚将给国际空间站的宇航员带来新的危险。虽然这颗印度卫星是在距地球300千⽶的低轨道被摧毁的，但其中有24块碎⽚正在飞向国际空间站的上⽅。由此可见，在⼤国太空对抗时代空间安全形势正在变得⽇趋严峻；拥有对空间⽬标的跟踪与监视能⼒是维护国际空间安全的重要基础；只有具备空间⽬标跟踪与监视能⼒的国家才能在未来太空竞争与对抗中拥有控制权。
对空间碎⽚的跟踪与监视
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对空间碎⽚的跟踪与监视主要依靠空间⽬标跟踪与监视系统。拥有空间⽬标跟踪与监视⼿段是实现空间控制、把握空间主动的基础和前提。空间⽬标跟踪与监视系统的主要任务是运⽤雷达探测、光电观测、⽆线电侦测和等各种技术⼿段，对空间⽬标进⾏精确探测、跟踪识别和编⽬管理，测量空间⽬标的位置、速度和结构等，获取空间⽬标的特征和图像，掌握空间活动/⾮活动⽬标类型、属性与功能，监测空间环境，判明空间威胁，进⾏风险评估，为航天活动和空间攻防作战提供预警监视信息。美国空军在《空间对抗作战条令》中提出，空间态势感知的任务包括发现、定位、跟踪、瞄准、交战和评估，并明确表⽰空间态势感知的信息使防御性和进攻性空间对抗作战成为可能，并能为各种空间活动提供保障。具体要求：⼀是能有效监视周边国家（地区）航天发射及回收活动，掌握全球范围内航天
发射试验活动。⼆是能对直径5公分以上的空间⽬标运⾏、机动、陨落等活动进⾏侦察监视，搜集空间⽬标特征，编⽬管理数⽬不少于20000个。三是能准确判明空间⽬标恶意接近、攻击与⾃然碰撞等情况，提供打击空间⽬标的选择依据和⽬标指⽰，评估反导和空间攻防作战效果。四是能监测空间电磁、太阳辐射等空间环境变化。美国国家航天局之所以能够在第⼀时间公布印度反卫星导弹试验以及产⽣的空间碎⽚信息，主要是由于美国拥有全世界最先进、最完善、最健全的空间⽬标跟踪监视⼿段和协作运⾏机制。
空间⽬标监视⼿段包括地基⼤型相控阵雷达和光电观测系统，⽤于⽬标特性测量的远距离宽带成像雷达、光学成像望远镜和红外特性测量设备，以及天基空间⽬标监视卫星。包括“专⽤设备”、兼⽤设备和协作设备：“专⽤设备”主要⽤于空间⽬标监视，“兼⽤设备”主要⽤于弹道导弹预警和情报收集等任务，同时也具备空间⽬标监视能⼒，“协作设备”包括航天测控系统和国家民⽤科研机构的⽆线电技术综合设施等。⽬前，美俄空间⽬标监视系统共有50多部雷达及各种光学和光电探测器，每天平均对不同⾼度空间⽬标进⾏15万次观测，保持对约1万个太空物体的跟踪与监视。
地基监视雷达主要包括地基L波段空间⽬标监视和Ku波段成像雷达。⽤于对空间⽬标探测跟踪和精密定轨，对直径⼤于5公分的空间⽬标进⾏监视和编⽬管理，对航天发射活动及导弹试验进⾏侦察监视，兼顾弹道导弹预警、空间⽬标指⽰和打击效果评估。⑴L波段多功能相控阵雷达天线的波束形状、驻留时间、信号带宽和脉冲宽度可以选择控制，具有独特的波束捷变特性，具备多⽬标截获跟踪
、⾃适应和多功能等优点，能够完成空间⽬标探测跟踪、测轨、编⽬、预报和识别等多种任务。特别是有源相控阵雷达，具有空间合成功率⼤、收发损耗⼩、作⽤距离远、功率控制管理灵活、波形和扫描变化容易控制、可靠性⾼等特点，可满⾜空间⽬标侦察监视的特殊要求。⽐如，AN/FPS-85相控阵雷达，它是美国空间司令部专门设计⽤于空间⽬标监视的⼤型相控阵雷达，部署于美国南部佛罗⾥达州埃格林空军基地，可完成空间⽬标的探测、跟踪、识别和编⽬，同时兼顾潜射导弹预警任务，在美国空间发展计划中发挥了极其重要作⽤。⑵Ku波段（12－18GHZ）单脉冲精密跟踪成像雷达，具有作⽤距离远、测量精度⾼和成像能⼒强等优点，主要⽤于对低轨微⼩⽬标和中⾼轨⽬标进⾏探测跟踪和精确测量，并对重要⽬标进⾏成像，提⾼对空间⽬标的精密定轨和成像识别能⼒。Ku 波段单脉冲精密跟踪成像雷达能够探测发现5厘⽶以上低轨空间⽬标，获取重要⽬标的图像，图像分辨⼒为10-20厘⽶，能够识别卫星性质和运⾏状态。美国是⽬前该领域技术⽔平最⾼的国家，主要有ALCOR、LRIR、MMW及HAX等多部Ku波段雷达⽤于空间⽬标成像。其中远程雷达作⽤距离达36000千⽶地球同步轨道，分辨⼒为0.12⽶。HAW的中⼼频率为16GHz，带宽2GHz，距离分辨⼒优于0.12⽶。⽬前，空间⽬标监视雷达正在选⽤更⾼的⼯作频段。采⽤微波波段⾼端，如X波段、毫⽶波段等，可以使雷达获得更⾼的分辨⼒和测量精度，增强对⼩尺⼨⽬标的雷达反射截⾯积。美国1996年研制的战区⾼空区域防御系统（THADD）中的地基雷达（GBR）和夸加林岛的Ka和W波段雷达，前者作⽤距离达到4000千⽶，主要⽤于导弹预警拦截作战，后者对典型⽬标的作⽤距离可达600千⽶，主要⽤于空间⽬标监视、编⽬和识别。
光电观测系统主要包括地基⼤⼝径光电望远镜、⾃适应成像光电望远镜和深空光电望远镜，海基60公分光电望远镜，天基5～40公分光电望远镜。⽤于对中⾼轨道上的导弹预警、电⼦侦察、军事通信、数据中继等军⽤卫星及低轨暗弱⽬标进⾏光亮度特征采集，对全球范围的同步卫星进⾏观测，对卫星周围半径500千⽶内中轨和低轨⽬标进⾏成像观测。⑴⼤⼝经光学望远镜主要⽤于对⾼轨道空间⽬标及低轨微⼩暗弱⽬标的监测，并具备较强的深空⽬标甚⾄是星际轨道⽬标观测能⼒，对⾼轨卫星及空间碎⽚的监测具有重要意义。1.8⽶⼝径的光电望远镜可以观测到亮度强于20星等的空间⽬标，4⽶⼝径的光电望远镜可以观测到亮度强于24星等的空间⽬标。⼤⼝径光电望远镜的测⾓精度可达1⾓秒，对同步轨道的定位精度优于200⽶，对600千⽶⾼度低轨⽬标定位精度为5-10⽶；⑵⾃适应成像光电望远镜主要⽤于对重要空间⽬标进⾏光学成像，获取⽬标⾼分辨率图像，判明有效载荷，判别⽬标类型，判定⽬标属性和⼯作状态，及时掌握空间⽬标活动态势。由于受到⼤⽓湍流的影响，地基的普通光电望远镜⽆法对空间⽬标进⾏清晰成像。⾃适应成像光电望远镜能够通过⾃动校正消除⼤⽓扰动的影响，获取空间⽬标较为清晰的图像。2⽶⼝径的⾃适应成像光电望远镜能对亮于10星等的空间⽬标进⾏成像，分辨⼒为优于0.2⾓秒（等效为观测距离500千⽶时，分辨⼒为0.5⽶；观测距离1000千⽶时，分辨⼒为1⽶）。可对光学照相侦察卫星、雷达成像侦察卫星、部分遥感卫星、航天飞机、空间站等低轨重要空间⽬标进⾏成像。⑶深空光电监视系统⽤以监测深空⽬标，弥补空间监视雷达和卫星的不⾜。美国地基光电深空监视系统于1974年开始研制，1982年完成第⼀套设备研制，到1997年在全球先后部署5个⼯作站，分别位于新墨西哥州的⽩沙导弹靶场，印度洋迪⼽加西亚岛、夏威夷的⽑水三相点瓶>防臭鞋
西岛、西班⽛Moron航空基地和韩国⼤邱，后因天⽓条件差⽽关闭了韩国⼤邱站。地基光电深空探测系统每个站配置3台⼤视场望远镜（2台主望远镜、1台辅助望远镜）、⾼灵敏度微光电视摄像机、电⼦视频图像放⼤器、带有信号处理器的辐射计、数字计算机和控制台等。主望远镜⼝径1.6⽶、焦距218厘⽶，视场⾓2.1度，⽤于对⾼轨空间⽬标的搜索，并具有对夜空进⾏每⼩时2400平⽅千⽶的监视能⼒。辅助望远镜⼝径38厘⽶，焦距76厘⽶，视场6度主要⽤于低⾼度、⼤范围地对快速运动⽬标的搜索，具有每⼩时搜索15000平⽅千⽶的能⼒，它采⽤微光摄像技术，对空间物体反射光有良好的响应，⽩天可以观测8星等的空间⽬标，晚上可以观测16.5星等的空间⽬标。每台望远镜还有⼀台辐射计，⽤以获取空间⽬标的光学特征信息。⾃2002年起，美国国防⾼级研究计划局启动“空间监视望远镜”（SST）计划，⾸次采⽤曲⾯电耦合器件（CCD）焦平⾯阵列，主镜孔径达3.5⽶，部署在新墨西哥州⽩沙导弹靶场，可为美军提供探测、跟踪、分辨深空、微⼩、模糊⽬标的能⼒。据称，地基光电深空监视系统可监视跟踪深空轨道⾼度5500-37000千⽶之间、亮度为16-18星等的空间⽬标，提供了全球上空⼏乎全空域的覆盖，并承担了65%以上深空⽬标跟踪与识别任务。
天基空间⽬标监视系统主要搭载光学、雷达成像跟踪或电⼦侦察设备，⽤以对在空间飞⾏或通过空间的飞⾏物包括卫星、洲际导弹、空间站、航天器，以及空间失效载荷和空间碎⽚等进⾏侦察监视和跟踪识别。与地基空间⽬标监视系统相⽐，天基空间⽬标监视系统由于距空间⽬标更近，因⽽能够更准确、更及时地获取⽬标信息，弥补地基空间⽬标监视系统的不⾜。其中，低轨空间⽬标侦察监视卫星
⽤于对全球同步卫星的侦察监视和部分低轨重要⽬标的观测和近距离成像，获取有效载荷和⼯作状态等情报。通常采⽤⾼度为600-1000千⽶的太阳同步轨道，星上载有可见光探测器、成像相机和⽆线电侦察设备，能对15-16星等的同步轨道⽬标进⾏观测，也能与其运⾏位置相距500千⽶内的低轨⽬标进⾏观测和近距离交会成像，利⽤所获图像中⽬标与恒星的相对位置进⾏定位，进⽽计算出轨道参数，并将星上所获图像和⽆线电信号等数据传到地⾯进⾏处理。近年来，美国致⼒于发展天基空间⽬标监视系统（SBSS）。该计划分为两个阶段：第⼀个阶段称为Block10,⽬标是研制和部署⼀颗“探路者”卫星，替代“中段空间试验”（MSX）卫星上的“天基可见
光”（SBV）遥感器（跟踪导弹和空间⽬标，该遥感器⼯作波长为110nm-28µm，覆盖范围从紫外到超长波红外谱段，还装有CCD可见光遥感器，该卫星发射于1996年，2008年失效），提供过渡性的天基空间⽬标监视⼿段；第⼆阶段称为Block20，利⽤第⼀阶段经验和技术指导，采⽤更为先进的技术，部署由4颗卫星组成的卫星星座。2010年9⽉，美发射天基空间监视系统（SBSS）⾸颗卫星“探路者”，2011年5⽉完成在轨测试并交付美军使⽤。该星运⾏在630千⽶⾼度的太阳同步轨道，有效载荷为⼤孔径、宽视场可见光遥感器，超低噪声有效载荷电⼦设备，配有⾼度灵活的两轴万向节，在轨可编程处理器，负责控制有效载荷的功能、视线指向和数据收集。可见光遥感器由三反消像散的望远镜、对焦装置、7种备选滤光器的滤⾊轮、焦⾯装置、星上校准系统和⼀体化⽆源有效载荷冷却装置等部分组成。该卫星覆盖范围⼴、探测精度⾼，可快速精确定位并跟踪深空微⼩⽬标，具备全天候、近实时的空间态势感知能⼒，且不受地理位置和
⼴、探测精度⾼，可快速精确定位并跟踪深空微⼩⽬标，具备全天候、近实时的空间态势感知能⼒，且不受地理位置和⽓象条件限制。2014年天基空间⽬标监视系统（SBSS）第⼆阶段⽬标Block20完成后，美建成由4颗该类卫星组成的卫星星座，实现对地球轨道所有空间⽬标的实时探测和跟踪。SBSS可全天时、全天候进⾏空间态势感知，每天提供1.2万次对深空物体的观测；与地基监视系统每次只能观测⼀个⽬标不同，SBSS可同时观测多个深空⽬标，部署后空军的空间物体观测能⼒提⾼了5倍。
此外，随着微⼩卫星技术的⽇益成熟，利⽤微⼩卫星进⾏空间⽬标探测和监视也成为当前和今后⼀个时期研究的重点。美军持续进⾏空间平台⼩型化研究，美空军和国防⾼级研究计划局联合开发新型、低成本军事纳卫星。美国已发射两
颗“凝视”纳卫星，计划构建由18颗纳卫星组成的卫星星座，提⾼对空间⽬标的定位精度。美空军2017年在“快速响应空间”-5任务期间发射了⼩卫星，提供地球同步轨道⽬标监视能⼒，补充美军空间监视能⼒潜在缺⼝，并验证相关技术。此外，美空军还进⾏了“实验卫星系统”（XSS）系列试验，该卫星能对位于低地轨道上的卫星进⾏近距拍照，具有半⾃主运⾏和近距空间⽬标监视能⼒。
空间碎⽚信息的管理与利⽤护坡钢丝网
美国采取“系统分别建设管理，信息共享利⽤”的组织⽅式，综合利⽤遍布全球的由多部雷达、光学和
⽆线电设备等各类观测资源，于上世纪60年代建⽴“空间探测与跟踪系统”（SPADATS）。该系统包括空军的“空间跟踪系
统”（SPACETRACK）、陆军的“多普勒锁相系统”（DOPLOC）和海军的“空间监视系统”（SPASUR），以及弹道导弹预警系统、远程探测系统、靶场测量系统等组成。1982年美国“空间探测与跟踪系统”（SPADATS）改名为“空间监视⽹”（SSN），⾪属于美国航天司令部，主要⽤于探测外国军⽤卫星、导弹和空间碎⽚，可与国家航空与航天局所属的卫星测控⽹协同⼯作。美国空间监视⽹的信息主要由北美防空防天司令部夏延⼭空军空间控制中⼼（AFSCC）和位于弗吉尼亚州达格兰的海军空间控制中⼼（NSCC）搜集、处理、分发。空军控制中⼼是美国空间控制的主要作战指挥控制中⼼，海军空间控制中⼼作为空军空间控制中⼼的备⽤⼿段。空间控制中⼼的主要任务是：制定空间⽬标侦察监视任务计划，实施侦察监视资源调度；进⾏多元信息实时编⽬、即时信息接⼊解译、信息融合识别检验，⽣成空间⽬标活动态势；进⾏威胁判断、风险预测、危机应对和效果评估；为空间攻防、航天活动安全以及弹道导弹防御提供空间⽬标和空间环境信息⽀援；组织空间⽬标侦察监视各系统间数据通信保障，对系统运⾏情况进⾏实时监控和管理。
美国“空间监视⽹”（SSN）包括三部分装备：⼀是美国空间司令部所属的专⽤空间监视传感器，包括1部⼤型相控阵雷达（AN/FPS-85）、1部连续波雷达跟踪系统、12部光电望远镜和监视卫星等；⼆是美国空间司令部所属的兼⽤空间监视传感器，包括5部改进型弹道导弹预警相控阵雷达和4部跟踪雷达；
三是⾮美国空间司令部所有的空间监视传感器，包括部分远程跟踪和识别雷达。此外，美国空间⽬标监视系统还利⽤了弹道导弹预警系统、美国国防部的航天测控系统和国家民⽤科研机构的⽆线电技术综合设施等。⽬前，美国可以监视低地球轨道上10厘⽶、地球同步轨道上30厘⽶的⽬标，具有对绝⼤多数在轨卫星的编⽬监视能⼒。
碳海绵
美国空间⽬标监视系统分布⽰意图
空间⽬标信息处理系统是空间⽬标监视系统的信息枢纽，包括任务规划、资源调度、信息收发、融合处理、态势⽣成、情报⽣产和系统管理等要素。主要具备以下功能：⼀是能对卫星、航天器、运载⽕箭和空间碎⽚等进⾏探测跟踪、定轨预报、识别编⽬，并建⽴⽬标数据库；⼆是识别空间⽬标的国别、尺⼨、形状、运动⽅式和⽤途，计算空间⽬标的衰变，观测其落点位置和时间，分析判断其可能造成的破坏；三是为空间防御系统提供⽬标信息，引导武器拦截，评定作战效果；四是为保障本国航天器安全运⾏提供所需信息，辅助航天测控和弹道导弹预警。基本⼯作流程：①明确监视任务。根据需求变化情况，明确⽇常编⽬⽬标、安全预警⽬标、任务窗⼝⽬标和碎⽚编⽬任务；②下达⼯作计划。掌握各类探测设备状态，计算需要跟踪的空间⽬标预报，进⾏资源分析配置和任务分配，向系统各单元下达空间⽬标探测和跟踪计划；③组织跟踪监视。指导系统各单元根据计划安排，解析预置引导数据，搜索捕获⽬标，进⾏连续测量，获取⽬标数据并在本地存储；④汇总⽬标数据。空间⽬标信息处理中⼼定时采集系统各单元发来的⽬标数据，进⾏格式检查，及时存⼊数据库；⑤进⾏数据处理。利⽤中⼼计算机系统通过⽬标信息预处理、定初轨、编⽬定轨⾃动链处理，计算出空间⽬标轨道链根数，存⼊编⽬数据库；⑥建⽴空间态势。当⼀批空间⽬标编⽬⼊库后，即可进⾏空间⽬标态势预报分析，为空间攻防作战、意外碰撞预警和精密引导跟踪提供保障。预计到2020年，美国空间监视⽹对低轨空间⽬标的探测和定位精度将分别提⾼到1厘⽶和10⽶，对地球同步轨道⽬标的探测和定位精度将分别提⾼到10厘⽶和100⽶；将能实时监视感兴趣⽬标，空间碰撞预测的准确率提⾼到99%。
⽬前，美国最先进的超级计算机均投⼊到了对太空垃圾的监视当中，超级计算机有超强的信息处理能⼒，它能⽤复杂的运算技术对空间⽬标监视系统提供的⽬标数据进⾏快速处理，进⾏编⽬和参数计算，辅助判断太空垃圾的类型和危害程度，在互联⽹上公开发布的空间⽬标编⽬信息包括⽬标编号、国籍、代号、轨道参数等最基本的信息。由于空间⽬标的状态在不断地变化，要保证⽬标状态信息的准确性，就需要对空间⽬标编⽬数据进⾏周期更新，美军对空间⽬标观测数据的更新率约为5－7天。但是，当前空间内存在的物体数量约为50多万个，⽽美军也仅能对其中的2万多个空间⽬标进⾏跟踪和编⽬。
（平台编辑：黄潇潇）
本⽂转⾃：知远战略与防务研究所
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