2013年3月19日，一枚阿特拉斯V型運載火箭發(fā)射升空，將美國空軍的SBIRS GEO-2送入預(yù)定軌道。

由火箭攝像機拍攝的SBIRS衛(wèi)星投入外太空現(xiàn)場圖。

SBIRS系統(tǒng)雙軌道工作示意圖，黃色為地球同步軌道，白色為高橢圓軌道。

美國空軍天基紅外系統(tǒng)SBIRS GEO-2衛(wèi)星太空作業(yè)想象圖。

導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星是反導(dǎo)系統(tǒng)最重要的組成之一，沒有它，對彈道導(dǎo)彈攔截就無從談起。近日，美國空軍成功發(fā)射天基紅外系統(tǒng)(SBIRS)的第四顆紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。美國空軍強調(diào)，這顆偵察衛(wèi)星的成功發(fā)射將初期的天基紅外偵察星座發(fā)展到一個高峰，其發(fā)展與更新將大大強化美軍應(yīng)對洲際彈道導(dǎo)彈襲擊的信心與能力。

天基紅外系統(tǒng)主要任務(wù)是為美軍提供全球范圍內(nèi)的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈預(yù)警，對彈道導(dǎo)彈從助推段開始進行可靠穩(wěn)定的跟蹤，為反導(dǎo)系統(tǒng)提供關(guān)鍵的目標(biāo)指示功能，主要用于為美國政府與軍方提供導(dǎo)彈預(yù)警、導(dǎo)彈防御、技術(shù)情報偵察與作戰(zhàn)空間特征描述。

軍事研究員蘭順正介紹：“美國空軍的天基紅外系統(tǒng)提供了更為強大、可靠和靈活的彈道導(dǎo)彈預(yù)警信息，不僅可以更早地探測到遠程和洲際彈道導(dǎo)彈的發(fā)射，增加了對飛行中段彈道導(dǎo)彈的探測跟蹤能力，還在設(shè)計之初就考慮到對中短程戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的探測跟蹤能力。”

紅外技術(shù)在導(dǎo)彈預(yù)警上具有天然優(yōu)勢

隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)彈和各類作戰(zhàn)飛機平臺的雷達反射截面積越來越小，增大了無線電探測的困難。然而，此類目標(biāo)運動時與空氣的摩擦和其發(fā)動機的尾焰均會產(chǎn)生強烈的紅外輻射，有利于紅外系統(tǒng)對目標(biāo)的探測。不論是戰(zhàn)術(shù)還是戰(zhàn)略層次，紅外預(yù)警系統(tǒng)都體現(xiàn)了無可替代的技術(shù)優(yōu)勢。

“彈道導(dǎo)彈發(fā)射時，火箭發(fā)動機會噴出數(shù)千度的火焰噴流，在飛行軌跡上留下長數(shù)公里、直徑數(shù)百米、溫度幾十到數(shù)百度的高溫尾氣。由于彈道導(dǎo)彈會一直向上飛出大氣層，所以這條高溫尾跡會一直延伸到大氣層頂端，使用紅外探測器更易于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。”蘭順正說。

紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星就是利用衛(wèi)星上的紅外探測器探測導(dǎo)彈在飛出大氣層后發(fā)動機尾焰的紅外輻射，并配合使用電視攝像機跟蹤導(dǎo)彈，及時準(zhǔn)確判明導(dǎo)彈并發(fā)出警報。

資料顯示，最初人們選擇用雷達對來襲彈道導(dǎo)彈發(fā)布預(yù)警信息。由于地球是圓的，因此雷達只能發(fā)現(xiàn)高空目標(biāo)。再者，雷達不能連續(xù)開機，而天基紅外導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)以被動方式工作，則不用考慮這方面的因素，也因此被稱為不疲憊的“哨兵”。位于太空的預(yù)警衛(wèi)星不受地球曲率的限制，居高臨下，覆蓋范圍廣，能盡早發(fā)現(xiàn)彈道導(dǎo)彈或其它飛行器。從導(dǎo)彈發(fā)射到發(fā)動機關(guān)機，紅外預(yù)警衛(wèi)星都可以進行持續(xù)跟蹤。

天基紅外系統(tǒng)是美國冷戰(zhàn)時期國防支援計劃(DSP)紅外預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)的后繼，是20世紀80年代計劃用于取代DSP系統(tǒng)的先進預(yù)警系統(tǒng)、助推段情報與跟蹤系統(tǒng)和稍后的早期預(yù)警系統(tǒng)等方案的自然延伸。

“早期DSP衛(wèi)星使用短紅外和可見光探測，無法克服云層反光的虛警問題，后來雖然演進到雙色紅外波段，但其視場和分辨率都并不理想，同時對中短程戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈力不從心。”蘭順正介紹，“而天基紅外系統(tǒng)衛(wèi)星的紅外平面陣列視場視野寬廣，有利于發(fā)現(xiàn)中短程戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈目標(biāo)，大面積凝視陣進一步提高了對戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的探測跟蹤能力。掃描平面陣紅外探測器和凝視平面陣紅外探測器的結(jié)合使用，使天基紅外系統(tǒng)靜止軌道衛(wèi)星的探測跟蹤能力比國防支援計劃衛(wèi)星有了巨大的提高。”

將有助于提升應(yīng)對洲際導(dǎo)彈能力

在海灣戰(zhàn)爭美國“愛國者”反導(dǎo)系統(tǒng)大戰(zhàn)伊拉克“飛毛腿”彈道導(dǎo)彈的戰(zhàn)役中，美國的國防支援計劃導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星發(fā)揮了不可替代的作用。也因此，它的后繼者SBIRS更是受到廣泛關(guān)注。

去年美軍首次進行了洲際彈道導(dǎo)彈攔截測試。此次成功發(fā)射第四顆紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星后，美國空軍強調(diào)，天基紅外偵察星座的發(fā)展與更新將大大強化美軍應(yīng)對洲際彈道導(dǎo)彈襲擊的信心與能力。

蘭順正介紹，SBIRS采用雙探測器體制，每顆星上裝有掃描型和凝視型兩臺探測器。高軌衛(wèi)星主要用于探測助推段導(dǎo)彈，掃描速度和靈敏度比DSP衛(wèi)星高10倍以上。它的掃描型探測器在導(dǎo)彈點火時就能探測到噴出的尾焰，然后在導(dǎo)彈發(fā)射后10—20秒內(nèi)將警報信息傳送給凝視型探測器，由凝視型探測器將目標(biāo)畫面拉近放大，獲取詳細信息。這種工作方式能有效增強探測戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的能力。低軌衛(wèi)星主要用于跟蹤在中段飛行的彈道導(dǎo)彈和彈頭，引導(dǎo)攔截彈攔截目標(biāo)，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比可將防區(qū)范圍擴大2—4倍。通過掃描和凝視兩種方式的觀測，對陸地、海上和空間導(dǎo)彈的發(fā)射、類型、誘餌的撒布都有一定的觀測和識別能力。

“這些探測器將按從地平線以下到地平線以上的順序工作，捕獲和跟蹤目標(biāo)導(dǎo)彈的尾焰及其發(fā)熱彈體、助推級之后的尾焰和彈體以及最后的冷再入彈頭，實現(xiàn)對導(dǎo)彈發(fā)射全過程的跟蹤。”蘭順正指出，“其探測距離可達1萬千米左右，分辨率為幾十甚至幾米。通過對導(dǎo)彈和彈頭彈道的跟蹤，可以獲得導(dǎo)彈彈頭的空間位置、飛行速度、加速度，從而根據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行識別判斷真假目標(biāo)和導(dǎo)彈碎片，衛(wèi)星上的處理系統(tǒng)將預(yù)測出最終的導(dǎo)彈彈道以及彈頭的落點，并及時通知地面雷達系統(tǒng)和反導(dǎo)系統(tǒng)，使其防御區(qū)域擴大、能力增強。”

“隨著美國天基紅外偵察星座的不斷發(fā)展，其應(yīng)對洲際彈道導(dǎo)彈襲擊的能力必然會相應(yīng)提高。”蘭順正說。

紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星或已呈現(xiàn)三足鼎立

國防承包商洛克希德·馬丁公司在發(fā)射成功后表示，他們正在研制第五和第六顆紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星，以不斷提升美國天基紅外偵察星座的能力。

“SBIRS前三顆衛(wèi)星GEO-1、GEO-2、GEO-3分別在2012年、2013年、2017年發(fā)射。GEO-5和GEO-6預(yù)計在2020年和2021年交付空軍，發(fā)射日期預(yù)計為2021年和2022年。”蘭順正表示，“美空軍還于2017年底發(fā)布了一份信息征詢書，為GEO-6后的下一代SBIRS衛(wèi)星征集方案。目前的計劃是在2025—2029財年發(fā)射五顆下一代SBIRS衛(wèi)星。”

實際上，除了美國之外，俄羅斯在導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星方面的研究也比較深入。

蘭順正介紹，與美國相比，俄羅斯的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星計劃起步稍晚。俄羅斯的導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星主要由兩個系列組成，分別是“眼睛”和“預(yù)報”系列，其中“眼睛”系列計劃采用9顆衛(wèi)星組網(wǎng)工作。20世紀90年代以來，由于俄新衛(wèi)星的發(fā)射未能及時彌補舊衛(wèi)星的退役，致使“眼睛”系列在軌工作的衛(wèi)星數(shù)量大為減少，目前僅有2顆“眼睛”系列衛(wèi)星在軌工作，都為2002年發(fā)射，已無法對北半球大部分國家和地區(qū)實施24小時不間斷的覆蓋，但仍然有一定的預(yù)警能力。

2016年3月科技日報上刊登的一篇文章指出，我國有“尖兵”系列偵察衛(wèi)星和“前哨”系列紅外預(yù)警衛(wèi)星兩大類軍用遙感衛(wèi)星。據(jù)稱這是我國首次公開證實預(yù)警衛(wèi)星的存在。

對此，蘭順正表示：“有關(guān)‘前哨’系列衛(wèi)星目前公開的資料極少，不過據(jù)推測其性能應(yīng)該與美國國防支援計劃衛(wèi)星相似，不及美國天基紅外系統(tǒng)?？梢钥隙ǎ磥黼S著我國反導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，天基紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星將迎來比較大的發(fā)展。”