2024年国外军用对地观测卫星发展综述
2024年，国外军用对地观测领域总体上进入发展高峰期。随着美国国家侦察局（NRO）104颗低轨大规模星座卫星的发射，标志着美国军用对地观测卫星体系呈现重大变革。在欧洲军用和商用对地观测卫星都相对较少的背景下，北约将首份天基情报获取合同授予美国行星公司（Planet）。中国周边国家印度和韩国的军用对地观测卫星也进入了发展高峰期，这同样需要引起高度重视。印度2024年一改常态，宣布了军用对地观测卫星发展计划的存在，并已进入第三阶段。美国在军用对地观测领域的体系建设和技术发展呈现出军商一体化、智能化和弹性化的特点，旨在全面提升其情报和军事作战能力。未来10年，美国将继续扩大卫星数量和功能，实现快速重访、广域覆盖、地面动目标指示（GMTI）和数据快速分发，从支持国家战略情报需求向支持军事行动的战术应用转变。实现侦察卫星批产化、规模化、弹性化近年来，美国重回大国竞争战略，在“首战在天”的判断下，为在对抗环境下作战，NRO采取分阶段迭代演进模式，构建由数百颗光学、雷达和电子侦察卫星组成的低轨大规模弹性侦察星座，外媒将该星座称为“星盾”（Starshield）。NRO于2021年向太空探索技术公司（SpaceX）“星盾”业务部授出一份价值18亿美元的合同，利用“星链”（Starlink）卫星生产线大规模批量研制侦察卫星，据称部分载荷由诺格公司（NG）研制。NRO于2024年共发射6次（表1），计划2028年建成星座，具备完全作战能力。低轨大规模弹性侦察星座将借助人工智能、机器学习等先进工具和新兴技术，实现星座任务自动规划和高效管理。NRO的目标是，未来10年将卫星数量扩张至当前的4倍，图像和信号收集能力提高1个数量级，实现快速重访、广域覆盖、数据快速分发，从支持国家战略情报需求向支持军事行动的战术应用转变。根据卫星搭乘的猎鹰-9（Falcon-9）运载火箭的运力估算，每颗“星盾”卫星与星链-V2迷你（StarlinkV2mini）版本质量相近，约800kg。目前，美国未公布这些卫星搭载的载荷情况，本文推测这些卫星可能包括可见光成像卫星、合成孔径雷达（SAR）卫星、GMTI原型卫星、红外成像卫星、电子侦察卫星和通信中继卫星。完善动目标指示卫星系统发展规划，旨在多途径提升系统能力2024年，美军动目标指示卫星系统发展规划从面向GMTI向空中动目标指示（AMTI）扩展。美军计划在发展GMTI卫星的同时，开展AMTI卫星的预研工作，但未公布AMTI卫星的任何细节。在能力构建上，试图利用商业卫星能力来补充军用GMTI系统；并重视GMTI卫星与机载GMTI的数据融合，提升动目标指示能力。更为重要的是，2025财年天军预算明确指出，GMTI卫星数据将进入空军的“先进作战管理系统”（ABMS），实现联合全域指挥与控制（JADC2），这标志着对地观测数据将直接进入作战指控系统。军用GMTI系统方面，根据2023年4月NRO局长的公开发言，2024年该局很可能发射了GMTI原型卫星，卫星很可能混编在2024年美国发射的冠以USA编号的卫星中。后续，美军将在“远程杀伤链”项目下，持续推进GMTI卫星的发展，预计2030年部署具备业务能力的GMTI卫星系统。在利用商业SAR卫星补充军用能力方面，目前美军重视利用美国本影公司（Umbra）的多基地SAR成像能力研究GMTI的应用。2024年3月，Umbra公司首次发布Umbra-7/8卫星的双基地SAR图像。Umbra计划以多基地成像所需的星座构型发射剩余的32颗卫星，服务于高分辨率成像、高程建模和动目标指示等应用。2024年4月，Umbra公司开始承研国防高级研究计划局（DARPA）分布式雷达图像形成技术（DRIFT）计划的第二阶段研究任务，任务涉及为期数月的数据收集活动，包括为进一步开展GMTI研究收集双基地和多基地SAR数据。计划将Umbra卫星纳入“看护层”，提升战术应用能力“看护层”目的是应对先进导弹和高超声速武器等新兴威胁，实现基于天基的陆、海时敏移动目标打击作战能力，发展大规模、低时延、人工智能赋能的全球持续监视能力。2024年10月，美国太空发展局（SDA）授予Umbra公司200万美元的研究合同，旨在将其SAR卫星纳入“大规模弹性作战太空体系”（PWSA）中的看护层。PWSA是由相互连接的卫星组成的网状网络，虽然该网络主要由军用卫星组成，但太空发展局正在探索将商业卫星纳入该网络的可能性，以增强其监控能力。任何加入该网络的商业卫星都必须具备与军网兼容的光链路，以确保向军事用户无缝传输数据。这项最新合同与2021年太空发展局和另一家商业SAR卫星运营商卡佩拉空间公司（CapellaSpace）签订的协议类似。军商两方面提升天基环境监测能力（1）发射军用微波气象卫星，填补三项重要缺口2024年4月11日，美国成功发射新一代军用气象卫星系统，即气象系统后续-微波（WSF-M）卫星（图1），旨在补充美国国防部天基环境监测（SBEM）的三个高优先级缺口：海洋表面矢量风、热带气旋强度和低地球轨道高能带电粒子。此外还可以收集海冰、土壤湿度和积雪深度的数据，这些数据将为国防部提供必要的战区环境情报，以合理规划和实施军事行动。WSF-M卫星质量约1200kg，由美国鲍尔航空航天公司（BallAerospace）研制，运行在高度830km的太阳同步轨道。卫星上携带微波成像仪（MWI）和高能粒子探测器。目前天军已经订购了第2颗WSF-M卫星，预计将在2028年交付。（2）EWS卫星处于原型验证阶段，天军仍未确定后续业务系统如何发展2020年，美国天军开始“光电红外气象系统”（EWS）卫星的论证，主要负责云层特征分析，为美国及其盟友提供关键的气象数据，支持作战，如飞行路线规划、战斗搜索与救援等。通用原子电磁系统公司（GA-EMS）正在研制400kg级的EWS卫星，猎户座太空方案公司（OrionSpaceSolutions）负责研制12U立方体卫星，称为“光电红外气象系统-快速重访光学云成像仪”（EWS-RROCI）卫星，于2024年3月4日成功发射。EWS系统的最终规划目前仍未公布。未来，EWS卫星和WSF-M将替代即将退役的“国防气象卫星计划”（DMSP）卫星，通过将光学和微波探索功能分散等方式，提高美国天基环境监测体系的弹性。（3）美国军方资助明日公司发展气象卫星，以获取其气象数据2024年7月，美国空军生命周期管理中心（ALFCMC）授予美国明日公司（Tomorrow.io）一份价值1020万美元的合同，用于支持两颗微波辐射计气象卫星的开发和发射，并要求明日公司提供10个月的微波辐射计探测数据。明日公司计划构建由30颗卫星组成的商业气象星座，其中18颗为微波辐射计卫星，12颗为雷达卫星，星座将实现1次/小时的重访。2024年，欧洲军用对地观测卫星发展呈现不同的发展态势，英国发射首颗军用对地观测卫星，而德国相关发展受到挫折。英国军用对地观测体系的构建迈出第一步，首星发射成功2024年8月，猎鹰-9火箭成功发射了英国首颗军用对地观测卫星——“堤喀”（Tyche）。Tyche卫星（图2）属于英国国防部“情报监视目标获取和侦察”（ISTARI）计划，包括Tyche光学侦察卫星、“奥伯龙”（Oberon）SAR卫星等。Tyche卫星基于萨里卫星技术有限公司（SSTL）的Carbonite平台建造，成本2200万英镑，质量约160kg，将在高度为500km低地球轨道上运行5年，分辨率0.9m，幅宽5km。ISTARI计划将构建多卫星星座，旨在为军事行动提供情报，ISTARI还旨在与美国和其他盟国的空间网络兼容，使英国能够分享天基情报数据，该计划为期10年、耗资9.7亿英镑。德国新型军用SAR卫星失效，对其天基军事侦察能力带来严重打击2024年7月，德国《明镜周刊》披露，两颗德国萨拉-2/3（SARah-2/3）军用SAR卫星很可能永远失效。这两颗卫星于2023年12月发射，携带被动式反射面天线，发射后雷达天线始终无法正常展开。制造商德国不莱梅轨道高技术系统股份公司（OHBsystem）试图通过重置飞行软件、振动天线等操作来解决这个问题，但都无济于事。由于发射前对天线的测试不足，德国联邦国防军（Bundeswehr）指责OHBsystem公司应为故障负全部责任，要求该公司重新建造两颗卫星来替代失效的卫星，以弥补军方损失。SARah卫星本用于接替已超期服役的5颗“合成孔径雷达-放大镜”（SAR-Lupe）军用卫星系统（已于2006-2008年发射），两颗新卫星在轨部署失败对德国天基侦察能力造成重创。德国原本在SAR领域占据世界领先地位，但近年迟迟未发射商业陆地合成孔径雷达-X（Terrasar-X）的后续卫星，也未跟上商业SAR星座的发展步伐，军星又遭遇在轨故障，说明德国航天工业遭遇寒冬。德国国防部基于“星链”信号研制被动雷达，展现AMTI新途径2024年1月，德国国防部公布，正在研究基于“星链”卫星信号的地面被动雷达技术。这项工作由德国弗劳恩霍夫高频物理与雷达技术研究所（FraunhoferFHR）承担，该机构研制了萨比亚2.0（Sabbia2.0）新型被动雷达系统，该系统利用“星链”卫星星座的信号进行目标跟踪和成像（图3）。“星链”卫星星座的大量卫星确保地面被动雷达系统可以从多个角度照射目标，从而增强目标检测能力。该机构研究了“星链”信号在10.7～12.7GHz频率范围内的特性，证实“星链”信号适用于被动雷达应用。实验表明，Sabbia2.0样机已实现了14km内0.6m的距离向分辨率。Sabbia2.0雷达质量为60kg，可部署在车辆、舰船或飞机等移动平台上，实现部署灵活性而不牺牲其隐蔽性。该事件说明“星链”在情报信息获取方面表现出巨大的军事应用潜能。图3 Sabbia 2.0地面被动雷达对空中动目标检测实验2024年，俄罗斯显著增强了小型军用对地观测卫星的能力，发射了4颗小型光学成像侦察卫星。这些卫星的具体细节未公开，但据推测可能属于“实验型小卫星”（EKMA）或“助跑”（Razbeg）卫星两类，分辨率约为1m。7月，俄罗斯航天国家集团（Roscosmos）总经理尤里·鲍里索夫（YuriBorisov）宣布，到2036年，俄罗斯在轨的通信和对地观测卫星将增加到2600颗，其中35%为商业卫星。俄罗斯在小型军用对地观测卫星领域的发展表明其在军事侦察和监视能力上有所提升。未来，俄罗斯计划大幅增加在轨卫星数量，不仅增强军事能力，还推动商业航天的发展。这一趋势反映了俄罗斯在航天领域的全面布局和长远规划。日本补网加强已有系统，首颗小型快响卫星发射失败2024年，日本补网加强情报采集卫星（IGS）系统，分别于2024年1月和9月发射情报采集卫星-光学-8（IGS-Optical-8）和情报采集卫星-雷达-8（IGS-Radar-8）卫星。日本内阁卫星情报中心（CSICE）的首颗小型“快响卫星”（QuickResponesSatellite）于2024年3月发射失败。印度公开军用对地观测卫星发展规划2024年以前，印度官方从未公开其对地观测卫星可用于军事领域。2024年，印度一反常态，公开了用于军事侦察的“天基监视计划”（SBS）。2024年，印度内阁安全委员会（CCS）批准了第3阶段空间监视（SBS-3）任务，以提升陆地和海上感知能力，包括印太地区探测敌方潜艇，监视对手在边界沿线的基础设施建设等。SBS-3任务涉及发射至少52颗卫星，其中21颗卫星将由印度空间研究组织（ISRO）研制，其余31颗由私营公司建造。此外，SBS-3任务还涉及从美国购买31架捕食者无人机、与法国联合建造军事卫星以及发展反卫星导弹。SBS任务由国防部下的国家安全委员会秘书处和国防太空局（DSA）负责。印度陆海空三军将利用这些卫星，用于陆地、海上或空中任务。据报道，“雷达成像卫星”（Risat）、“制图卫星”（Cartosat）、地球静止卫星-7（Gsat-7）等都属于SBS计划。近年，印度已着手建立其军事航天能力，包括如下关键举措：2018年成立DSA，该局总部设在卡纳塔克邦班加罗尔，由少将级别的官员领导，整合了国防图像处理与分析中心（DIPAC）和国防卫星控制中心（DSCC）。DSA还负责促进与ISRO、国防研究与发展组织（DRDO）和武装部队的协同。其重点是制定全面的太空作战战略，开发军事航天系统，以保护印度利益并应对潜在的太空冲突。2019年6月，印度政府批准成立国防太空研究局（DSRA），为DSA开发军事航天系统和技术。该局与综合国防参谋部（IDS）合作，确保在研究和开发方面的密切协调。据分析，印度为应对边界争端和区域竞争，将进一步加强军事航天能力，基于军用对地观测卫星提高态势感知、边境监视、情报收集和早期预警能力。韩国持续执行“425项目”，并提出小型侦察卫星发展计划2024年4月7日，韩国成功发射425项目合成孔径雷达卫星-1（425ProjectSARSat-1）。这颗高分辨率SAR卫星由韩国航空航天工业公司（KAI）和韩华系统公司（HanwhaSystems）合作开发，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）作为承研单位负责研制口径5m的星载SAR。韩国第1颗侦察卫星于2023年12月成功发射。韩国国防部计划2025年发射搭载SAR的3颗侦察卫星，届时包括1颗光学和4颗SAR的“425项目”卫星系统将部署完毕，5颗卫星组网将以2h为周期对朝鲜特定地点进行监视和侦察。此外，韩国国防部还计划到2030年末部署50～60颗微小型侦察卫星，届时，韩国侦察卫星对朝鲜半岛的重访周期将缩短至30min以内。（1）美国大力推动低轨小型侦察卫星星座构建，提升弹性和重返能力美国传统的“锁眼”（KeyHole）、“长曲棍球”（Lacrosse）等系列卫星关键指标（如：成像分辨率）极高，但也存在研制周期长、成本极高、抗毁性差、难以全球快速重访等缺点。小卫星则具有研制周期短、性价比高、应急发射快、易于全球组网及高频重访等优点。例如，NRO研制约100颗“星盾”卫星成本仅为18亿美元，而1颗“锁眼”卫星成本约20亿美元。随着在轨规模的急剧增加，侦察卫星系统被赋予新使命，从保障战略目标定期侦察，向动目标高频跟踪监视和目标指示扩展。SpaceX公司利用强大的批产能力，使侦察卫星告别了数年时间研制和发射1颗的时代，该公司4年时间研制发射100余颗侦察卫星。这已经引发了欧洲空客集团（AirbusGroup）等传统大型遥感卫星制造商的担忧。美国具备了侦察卫星的批产能力，标志着侦察卫星向装备化发展，大幅提升了侦察监视体系弹性。（2）天基动目标指示技术已成为重要发展方向，可大幅提升战术ISR能力天基GMTI系统由于具备更好的强对抗环境生存力和更大的覆盖范围，且可不受限制从他国上空过境，因而能全天时、全天候探测运动目标，支持快速获取全球范围内他国军事部署活动情况，掌握关键战场因素信息。真正实现“先敌感知、先敌决策、先敌行动”，从而大幅提升战场情报、监视和侦察（ISR）能力，进而为精确火力打击提供有力保障。此外，军方对GMTI系统的需求也将牵引商业航天的发展。（3）我国周边国家军用对地观测卫星进入蓬勃发展期，需引起高度重视印度在SBS-3计划下提出52颗侦察卫星计划。韩国在“425项目”下发展5颗侦察卫星，还提出了60颗微小型侦察卫星发展计划。日本尝试发展快响型军用侦察卫星。总体来看，日本、印度和韩国在军用对地观测卫星领域各有特点：印度公开军事侦察计划，大规模部署多类型卫星，并加强与国际伙伴的合作；韩国则通过国际合作和技术自主研发，提升对朝鲜半岛的监视能力；日本注重高分辨率和多用途的IGS系统，并尝试发展小型快响卫星。未来，这些国家将继续加强军用对地观测卫星的能力，以提高态势感知、边境监视和情报收集能力。
